王海攀， 董建勛

（1.河南平煤神馬環(huán)保節(jié)能有限公司， 河南 平頂山 467000；2.平頂山工業(yè)尾廢綜合利用工程技術(shù)研究中心， 河南 平頂山 467000）

1 工程概況

某工程塑料公司位于平頂山市中國尼龍城， 是以己二胺、 己二酸為原料， 經(jīng)成鹽、 聚合、 制粒等工段生產(chǎn)聚合尼龍66 切片， 生產(chǎn)規(guī)模為4 萬t／a。廢水包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的己二胺儲罐廢水、 成鹽及聚合反應(yīng)廢水、 制粒廢水、 洗滌塔廢水、 真空系統(tǒng)廢水和生活污水。 根據(jù)環(huán)保主管部門對該公司《環(huán)境影響評價(jià)報(bào)告書》的批復(fù)， 經(jīng)處理的廢水在園區(qū)污水處理廠未投入運(yùn)行前直接排放， 執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 在園區(qū)污水處理廠建成并具備接收條件后間接排放， 執(zhí)行園區(qū)污水處理廠接收標(biāo)準(zhǔn)。 工程原采用水解酸化-A／O-深度處理工藝， 鑒于排放標(biāo)準(zhǔn)的變化， 本文主要對排放標(biāo)準(zhǔn)降低后的工程優(yōu)化進(jìn)行研究， 考察了球形組合填料強(qiáng)化廢水水解酸化預(yù)處理的可行性， 探索該類廢水的處理核心， 以期在達(dá)標(biāo)排放前提下實(shí)現(xiàn)縮短廢水處理工藝流程、 提升工程耐沖擊負(fù)荷能力的目的。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模與水質(zhì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為400 m3／d， 廢水成分復(fù)雜，可生化性差， 具有毒性， 含有較高濃度的氨氮和有機(jī)氮， 主要污染物為己二胺。 廢水處理的重難點(diǎn)在于如何高效降低廢水的毒性及提升廢水的可生化性。 本項(xiàng)目出水水質(zhì)按照GB 18918—2002 中一級A 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 廢水水質(zhì)及不同階段的排放標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Wastewater quality and discharge standard

3 廢水處理工藝

在借鑒類似廢水處理經(jīng)驗(yàn)［1－2］的基礎(chǔ)上， 廢水原處理工藝為水解酸化-A／O-深度處理， 具體流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

該廢水的己二胺含量較高， 先采用水解酸化將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮， 并將難降解有機(jī)物分解為易降解短鏈有機(jī)物， 然后在生化階段進(jìn)行硝化、 反硝化及脫碳反應(yīng)以去除大部分污染物， 廢水經(jīng)上述流程處理后， 廢水中可生化、 易生化的有機(jī)污染物大部分已去除， 剩余的污染物采用臭氧氧化-BAF-絮凝沉淀砂濾的深度處理工藝保證出水達(dá)標(biāo)。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

（1） 調(diào)節(jié)池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為14.0 m×10.5 m×6.0 m， 有效容積為800 m3， 停留時(shí)間為48 h。 配套： 離心泵2 臺（1 用1 備）， 流量為18 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為3 kW。

（2） 水解酸化池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為7.0 m×6.0 m×6.5 m， 有效容積為240 m3， 停留時(shí)間為14.4 h， 污泥濃度為2 000 mg／L， 上升流速為1.15 m／h， 污泥負(fù)荷為0.25 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 配套： QDTA 系列潛水?dāng)嚢杵? 臺，葉輪直徑為1.8 m， 轉(zhuǎn)速為34 r／min， 功率為3 kW，材質(zhì)SS304。

（3） 缺氧池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為10.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容積為450 m3， 停留時(shí)間為27 h， 污泥濃度為3 500 mg／L， 污泥負(fù)荷為0.20 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 總氮負(fù)荷為0.04 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）， ρ（DO）＜0.5 mg／L。 配套：QDTA 系列潛水?dāng)嚢杵? 臺， 葉輪直徑為1.8 m，轉(zhuǎn)速為34 r／min， 功率為3 kW， 材質(zhì)SS304； 有機(jī)碳源投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機(jī)（N ＝1.1 kW）1 臺， 加藥計(jì)量泵2 臺（1 用1 備）。

（4） 好氧池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為23.0 m×7.0 m×6.5 m， 有效容積為950 m3， 停留時(shí)間為57 h， 污泥濃度為3 000 mg／L， 總氮負(fù)荷為0.02 kg［TN］／（kg［MLSS］·d）。 配套： 硝化液回流泵2 臺（1 用1 備）， 流量為50 m3／h， 揚(yáng)程為20 m，功率為5.5 kW； 無機(jī)碳源投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機(jī)（N ＝1.1 kW）1 臺， 加藥計(jì)量泵2 臺（1用1 備）。

（5） 二沉池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 輻流式， 尺寸為φ6.0 m × 4.1 m， 水力負(fù)荷為0.6 m3／（m2·h）。 配套： 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1 臺， N ＝0.75 kW； 污泥回流泵2 臺（1 用1 備）， 流量為15 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為2.2 kW。

（6） 高級氧化池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為5.0 m×5.0 m×5.5 m， 有效容積為125 m3， 停留時(shí)間為7.5 h。 配套： 臭氧發(fā)生器1 臺， 臭氧產(chǎn)量為1.5 kg／h； 臭氧曝氣系統(tǒng)1 套； 臭氧尾氣破壞系統(tǒng)1 套； 臭氧監(jiān)測系統(tǒng)1 套。

（7） 曝氣生物濾池（BAF）。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 地上式， 尺寸為9.0 m×4.5 m×6.5 m， 有效容積為250 m3， 停留時(shí)間為15 h。 配套： 提升泵2 臺（1 用1備）， 流量為18 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 功率為3 kW。

（8） 絮凝沉淀砂濾池。 一體化鋼制成套設(shè)備，尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m， 有效容積為100 m3，停留時(shí)間為6 h。 配套： PAC 投加裝置1 套， 儲罐1 m3， 攪拌機(jī)（N ＝1.1 kW） 1 臺， 加藥計(jì)量泵2 臺（1 用1 備）。

（9） 監(jiān)測水池。 鋼筋砼結(jié)構(gòu)， 半地下式， 尺寸為6.0 m×6.0 m×5.0 m， 有效容積為162 m3， 停留時(shí)間為10 h。 配套： COD 在線監(jiān)測儀1 套， 氨氮在線監(jiān)測儀1 套， 在線pH 計(jì)1 套。

5 原工藝處理效果

原工藝正常運(yùn)行期間， 二沉池出水不能達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 而廢水經(jīng)深度處理后總排口出水能夠達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 具體進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)如表2 所示。

表2 原工藝出水水質(zhì)Tab. 2 Effluent water quality of original process

6 工藝優(yōu)化與實(shí)施

6.1 優(yōu)化背景與思路

2019 年， 平頂山化工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)污水處理廠建成投入使用， 因此本項(xiàng)目廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)由GB 18918—2002 中一級A 標(biāo)準(zhǔn)降到園區(qū)污水處理廠接收標(biāo)準(zhǔn)。 為降本增效， 在該企業(yè)2021 年停產(chǎn)檢修期間， 對該公司廢水處理工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化改造。

廢水含有較高濃度的氨氮及有機(jī)氮， 其主要污染物是己二胺， 毒性大， 并且碳氮比低， 需要外加碳源。 有研究結(jié)果表明， 水解酸化能夠?qū)㈦y降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)， 不僅能提高廢水的可生物降解性， 還可以減少外加碳源的投加量［3－4］。 由于廢水含有有毒物質(zhì)， 廢水的水解酸化作用顯得尤為重要。 填料對不斷攪動(dòng)的廢水有水力切割作用， 可使懸浮狀態(tài)的污泥與水充分混合， 利于在填料載體上馴化和培養(yǎng)高濃度有針對性降解功能的微生物， 能夠強(qiáng)化水解酸化功能［5－8］。鑒于此， 本研究考察了球形組合填料強(qiáng)化高氨氮尼龍化工廢水水解酸化處理的可行性。

6.2 優(yōu)化實(shí)施

在不改變水解酸化池容積的前提下， 在池中增加新型球狀組合填料， 該組合填料外部為中空漁網(wǎng)狀球體， 內(nèi)部為轉(zhuǎn)型球體， 由纖維束、 塑料環(huán)片、套管和中心繩子組成， 填料主要性能如表3 所示，填料實(shí)物如圖2 所示， 填料安裝現(xiàn)場照片如圖3 所示， 工藝優(yōu)化后的流程如圖4 所示。

表3 填料主要性能Tab. 3 Main properties of fillers

圖2 填料實(shí)物Fig. 2 Photos of fillers

圖3 填料安裝現(xiàn)場照片F(xiàn)ig. 3 Fillers after installation

圖4 優(yōu)化后的工藝流程Fig. 4 Optimized process flow of wastewater treatment

7 運(yùn)行效果與分析

該優(yōu)化工程于2021 年7 月中旬安裝完畢后，正式開始運(yùn)行調(diào)試。 調(diào)試成功后， 對進(jìn)出水情況進(jìn)行了跟蹤分析， 具體結(jié)果如圖5、 圖6 所示。

圖5 COD 濃度及去除率Fig. 5 Concentrations and removal rate of COD

圖6 NH3-N 濃度及去除率Fig. 6 Concentrations and removal rate of NH3-N

從圖5、 圖6 可以看出， 系統(tǒng)調(diào)試成功后， 二沉池出水COD 的質(zhì)量濃度能夠維持在50 mg／L 以下， COD 去除率在96% 以上； 二沉池出水NH3－N的質(zhì)量濃度能夠維持在5 mg／L 以下， NH3－N 去除率在98% 以上， 出水達(dá)到GB 18918—2002 中一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 優(yōu)于工業(yè)園區(qū)污水處理廠接收標(biāo)準(zhǔn)。

為進(jìn)一步了解廢水生化處理的原理， 對生化系統(tǒng)各工段的COD、 NH3－N、 TN 及活性污泥濃度進(jìn)行了監(jiān)測， 具體結(jié)果如圖7、 圖8 所示。

從圖7 可以看出， 隨著生化過程的推進(jìn)， COD濃度逐漸降低， 而NH3－N、 TN 濃度先上升后下降， 并且在缺氧池COD、 NH3－N、 TN 3 個(gè)指標(biāo)均出現(xiàn)下降較快的現(xiàn)象。 從圖8 可以看出， 從水解酸化池到好氧池， 各工段的污泥濃度逐漸增大， 并且其變化先快后慢， 水解酸化池的活性污泥濃度最小。 水解酸化池NH3－N、 TN 濃度的上升可能是因?yàn)閺U水進(jìn)入水解酸化池后， 廢水中的有機(jī)物污染物己二胺發(fā)生了氨化反應(yīng)， 有一部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為了氨氮， 同時(shí)廢水的生物毒性降低， 使得大部分COD、 NH3－N、 TN 在缺氧池被去除、 缺氧池的活性污泥濃度大大增加。 水解酸化池填料的添加為微生物的生長提供了條件， 使反應(yīng)器的總生物量（生物膜＋活性污泥）大大增加， 從而提升了水解酸化的效能［9－10］。

圖7 生化系統(tǒng)各工段COD、 NH3-N、 TN 濃度Fig. 7 Concentrations of COD, NH3-N and TN of each section in biochemical system

圖8 活性污泥濃度Fig. 8 Concentrations of activated sludge in different sections of biochemical system

8 結(jié)語

安裝球形組合填料能夠強(qiáng)化廢水的水解酸化處理效果， 同時(shí)縮短廢水處理的工藝流程， 使工藝流程由原來的水解酸化-A／O-深度處理縮短成高效水解酸化-A／O。 穩(wěn)定運(yùn)行期間， COD、 NH3－N 的去除率分別在96%、 98% 以上。 出水水質(zhì)能夠達(dá)到GB 18918—2002 中一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 優(yōu)于工業(yè)園區(qū)污水處理廠接收標(biāo)準(zhǔn)。 水解酸化能夠降低廢水的毒性， 提高后續(xù)生化處理的效率， 是該類廢水處理的關(guān)鍵。