清道夫环保网分享:邻硝基对甲酚生产废水处理站的改造工程设计
江西省乐平市某化工有限公司根据市场发展需求，新建年产1 400t甲氧基-克利西丁磺酸生产项目。该项目主要生产原料为40%稀硝酸、水和对甲酚，产生的工艺废水、检修和冲洗废水主要含有邻硝基对甲酚。该股废水需排入公司原有污水站进行处理。为保证污水站汇入新的废水后，出水仍然能达到《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中A等级标准，需要对原有污水站进行升级改造。
1 工程概况
1.1 设计水量
本污水处理站接纳含邻硝基对甲酚的工艺、检修和冲洗废水70 m3/d。由于邻硝基对甲酚废水中含有过量硝酸，混合废水的pH <1，废水含酸量约为3%。经过实验确定每300 mL生产废水调节pH至3需要消耗10%NaOH溶液35 mL，调节pH至7需要消耗10%NaOH溶液50mL。
为保证生化阶段正常运行，同时考虑厂方车间酸雾治理的碱吸收液也要排入污水处理站，故决定先对混合废水进行物化预处理，之后再用厂区内的生活污水对预处理后的废水进行稀释。按照原水含盐3.5%计算，将70t废水稀释至240 t，以确保进入生化处理设施的废水含盐量 < 1%，需要引入生活污水170m3/d。
生产车间为三班制生产，考虑到污水站的实际运行和污水站原有池容和设备，物化预处理阶段设计处理能力为20m3/h，每日运行约3~4 h;生化处理阶段处理能力为10 m3/h，每天24 h连续运行。
1.2 进出水水质
根据工厂实测数据，进水pH < 1、COD 17~19g/L，外观略有混浊，有浮油呈黑色，并有少许黑色沉渣。设计出水水质执行《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343-2010)中A等级(pH7~8、COD≤500 mg/L)。
2 工艺流程
生产废水具有COD、酚浓度高的特点，所以处理方法以物理化学处理为核心，通过物化+生化的组合有效地去除COD及特征污染物邻硝基对甲酚。含有邻硝基对甲酚的生产废水首先进入隔油池，将废水中的浮油进行分离，浮油人工收集外运处理。
去除浮油后的废水自流进入原有集水池进行水质均质均量，以减缓对后续物化处理系统的冲击。集水池内收集的废水用泵送入调节池，池内设置pH在线监测设备，加碱调节废水pH为3，而后自流进入Fenton反应池。在经过Fenton处理后，废水中依然含有大量的Fe2+、Fe3+，对其进行中和操作，可以产生大量的胶状絮体以进一步去除废水的COD。至此，生产废水的物理化学预处理完成。
在完成生产废水的物化处理后，在中间水池中接入生活污水进行稀释，保证盐分含量低于1%方可进入生化系统。生化系统采用UASB-兼氧池-三相生物流化床-二沉处理工艺，出水提升进入气浮机进行处理后可确保各项指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中A等级。
考虑到工厂生产的实际情况，为防止水质水量的突然冲击对出水造成影响，在工艺末端设置1台臭氧氧化设备，当出水水质无法达标时，对中间水池内存水进行臭氧氧化处理后达标排放，正常情况臭氧设备可不运行，此工艺段设为预留。其中好氧工艺采用聚慧公司专利技术“三相生物流化床”，该工艺具有氧转移率高、传质效果好、污泥产量少等优点。
沉淀池的污泥和二沉池污泥排入污泥贮池，由隔膜泵定期抽吸至板框压滤机脱水，脱至含水率75%左右。污泥池上清液和压滤机滤液进入调节池再处理。处理系统产生的污泥必须由危险固体废弃物处置中心进行妥善处置。
具体工艺流程如图 1所示。
图 1 生产废水处理工艺流程
3 主要处理构筑物的设计参数
3.1 隔油池(新建)
生产废水经过管道收集后排入隔油池，由于废水中含有浮油，故首先在隔油池内进行重力隔油，降低原水的污染物含量。隔油池中间设置隔板。废油定期经过人工打捞后外运处置。设计尺寸为6.0m×1.5 m×2.8 m，设计池容22.5 m3，池内壁采用玻璃钢防腐。
3.2 集水池(原有)
经过隔油的生产废水排入厂区内的圆形集水池暂存，集水池尺寸为D 12.2 m×4.6 m，控制水泵流量为20m3/h。
3.3 调节池(改建)
废水的来水水量波动大，水质也不均匀，必须设有足够的调节容量的调节池来调节水量和均化水质。在池内设置pH在线监测仪和碱液投加管线，保证进入后续Fenton反应池的废水pH在3左右。池内设置穿孔曝气管进行混合。
调节池利用原综合调节池进行加高改造，调节后的生产废水自流进入Fenton反应池。调节池尺寸为4.0m×4.0 m× 4.2 m，池内壁采用玻璃钢防腐。曝气利用污水处理站原有的2台风机，额定风量为3.42m3/min，风机可满足调节池曝气搅拌需要。2台风机可设置为与调节池碱投加泵和提升泵联动。
3.4 Fenton氧化池(改建)
经过pH调整后的废水用泵送入Fenton氧化池，通过Fenton反应提高污水的可生化性。利用原有的中和池进行改造，Fenton池采用机械搅拌进行反应。尺寸为4.0m×2.0 m×4.0 m，池内壁采用玻璃钢防腐，池四周设置尼龙网，防止泡沫逸出。池内设置2台桨式搅拌机，搅拌桨直径1.2 m，搅拌转速为8 r/min，材质为316L不锈钢，功率为1.5 kW。
3.5 中和池(改建)
Fenton反应结束后，废水pH通常可升至5左右，仍为酸性，不利于后续生化反应的顺利进行，因此需投入一定碱剂对废水进行中和反应，使污水的pH达到7。同时由于Fenton反应出水中还存在Fe2++和Fe3++，加入的OH-可与之反应生成不溶物，矾花后续在沉淀池内沉降，可去除大部分的色度和相当一部分的有毒有害物质。中和池内设置隔板，保证废水的停留时间。中和池尺寸为4.0m× 1.0 m×4.0 m，池内壁采用玻璃钢防腐。池入口处设置pH在线监测仪1台。
3.6 混凝池(改建)
中和后的废水中投加混凝剂PAC，池内设置桨式搅拌机搅拌。利用原有絮凝池进行改建。混凝池尺寸为1.5 m×1.6 m×4.0 m，内壁采用玻璃钢防腐。池内设置1台桨式搅拌机，搅拌桨直径0.9 m，搅拌转速为43 r/min，材质为304不锈钢，功率为1.5 kW。
3.7 絮凝池(改建)
在混凝池内生成的矾花较为细小，不利于沉淀，在絮凝池内投加高分子助凝剂PAM，促成较大矾花形成，池内设置框式搅拌机搅拌。利用原有沉淀池进行改建。絮凝池尺寸为1.5m×2.1 m× 4.0 m，内壁采用玻璃钢防腐。池内设置1台框式搅拌机，搅拌桨直径0.9 m，搅拌转速为8 r/min，材质为304不锈钢，功率为1.5 kW。
3.8 沉淀池(改建)
加入高分子絮凝剂的废水进入沉淀池，沉淀池形式为平流式。沉积的污泥在重力作用下分离，污泥由行车刮泥机定期刮送至污泥斗，而澄清后的水则由沉淀池上部的溢流堰流出。沉淀池里沉淀下的泥渣，采用污泥泵定时排除，直接排至污泥池。
沉淀池利用原有兼氧池1和兼氧池2进行改建。沉淀池尺寸为8.0 m×4.0m×4.0m，增加布水槽与出水堰各4.0m，行车刮泥机1台，D 150mm穿孔排泥管1根，污泥斗内的污泥由原污泥泵进行定期抽吸，污泥泵功率为2.2 kW。
3.9 中间水池(改建)
沉淀池后的澄清水自流进入中间水池，设置离心泵将厂区内收集的生活污水泵入中间水池与经过预处理的生产废水进行混合，保证进入后续生物处理系统的废水含盐量低于1%。中间水池利用原有好氧池1和2进行改建。中间水池稀释后的混合污水由2.2 kW的提升泵提升进入后续的UASB反应器中。中间水池尺寸为8.0m×4.0m× 4.0m，池内设置潜水搅拌机1台，叶轮直径0.22m，功率0.55kW。
3.10 加药系统(新建)
用于向特定工艺段投加碱、PAC、PAM、FeSO4和H2O2。PAC质量分数为5%，投加质量浓度为500mg/L(生产废水)和50 mg/L(沉淀池后气浮);阴离子PAM配制成质量分数为0.05%的溶液，投加质量浓度为2mg/L。NaOH配制成质量分数为10%的溶液。
Fenton后中和池的pH回调可利用站区现有的碱储罐和加药泵，该储罐为立式，容量约为600~800L。H2O2质量分数为30%，加药量为5kg/t，FeSO4 ˙7H2O配制成质量分数为8%的溶液，加药量暂定为6.8kg/t。计量泵选型时考虑计量泵额定流量的放大，运行时选择40%流量的格度。厂区内原有多台卧式储罐，分别是碱罐(14m3)、硫酸罐(12m3)、盐酸罐(9m3)、闲置的2台10m3的储罐用于储存H2O2。
3.11 UASB反应器(新建)
经过物化预处理的废水由泵提升进入UASB反应器，废水引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。经过UASB反应器处理后的废水有机物浓度大幅降低，并且产生大量乙酸、乙醛等易于生物降解的中间产物，降低高浓度有机物对好氧微生物的毒害作用。
废水自流进入后续的生化系统中。UASB反应器规格为D 6.0m×12.0m，外壳采用碳钢材料制作。布水方式采用大阻力穿孔布水器，布水器与三相分离器均为304不锈钢材质。UASB反应器配套外循环泵2台，规格为Q=20 m3/h，H=15 m，N=2.2kW，间歇启动。反应器内设置蒸汽加热管，采用镀锌钢管制作，冬季可利用厂区的锅炉蒸汽对UASB进行加热。废水在UASB反应器内停留时间为1.4d。
3.12 缺氧池(新建)
在缺氧池中，废水中部分BOD5和CODCr进行降解，发酵菌在厌氧环境下将废水中的可生物降解的大分子有机物转化为挥发性脂肪酸(VFA)，氨氮也会由于细胞的合成而被部分去除，但NO3-的含量基本保持不变。池内设置潜水搅拌机对废水进行搅拌。缺氧池尺寸为10.0m×3.0 m×5.0 m，钢砼材质，半地上设置。池内设置1.5 kW潜水搅拌机1台，叶轮直径0.26 m。设计停留时间为14 h。
3.13 中间沉淀池(新建)
兼氧池出水自流进入中间沉淀池。经过重力泥水分离的废水自流进入三相生物流化床，污泥斗内沉积的污泥用气提泵抽吸回流进入缺氧池。剩余污泥定期用离心泵抽吸至污泥池。中间沉淀池尺寸为5.0m×5.0m×5.0m，钢砼材质，半地上设置。设计表面负荷为0.4 m3(/ m2˙h)，停留时间为12h。
3.14 好氧池(新建)
三相生物流化床底部设置了多条D 100 mm曝气软管，配合曝气微孔上部的D 315 mmPVC流化管，多组流化管并列设置可使流化床内的载体达到极佳的流化效果，且反应器无需保持较大的高径比。
二沉池的污泥采用D 50mm气提管定量回流至三相生物流化床，补充菌种的同时可使污泥自身发生好氧消化，减少剩余污泥产量。压缩空气由2台罗茨风机提供，规格为Q=10.37 m3/min，P=0.06MPa，N=18.5kW。好氧池尺寸为10.0m× 5.0m×5.0m，钢砼材质，半地上设置。设计停留时间为1d。
3.15 二沉池(新建)
采用竖流式沉淀池，对生化处理后的水进行泥水分离。澄清水向上溢出，污泥部分通过气提回流装置回流至流化床重复利用，增加细菌的利用率，提高其生化效果。剩余污泥定期用泵排放至污泥池。二沉池尺寸为5.0m×5.0m×5.0m，钢砼材质，半地上设置。设计表面负荷为0.4m3(/ m2˙h)，停留时间为12h。
3.16 气浮机(新建)
二沉池出水自流进入组合气浮设备，该设备是利用溶气装置产生的溶气水中的微气泡和水中的絮凝好的微细颗粒结合在一起，利用气泡的浮力升到水面形成浮渣，从而使水中微细悬浮颗粒得到去除。该设备置于1.0m高的设备平台上，保证出水自流进入排放水池。
平台设置于排放水池上方。气浮机处理水量为10m3/h，溶气水量2~3m3/h，主电机功率2.2 kW，加气电机0.55kW，刮沫机0.55kW。气浮处理后的水即可进入排水池，检测达标后向园区污水管网排放。
3.17污泥处理系统(改建)
污泥处理系统包括污泥池、污泥输送设备和污泥脱水设备。中和沉淀池、UASB反应器、中间沉淀池、二沉池产生的污泥和气浮系统产生的浮渣排入污泥池，污泥池为地下式钢砼结构，利用原有污泥池改建，有效容积为19m3。采用口径为40mm的进口铝合金隔膜泵抽吸污泥，配套空压机N=5.5 kW。污泥脱水采用20m2板框压滤机1台。脱水后污泥含水率为70%，由企业收集后外运安全处置。
4工程运行状况
2015年9月启动生化系统的调试，首先在中间水池内混合经过预处理后的原水和生活污水，中间水池有效容积约为110m3，其中预处理后的原水约为10m3，这样既能确保混合后的水含盐量低于1%，又能保证生化系统的启动负荷较低。
用泵打满整个生化处理系统，出水回流至中间水池进行循环，中间水池内添加葡萄糖、复合肥等物质。种泥取自乐平市污水处理厂生化池产生的剩余污泥，UASB反应器与生化池内共投加脱水污泥30t。三相生物流化床空曝3d后调小曝气量，每日观察污泥的颜色、性状并测定SV30与COD的变化。
UASB反应器外循环系统开启，保证罐内一定的上升流速，每日通过取样口观察水的颜色、气味及罐内COD变化。依据污泥性状与COD去除率判断排水时机，排放部分循环水并补充新水，且每次逐步增加原水在新水中所占的比例，直至满负荷进水(满负荷时，中间水池每次混合预处理后的原水约30m3)。
当生化系统内污泥性状正常后，每日按设计工艺流程与负荷连续进水。该系统运行稳定后于2016年3月-2016年4月对进出水水质进行了1个月的连续检测。考察不同工艺段对主要污染物COD的去除效果，结果显示，原水的COD在17350~19440mg/L，平均为18287mg/L，预处理后平均出水COD为8099mg/L，去除率为55.7%。
UASB反应器可大幅度削减COD，经过生活污水稀释后的生产废水进入UASB反应器的平均COD为2362mg/L，经过1.4d的停留时间，出水平均COD可降低至1101mg/L，去除率达到53.2%。再通过缺氧、好氧(停留时间均为1d)工段后，出水平均COD为454mg/L，去除率达到58.7%。当原水COD发生波动时，生物反应器出水COD较为稳定，说明生化系统具有一定的耐冲击负荷性能。
5 技术经济分析
5.1 技术分析
(1)整体工艺采取物化+生化的工艺流程，通过强氧化手段提高废水的可生化性，保证后续生化反应的高效率。
(2)考虑到原水的酸性非常强，加入碱中和后会产生大量盐分，且厂区酸雾吸收塔的吸收液也排入污水站，造成原污水的含盐量接近3.5%。为保证生化反应的正常进行，且减少业主投资，确定采用厂区内收集的生活污水对预处理后的生产废水进行稀释，使其含盐量在进入生化系统前降低至1%以下，确保微生物的活性。
(3)考虑到污水站操作工的工作强度，物化预处理段的处理能力设计为20m3/h，每天接纳的70m3生产废水可在4 h内完成预处理。预处理后的污水可通过集水池内的液位开关自动定量打入后续生化处理系统。
(4)采用三相生物流化床技术作为好氧工艺，将生物污泥回流进行好氧消化，将高有机物含量原水的产泥量减少约60%，降低业主处置污泥的成本。
(5)考虑到化工厂实际生产情况，进水水质可能存在波动，为保证企业污水站的稳定达标排放，工艺尾端预留了臭氧接触氧化工艺，应对可能出现的变化。
(6)为最大程度降低业主投资，利用了原有污水处理站内的所有池容和设备。
该项目实践运行表明，组合工艺和合理的停留时间设置，保证系统出水COD稳定在500 mg/L以下，达到了《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中A等级的标准。
5.2 经济分析
污水处理站接纳生产废水70m3/d，生活污水170m3/d。排放水量为240m3/d，工程总配套投资为207万元，运行主要费用包括以下几项：
(1)运行耗电量为3.7kW˙h/m3，电价按照0.9元(/ kW˙h)计，则电费为3.33元/m3。
(2)系统运行时药剂费用为53.99元/t，具体包括：30%H2O2，单价1500元/t，投加量5kg/t，运行成本7.5元/t;98%FeSO4˙7H2O，单价600元/t，投加量6.8kg/t，运行成本4.08元/t;粉末状PAC，单价1 700元/t，投加量550g/t，运行成本0.94元/t;粉末状阴离子PAM，单价18000元/t，投加量2g/t，运行成本0.036元/t;99%液碱，单价2 900元/t，投加量16.7kg/t，运行成本48.43元/t。
(3)污水站实行PLC全自动化控制，配置管理员2名，负责每日巡检和配制药剂，约2.22元/m3。因此，污水站的直接运行费用约为59.54元/m3，出水可稳定达标排放，污水站每年运行费用约为125万元。
6 结论
(1)采用强氧化+生活污水稀释+生化的处理工艺流程对企业原有污水站进行改造，可保证系统出水COD稳定在500mg/L以下，达到了《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)中A等级的标准。
(2)好氧工艺采用三相生物流化床技术，具有氧转移率高、传质效果好、污泥产量少等优点，降低了业主的污泥处置成本。
(3)经济分析表明，该污水站处理含邻硝基对甲酚生产废水的处理成本约为59.54元/t。
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