河北某化工园区污水深度处理工艺设计

　　摘要:针对河北省某化工园区二级生物处理出水可生化性差、难降解物质多、色度较高、氨氮超标的特点，进行深度处理工艺设计，经方案比选，采用“电絮凝+溶气气浮+臭氧催化氧化+曝气生物滤池(BAF)”组合工艺。在调试期内，调节臭氧投加比(ρ(O3)/COD)至2.1，出水COD保持60mg/L以下，去除率30%以上，满足工艺设计要求。经过1年的稳定运行表明，该园区深度处理出水COD不高于45mg/L，SS、NH4+-N的质量浓度均小于5mg/L，满足GB18918-2002的一级A标准。

　　关键词:化工园区;深度处理;臭氧催化氧化;工艺设计

　　化工废水一般水质复杂，且多含有毒有害物质，可生化性差、难降解污染物多，冲击负荷强等，对水环境造成严重影响[1]。通过建立化工园区的方式将各类化工企业集中在一起，对各企业废水集中收集处理，节约成本，便于管理，可减轻化工企业的环境污染[2]。随着国家废水排放标准日趋严格，很多园区现有处理装置难以满足要求。针对河北某化工园区污水进行了深度处理工艺设计，本文分析其稳定达标情况及技术经济指标，以期为同类园区提供参考。

　　污水处理论文范例：关于污水处理厂废气多层次处理方法的研究

　　1工程概况

　　该化工园区内主要集中有制药企业、生物科技有限公司、精细化工企业及新材料科技公司，园区现有污水生物处理主体工艺为改良型A2/O处理工艺。目前该装置运行良好，处理效果能达到设计要求，出水满足GB8978-1996中的一级标准要求[3]。按照国家、省、市级的各类工业园区(开发区)污水处理厂要求，对其进行提标改造，增设深度处理工序。根据园区总体规划，深度处理工序总处理规模为18×103m3/d，分期建设，一期设计水量满足园区企业中期排水要求，为12.5×103m3/d。深度处理工序出水执行GB18918-2002中的一级A标准[4]。

　　2核心工艺选择与工艺流程

　　2.1核心工艺选择

　　深度处理工序进水水质具有以下特点：1)废水水质波动大，污染物成分复杂。废水COD受前处理及外来水影响，波动较大;2)可生化性差，生化出水COD约100mg/L，绝大部分为难降解有机物;3)含有一定量的悬浮物，色度较高，氨氮含量超标。根据其水质特点，拟采用预处理-高级氧化-生物强化组合的深度处理工艺。

　　该工艺组合以高级氧化为核心，降解剩余难降解有机物，提高废水可生化性后再进行生物强化处理，以较低的成本实现达标排放。工程上常用的高级氧化技术有芬顿氧化工艺和臭氧催化氧化工艺。芬顿工艺是利用芬顿试剂在水中使Fe2+催化H2O2生成羟基自由基(HO·)，由此获得较强的氧化能力，降解污水中的污染物[5]。臭氧催化氧化通过快速产生大量活泼的HO·，引发链反应，无选择性将水中难降解的大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，提高废水可生化性[6-8]。

　　在实验室内对高级氧化工艺进行比选，确定芬顿氧化工艺和臭氧催化氧化工艺最佳实验条件及处理效果，实验进水取自原项目二级生物出水，COD为103mg/L，设计出水COD要求60mg/L。经实验确定，芬顿氧化优化反应pH为3.5，芬顿试剂投加量为COD：ρ(H2O2)：ρ(Fe2+)=1：1：0.25，反应时间90min;臭氧催化氧化优化臭氧的质量浓度50mg/L，反应时长120min。该条件下实验结果如表2所示。

　　实验结果表明，芬顿氧化与臭氧催化氧化均对原二级生物出水有一定去除效果，其中臭氧催化氧化提高了BOD5/COD，即提高了废水可生化性，便于后续生物强化处理。芬顿氧化出水COD降低，但高于设计出水60mg/L的要求;且该反应初始将废水pH调节至3.5左右，氧化完成后再对其中和，在此过程产生大量含铁的化学污泥，属性为危险废物，需交有资质单位处理，成本较高。同时投加的芬顿试剂增加了废水中盐度和铁离子浓度，对后续处理过程产生一定影响。综上分析，臭氧催化氧化工艺具有显著优势，选择采用臭氧催化氧化工艺作为深度处理的高级氧化核心工艺。

　　2.2工艺流程

　　项目采用“电絮凝+溶气气浮+臭氧催化氧化+曝气生物滤池(BAF)”组合工艺。工艺流程。生物处理出水由现有出水池首先进入调节水池，废水经调整pH后，由提升泵提升进入电絮凝装置。电絮凝出水送入调节池，在池内曝气后泵入气浮系统，加聚丙烯酰胺(PAM)助凝，实现悬浮物和水体的分离，出水进入中间水池。通过提升泵将中间水池中的水自下而上进入并联的臭氧催化反应塔。

　　臭氧发生器产生的臭氧通过阀门控制进入催化塔塔底，塔顶尾气进入尾气破坏器。催化臭氧氧化塔出水进入氧化稳定池，并可从该池以反洗泵取水对催化反应塔与过滤器进行反冲。随后进入曝气生物滤池系统，COD和氨氮进一步被去除，出水通过滤布滤池后进入清水池，最终达标排放。气浮和曝气生物滤池产生的污泥进入污泥储池，经隔膜压滤后，外委处置。

　　3主要构筑物及设备参数

　　项目工艺处理单体主要包括电絮凝处理单元、气浮单元、臭氧催化氧化单元和高效生物滤池单元等。1)电絮凝处理单元。电絮凝设备间采用6套一体化电絮凝设备，单套处理能力为100m3/h，设备长4.7m、宽3.6m、高3.2m，极板尺寸500mm×250mm，极板间距20mm，反应时间5min。

　　2)气浮处理单元。气浮设备采用专业厂家成套设备，包括加碱与PAM加药系统。溶气气浮机3台，单套处理能力为270m3/h，设备长22.5m、宽4.5m、高3.2m，采用SS304钢材质;碱投加系统由1台有 效容积为20m3的碳钢储罐及3台进水体积流量300L/h、扬程60m的碱计量泵组成;PAM加药系统由1台进水体积流量1000L/h的自动溶药机和3台进水体积流量500L/h、扬程60m的PAM计量泵组成。

　　3)中间水池。水池为半地下式有盖钢筋混凝土矩形池，有效容积750m3，停留时间1.44h;配套4台污水提升离心泵，进水体积流量200m3/h，扬程15m。4)臭氧催化氧化单元。单元内有3座臭氧催化氧化反应塔，单塔有效容积143m3，3台臭氧源(2用1备)，臭氧产量15kg/h;催化剂共282m3，氧化铝基材，粒径Φ3～5mm，孔容0.4～0.6cm3/g，比表面积≥230m2/g。

　　5)曝气生物滤池。滤池为半地下式钢筋混凝土矩形池，有效容积3000m3，内部分为4格设4套日常曝气系统。反洗频率1次/天，气洗和水洗时间均为15min/次。气洗强度13.8L/(m2·s)，水洗强度4.6L(/m2·s)，反洗水量960m3/d。工程设置半地下式钢筋混凝土结构滤布滤池1座，有效容积800m3，用以去除生物滤池出水中携带的少量悬浮物。

　　4运行效果

　　4.1臭氧催化氧化单元

　　项目于2019年3月开始调试运行，在调试期内，臭氧催化氧化单元出水COD均降至60mg/L以下，去除率达30%以上。在调试运行初期，臭氧催化氧化塔就体现出良好的COD降解效果，运行第5天，出水COD即逐渐稳定在50mg/L以下，此时臭氧投加比(ρ(O3)：COD)为2.3。

　　为了复核设计臭氧投加量并降低运行成本，在运行第8天将臭氧投加比修正为2.1，出水COD出现小幅波动，说明随着投加比的降低，COD去除量会受到影响。接下来良好的COD效果可能归因于固定臭氧投加量条件下进水COD的降低。运行最后1周，出水COD稳定在60mg/L，满足工艺设计要求。

　　4.2深度处理工序

　　项目运行1年的处理效果，结果表明，深度处理出水COD<45mg/L，SS、NH4+-N的质量浓度分别<5、<5mg/L，能够稳定满足GB18918-2002中的一级A标准。

　　5技术经济及环境效益

　　一期建设后年运行成本约为1543.9万元，其中液碱、PAM等药剂费用123.8万元，耗材(电极板更换、催化剂补加)费用90.8万元，动力费(电耗、氧气费、水费)478.1万元，污泥外运处置费79.2万元，人工成本72万元，折旧、管理及其他费用共计700万元，吨水处理成本为3.74元;二期建成后年运行成本估算为1816.8万元，其中液碱、PAM等药剂费用181.2万元，耗材(电极板更换、催化剂补加)费用101.9万元，动力费(电耗、氧气费、水费)634.5万元，污泥外运处置费79.2万元，人工成本72万元，折旧、管理及其他费用共计748万元，吨水处理成本为3.06元。项目出水除部分回用于道路浇洒、绿化外，其余外排至防洪渠，能够显著改善区域水环境质量。每年可减少COD排放量约为324t、NH4+-N约为32.4t、SS约为281.6t，实现了节能减排的目的。

　　6结论

　　针对化工园区二级生物出水深度处理，设计采用高级氧化工艺氧化难降解物质，提高废水可生化性，后续进行生物强化处理，以期在较低成本下达标排放。实验室内进行核心工艺比选，臭氧催化氧化出水COD最低降至47mg/L，去除率54%，BOD5/COD由0.11提升至0.32;芬顿氧化出水COD最低降至65mg/L，去除率37%，故选择采用臭氧催化氧化工艺作为高级氧化工艺。项目采用“电絮凝+溶气气浮+臭氧催化氧化+BAF”组合工艺，经1年运行表明，深度处理出水COD小于45mg/L，SS、NH4+-N的质量浓度分别<5、<5mg/L，稳定满足GB18918-2002中的一级A排放标准。

　　参考文献：

　　[1]彭松,蒋克彬,陈红艳.化工废水治理措施综述[J].江苏环境科技,2008,21(增1):122-124.

　　[2]唐景春,王敏,郑先强,等.化工园区污水特征分析及生物毒性研究[J].中国环境监测,2012,28(1):20-24.

　　[3]污水综合排放标准:GB8978-1996[S].

　　[4]城镇污水处理厂污染物排放标准:GB18918-2002[S].

　　[5]冯素敏,王浩,宋振扬,等.芬顿氧化-混凝深度处理二级出水试验研究[J].河北科技大学学报,2017,38(1),94-100.

　　[6]ANDREOZZIR,CAPRIOV,INSOLAA,etal.Advancedoxidationprocesses(AOP)forwaterpurificationandrecovery[J].CatalysisToday,1999,53(1):51-59.

　　作者：王姣1，刘思相2，孙黎明3