淺談上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)污水處理廠處理工藝設(shè)計及其控制
2006-02-24 13:28:42
摘要：上海化學(xué)工業(yè)區(qū)污水處理場（簡稱WTP）接納的污水組成成份復(fù)雜，排放的不確定性因素較多，濃度和負荷變動幅度大，但污水基本屬可生化處理的，因而采用SBR/LD-PACT工藝，以適應(yīng)和滿足運行方式靈活、應(yīng)變能力較強、出水達標率較高的要求。SBR/LD-PAC工藝，由上海石化環(huán)境保護研究所開發(fā)的低劑量粉末活性炭處理工藝（LD-PACT），并結(jié)合序批式反應(yīng)器（SBR）的基本工藝路線，使廢水處理達到最滿意的處理效果。
關(guān)鍵詞：處理工藝 SBR/LD-PACT工藝 廢水處理
論文作者：錢月琴
上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)(簡稱SCIP)是上海市市級工業(yè)區(qū)，其開發(fā)建設(shè)是化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略部署，是市業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大決策，也是環(huán)境綜合整治的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移?；^(qū)總占地面積為23.4平方公里，其中一期工程占地10平方公里，一期工程分二階段建設(shè)，第一階段的生產(chǎn)裝置將是陸續(xù)建成投入使用，在2002年先期投產(chǎn)的項目有高化20萬噸/年苯酚丙酮裝置，天原化工的PVC裝置，拜耳公司的雙酚-A裝置和多聚異氰酸酯裝置。根據(jù)國家環(huán)?！叭瑫r”的政策規(guī)定，為了滿足先期投產(chǎn)項目的生產(chǎn)廢水、生活污水的處理達標排放，需同期建設(shè)相應(yīng)的SCIP污水集中處理場（WTP），并在2002年12月建成投入生產(chǎn)運行，為SCIP“持續(xù)、快速、安全、健康”的發(fā)展要求提供保障。
1水量水質(zhì)狀況及分析
1.1水量狀況
各生產(chǎn)裝置工業(yè)污水水量的分布狀況見表1-1。
表1-1 各生產(chǎn)裝置的工業(yè)污水水量狀況表
生產(chǎn)裝置名稱 |
污水量（m3/h）* |
百分比（%） |
高化苯酚丙酮 |
157.4 |
78.7 |
天原PVC |
25.0 |
12.5 |
拜耳雙酚-A |
17.0 |
8.5 |
拜耳多聚異氰酸酯 |
0.5 |
0.3 |
合計 |
199.9 |
100.0 |
* 未計算初期雨水量。
除上述工業(yè)污水4800m3/d（199.9m3/h）外，估計施工期生活污水量約為500 m3/d（按每套裝置500人×50升/人.日×20套裝置同時施工計），再考慮到其它不確定因素及初期雨水，并預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?，本裝置的生產(chǎn)規(guī)模確定為日處理量7000 m3。
1.2 水質(zhì)狀況及分析
排入上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)污水場的各裝置的排放廢水，其主要污染物狀況見表1-2、表1-3。
表1-2 工業(yè)污水各污染物量排放分布狀況（排放標準有明確規(guī)定）
| 裝置 | 高化苯酚丙酮 | 天原 PVC | 拜耳 雙酚-A | 拜耳多聚 異氰酸酯 | 合 計 | 計算的平均混合濃度(mg/L) |
項目 | |||||||
排放量 | m3/h | 157.4 | 25.0 | 17.0 | 0.5 | 199.9 |
|
CODCr |
Kg/h |
94.00 |
13.075 |
3.910 |
0.075/18.300 |
111.060/129.285 |
555.58/646.75 |
% |
84.6 |
11.8 |
3.5 |
0.1 |
100 | ||
BOD5 |
Kg/h |
36.45 |
3.725 |
2.907 |
0.028/6.660 |
43.110/49.742 |
215.66/248.83 |
% |
84.6 |
8.6 |
6.7 |
0.1 |
100 | ||
石油類 |
Kg/h |
|
0.006 |
0.067 |
|
0.074 |
0.37 |
% |
|
8.1 |
91.9 |
|
100 | ||
苯酚 |
Kg/h |
0.405 |
|
0.009 |
|
0.414 |
2.07 |
% |
97.8 |
|
2.2 |
|
100 | ||
懸浮物 |
Kg/h |
|
1.800 |
0.595 |
|
2.395 |
11.98 |
% |
|
75.2 |
24.8 |
|
100 | ||
氨氮 |
Kg/h |
|
0.490 |
|
|
0.490 |
2.45 |
% |
|
100 |
|
|
100 | ||
甲醛 |
Kg/h |
2.16 |
|
|
|
2.160 |
10.81 |
% |
100 |
|
|
|
100 | ||
甲醇 |
Kg/h |
2.70 |
|
0.748 |
|
3.448 |
17.25 |
% |
78.3 |
|
21.7 |
|
100 | ||
苯 |
Kg/h |
0.011 |
|
|
|
0.011 |
0.055 |
% |
100 |
|
|
|
100 |
表1-3 工業(yè)污水各污染物量排放分布狀況(排放標準無明確規(guī)定)
裝置 項 目 |
高化苯酚丙酮 |
天原 PVC |
拜耳 雙酚-A |
拜耳多聚 異氰酸酯 |
合 計 |
計算的平均混合濃度(mg/L) | |
排放量 |
m3/h |
157.4 |
25.0 |
17.0 |
0.5 |
199.9 |
|
丙酮 |
Kg/h |
16.20 |
|
1.39 |
|
17.59 |
88.01 |
異丙苯 |
Kg/h |
1.08 |
|
|
|
1.08 |
5.40 |
CHP |
Kg/h |
0.54 |
|
|
|
0.54 |
2.70 |
DBNA |
Kg/h |
0.54 |
|
|
|
0.54 |
2.70 |
AP |
Kg/h |
0.54 |
|
|
|
0.54 |
2.70 |
輕酮類 |
Kg/h |
1.62 |
|
|
|
1.62 |
8.10 |
羥基酮 |
Kg/h |
54.00 |
|
|
|
54.00 |
270.14 |
甲異丁酮 |
Kg/h |
|
|
0.009 |
|
0.009 |
0.045 |
雙酚-A |
Kg/h |
|
|
0.009 |
|
0.009 |
0.045 |
乙酸丁酯 |
Kg/h |
|
|
|
0.01/2.35 |
0.01/2.35 |
0.05/11.63 |
乙酸乙酯 |
Kg/h |
|
|
|
0.026/6.40 |
0.026/6.40 |
0.13/31.02 |
新戊酸和催化劑 |
Kg/h |
|
|
|
0.003/0.55 |
0.003/0.55 |
0.015/2.75 |
尿素 |
Kg/h |
|
|
|
0.005/1.10 |
0.005/1.10 |
0.025/5.50 |
Na2SO4 |
Kg/h |
264.60 |
|
|
|
264.60 |
1323.66 |
從表1-2和表1-3初步可以看出，在WTP進水中,無論是污水量還是各種污染物數(shù)量均主要來自高化苯酚丙酮裝置。
從排放的污水量角度而言，苯酚丙酮裝置占全部四套裝置排水量的78%,是WTP的主要污水來源。
從污染物總量角度而言，苯酚丙酮裝置同樣占全部四套裝置排放污染物總量的絕大部分，其中對排放標準有明確規(guī)定的CODCr、BOD5各占全部總量的72.9%和84.6%，甲醇為78.3%，苯酚為97.8%, 甲醛為100%。此外，在排放標準中無明確規(guī)定的污染物，如丙酮、異丙苯、CHP、DBNA、AP、輕酮類、羥基酮等幾乎都來自苯酚丙酮裝置。
1.3 進水水質(zhì)的可處理性初步分析
對于污水中的若干主要污染物，根據(jù)有關(guān)資料提供的可氧化性和可吸附性狀況見表1-4。
表1-4 若干污染物的可處理性分析*
序號 |
污 染 物 |
分 子 量 |
溶解度 (%) |
可氧化性 |
可吸附性 | |||
BOD5 (mg/mg) |
CODCr (mg/mg) |
原水 濃度(mg/L) |
去除率 (%) |
活性炭吸附容量(g/g) | ||||
1 |
苯酚 |
94.0 |
6.7 |
2.00 |
3.20 |
1000 |
80.6 |
0.161 |
2 |
甲醛 |
30.0 |
∝ |
0.33～1.06 |
1.06 |
1000 |
9.2 |
0.018 |
3 |
甲醇 |
32.0 |
∝ |
0.76～1.12 |
1.42 |
1000 |
3.6 |
0.007 |
4 |
苯 |
79.1 |
0.07 |
0～1.20 |
1.60 |
416 |
95.0 |
0.080 |
5 |
丙酮 |
58.1 |
∝ |
0.31～1.63 |
1.63～2.00 |
1000 |
21.8 |
0.043 |
6 |
乙酸乙酯 |
88.1 |
8.70 |
0.29～0.86 |
/ |
1000 |
50.5 |
0.100 |
7 |
乙酸丁酯 |
116.2 |
0.68 |
0.15～0.52 |
/ |
1000 |
84.6 |
0.169 |
* 參考有關(guān)資料的數(shù)據(jù),可供參考
從表1-11可以看出，按業(yè)主和各企業(yè)單位提供的排放水水質(zhì)資料，若各污水達到完全混合狀態(tài)，平均計算濃度為:
CODcr=550～650 mg/L
BOD5=220～250 mg/L
BOD5/CODcr≈0.39
按一般的經(jīng)驗判斷，污水的BOD5/CODcr比值≥0.3，可認為是可生化的，本工程排放的污水BOD5/CODcr≈0.39，采用生化處理工藝應(yīng)當(dāng)是可行的。
從表1-2和1-3可以看出，本工程排放污水中的若干主要污染物，如苯酚、甲醛、甲醇、苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等均具有不同程度的可氧化性。至于羥基酮、輕酮類、CHP、DBMA、AP等因具體名稱不詳，無從查證，但從其功能基因可以看出：酮基、羥基的生化反應(yīng)活性在有機物各基因生物降解排序中名列前茅，可通過生物降解生成酸類，再通過有機酸的β-氧化和三羧酸循環(huán)等途徑最終生成CO2和H20，并提供生物活動所需的能量。
從表1-4也可以看出，本工程排放污水中的若干主要污染物均可由活性炭不同程度吸附，其中活性炭對于苯、苯酚、乙酸乙酯、乙酸丁酯等吸附狀況均較好，對于這一特性也可以在選擇污水處理工藝中加上充分的利用。
2 處理工藝
2.1 PACT工藝簡述
低劑量粉末活性炭處理工藝（Low Dose-Powdered Activated Carbon Treatment Process），簡稱 LD-PACT。本工藝沿用PACT工藝基本圖式，按我國國情和條件，由上海石油化工股份有限公司環(huán)境保護研究所開發(fā)，具有LD-PACT技術(shù)軟件包支持的廢水處理專用技術(shù)。低劑量粉末活性炭處理工藝(簡稱LD-PACT)為上海市科技成果,登記號931900674，登記日1990年07月。
在反應(yīng)池中，活性炭（PAC）與活性污泥結(jié)合，有效增強廢水的處理效果，其有關(guān)參數(shù)見下：
?。?）1克PAC儲氧能力500-700mg 可吸附20-200mg CODcr
?。?）[PAC-AS]絮體直徑可達100-400μ，沉降性能顯著改善
?。?）脫水性能有很大改善: 比阻[AS+PAC]<[AS],降低22-56%,
過濾產(chǎn)率[AS+PAC]>[AS]提高14-52%
?。?）COD絕對去除量: [AS+PAC]>[AS]+[PAC]
[AS+PAC]=（1.19～1.34）[AS]
[AS+PAC]=（1.38～3.46）[PAC]
（5） 反應(yīng)速率常數(shù)K : [AS+PAC]=2.33[PAC]
[AS+PAC]=1.40[AS]
2.1 SBR/LD-PAC工藝
SBR/LD-PAC工藝，由上海石化環(huán)境保護研究所開發(fā)的低劑量粉末活性炭處理工藝（LD-PACT），并結(jié)合序批式反應(yīng)器（SBR）的基本工藝路線，使廢水處理達到最滿意的處理效果。
在SBR生物反應(yīng)器中投加活性炭后可利用PAC在進水階段的吸附作用，從而使混合液中有毒難降解污染物濃度減少，減輕對生物的抑制作用；在反應(yīng)階段，被PAC吸附的有機物通過生物解吸，降解后得以有效去除，同時PAC再生；在沉淀閑置階段，PAC進一步再生后仍保持一定的活性；PAC本身也為生物的生長提供很大的空間，從而提高SBR池內(nèi)污泥濃度；PAC表面是高濃度基質(zhì)、高濃度氧和高濃度污泥三相共存體系，為生化反應(yīng)創(chuàng)造了優(yōu)越條件，PAC與污泥之間存在良好的相互作用，增大了基質(zhì)的利用率，延長了泥齡，從而提高了處理負荷和處理水質(zhì)；PAC與活性污泥結(jié)合，使絮體直徑增大，從而提高污泥沉降性能，并且也增強了污泥的脫水性能。因此，上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)污水場采用SBR/LD-PAC工藝，可以預(yù)見取得很好的處理效果。
2.2 工藝流程
上海化學(xué)工業(yè)區(qū)7000 m3/d污水處理裝置工藝流程,詳見圖6-1: 上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)7000 m3/d污水處理裝置工藝流程圖。
圖6-1: 上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)7000 m3/d污水處理裝置工藝流程圖
2.3 主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)
主要構(gòu)筑物是調(diào)節(jié)池、酸化池和SBR池。調(diào)節(jié)池和酸化池合建。它們的設(shè)計參數(shù)見下表2-1和2-2。
表2-1 調(diào)節(jié)單元主要工藝參數(shù)
項 目 |
工藝參數(shù) | |
酸化池 |
有效容積 |
25m×17.5m×4m（有效水深） |
停留時間 |
>10小時 | |
組合填料 |
1750 m3 | |
混合調(diào)節(jié)池(苯酚丙酮裝置污水進入) |
有效容積 |
25m×17.5m×4m（有效水深） |
停留時間 |
>10小時 | |
調(diào)節(jié)池(全部進水) 混合 |
有效容積 |
50m×17.5m×4m（有效水深） |
停留時間 |
>10小時 | |
表2-2 SBR主要工藝參數(shù)一覽表
項 目 |
主要參數(shù) | ||
進水COD ?。?/span>mg/L） |
C0 = 700 | ||
出水COD ?。?/span>mg/L） |
Ce = 100 | ||
COD去除率 ?。?/span>%） |
η = 85.7 | ||
SBR反應(yīng)池 |
SBR總?cè)萘?/span> ?。?/span>m3） |
VT = 14400 | |
座 數(shù) （座） |
n = 3 | ||
每座SBR容量 （m3） |
V = 4800（75*16*4） | ||
充水比 |
1/2 |
1/4 | |
每座SBR進水量 ?。?/span>m3） |
2400 |
1200 | |
周期運行時間 |
整個運行周期所需時間 （h） |
T = (Tf －Tf’)+Ta+Ts+Tdw+TuT = 24 T=12 | |
進水時間 Tf （h） |
2 |
1 | |
充水同時曝氣時間 Tf’ （h） |
0～2 |
0～1 | |
加強曝氣時間 Ta’ （h） |
6 |
4 | |
曝氣持續(xù)時間 Ta ?。?/span>h） |
14 |
8 | |
排泥時間 Tds （h） |
1～3 |
1～2 | |
沉淀時間 Ts （h） |
3 |
1.5 | |
排水時間 Tdw ?。?/span>h） |
3 |
1 | |
閑置時間 Tu （h） |
2 |
0.5 | |
曝氣時間比 Ta/T |
0.58 |
0.67 | |
PAC投加量（以進水量計）（mg/L） |
Inf PAC 20 |
Inf PAC 15 | |
混合液 |
污泥濃度 （g/L） |
MLSS = 3.5 |
MLSS =5.5 |
SVI （ml/g） |
≤150 | ||
PAC濃度 （g/L） |
0.80 |
2.2 | |
負 荷 |
COD平均容段負荷（kgCOD/m3 池） |
0.30 |
0.15 |
COD平均污泥負荷（kgCOD/kgSS? d） |
(F/M)re=0.15 |
(F/M)re=0.08 | |
3 工藝控制
為了使污水處理裝置達到設(shè)計要求，確保出水指標符合國家排放標準，需對影響處理結(jié)果的因素進行控制。
3.1進水水質(zhì)
為保證整個污水處理系統(tǒng)正常有效地運行，保證污水處理廠的出水達標排放，在化學(xué)工業(yè)區(qū)的統(tǒng)一管理下,各工廠或裝置的污水必須達到接管標準后才允許排入污水處理裝置。
在正常情況下，即各工廠或裝置的污水均達到接管標準后排入污水裝置，此時：（1）生活污水、Bayer公司廢水和PVC公司廢水進入混合調(diào)節(jié)池（B110）；（2）高橋苯酚丙酮裝置廢水進入酸化池。
若Bayer公司廢水或PVC公司廢水出現(xiàn)異常，水質(zhì)變差，超出接管標準，應(yīng)切換閘閥使廢水進入酸化池。
3.2營養(yǎng)
實際接納廢水中的氮、磷含量是與生產(chǎn)廢水的組成成份和生活污水排入的數(shù)量有關(guān)，尚難以確定。投加氮磷營養(yǎng)物數(shù)量，需對實際廢水進行實測后方能最終確定?，F(xiàn)暫按接納廢水中無氮、磷營養(yǎng)物考慮。投加的通常要求為：BOD5∶N∶P = 100∶5∶1。根據(jù)理論計算，每天需投加尿素（CO(NH2)2）274kg ，磷酸二氫鈉（NaH2PO4·7H2O）216kg，待處理裝置正常后，視出水中氮和磷的指標高低再予以調(diào)整。
3.3粉末活性炭（PAC）
SBR池中投加低劑量粉末活性炭，利用其特性，有利于提高處理能力、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、出水水質(zhì)、減少污泥量、減少污泥泡沫等等。投加量由工藝運轉(zhuǎn)人員根據(jù)實際需要決定。投加時間與投料泵運行同步。
PAC投加量（以進水量計）(mg/L) |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
一次性投加量 (kg) |
36 |
48 |
72 |
96 |
120 |
每天需用量 (kg) |
108 |
144 |
216 |
288 |
360 |
3.4溶解氧(DO)
污水處理裝置的SBR池的溶解氧(DO)一般控制在2 mg/L左右，酸化池的溶解氧(DO)應(yīng)控制在0.5 mg/L以下。
4 經(jīng)濟分析
WTP正常運轉(zhuǎn)時，物料消耗見表4-1物料消耗表。
表4-1 物料消耗表
物料名稱 |
消耗量(Kg/d) |
粉末活性炭（PAC） |
144 |
尿素 |
274 |
磷酸二氫鈉 |
216 |
PAM |
2.52 |
由于采用低劑量粉末活性炭處理工藝，也無需PAC再生裝置，所以整體上來說，上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)污水處理廠采用的SBR/LD-PAC工藝，與一般的SBR工藝的處理成本差不多。所以從經(jīng)濟角度看，SBR/LD-PAC工藝是可行的。
5 小結(jié)
用LD-PACT和SBR相結(jié)合的處理工藝，對由北京燕山石化公司苯酚-丙酮裝置生產(chǎn)廢水配制的模擬上海化學(xué)工業(yè)區(qū)一期工程先期工業(yè)廢水進行了模型試驗。試驗結(jié)果表明，當(dāng)進水CODCr為782.4mg/L，泥水比為1:2，曝氣時間為16h時，SBR出水CODCr為63.1~76.5mg/L，出水水質(zhì)較好，CODCr均低于80mg/L，達到水質(zhì)排放要求。高化苯酚-丙酮裝置的生產(chǎn)廢水是本污水處理場的主要污染源，污染物量大，組成成分復(fù)雜，可生化性相對較差，生物不可降解或難降解的CODCr較高。本試驗采用水解酸化預(yù)處理，再通過LD-PACT和SBR相結(jié)合的工藝處理。上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)7000m3/d污水處理場，除接納各裝置排放的生產(chǎn)廢水，按現(xiàn)提供資料約4800m3/d左右外，還將接納各裝置排放的生活污水等。本試驗是以模擬工業(yè)廢水為基礎(chǔ)的，因此上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)7000m3/d污水處理場實際進水的可生化性肯定要好于本試驗所配制的模擬廢水?？梢灶A(yù)見，采用水解酸化及LD-PACT和SBR相結(jié)合的工藝處理上海化學(xué)工業(yè)區(qū)一期工程先期廢水，可以達到上海市污水綜合排放標準。
參考文獻：
[1] 王海東、文湘華、錢易.處理難降解有機物的新型SBR反應(yīng)器的發(fā)展.環(huán)境科學(xué)進展,Vol.7(6):38-43(1999)
[2] 劉永淞、陳純．SBR法工藝特性研究.中國給水排水, Vol.6(6):5-11(1990)
[3] 張自杰 .排水工程[M].中國建設(shè)工業(yè)出版社,第三版,1990