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淺談上?；瘜W工業區污水處理廠處理工藝設計及其控制
2006-02-24 13:28:42
摘要：上?；瘜W工業區污水處理場（簡稱WTP）接納的污水組成成份復雜，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，以適應和滿足運行方式靈活、應變能力較強、出水達標率較高的要求。SBR/LD-PAC工藝，由上海石化環境保護研究所開發的低劑量粉末活性炭處理工藝（LD-PACT），并結合序批式反應器（SBR）的基本工藝路線，使廢水處理達到最滿意的處理效果。
關鍵詞：處理工藝 SBR/LD-PACT工藝 廢水處理
論文作者：錢月琴
上海化學工業區(簡稱SCIP)是上海市市級工業區，其開發建設是化工產業結構調整的戰略部署，是市業實現可持續發展的重大決策，也是環境綜合整治的戰略轉移?；^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，第一階段的生產裝置將是陸續建成投入使用，在2002年先期投產的項目有高化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。根據國家環?！叭瑫r”的政策規定，為了滿足先期投產項目的生產廢水、生活污水的處理達標排放，需同期建設相應的SCIP污水集中處理場（WTP），并在2002年12月建成投入生產運行，為SCIP“持續、快速、安全、健康”的發展要求提供保障。
1水量水質狀況及分析
1.1水量狀況
各生產裝置工業污水水量的分布狀況見表1-1。
表1-1 各生產裝置的工業污水水量狀況表
生產裝置名稱 |
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，并預留適當的余量，本裝置的生產規模確定為日處理量7000 m3。
1.2 水質狀況及分析
排入上?；瘜W工業區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 工業污水各污染物量排放分布狀況（排放標準有明確規定）
| 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 工業污水各污染物量排放分布狀況(排放標準無明確規定)
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 進水水質的可處理性初步分析
對于污水中的若干主要污染物，根據有關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 |
* 參考有關資料的數據,可供參考
從表1-11可以看出，按業主和各企業單位提供的排放水水質資料，若各污水達到完全混合狀態，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當是可行的。
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境保護研究所開發，具有LD-PACT技術軟件包支持的廢水處理專用技術。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。
在反應池中，活性炭（PAC）與活性污泥結合，有效增強廢水的處理效果，其有關參數見下：
（1）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%,
過濾產率[AS+PAC]>[AS]提高14-52%
（4）COD絕對去除量: [AS+PAC]>[AS]+[PAC]
[AS+PAC]=（1.19～1.34）[AS]
[AS+PAC]=（1.38～3.46）[PAC]
?。?） 反應速率常數K : [AS+PAC]=2.33[PAC]
[AS+PAC]=1.40[AS]
2.1 SBR/LD-PAC工藝
SBR/LD-PAC工藝，由上海石化環境保護研究所開發的低劑量粉末活性炭處理工藝（LD-PACT），并結合序批式反應器（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池內污泥濃度；PAC表面是高濃度基質、高濃度氧和高濃度污泥三相共存體系，為生化反應創造了優越條件，PAC與污泥之間存在良好的相互作用，增大了基質的利用率，延長了泥齡，從而提高了處理負荷和處理水質；PAC與活性污泥結合，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工業區污水場采用SBR/LD-PAC工藝，可以預見取得很好的處理效果。
2.2 工藝流程
上?；瘜W工業區7000 m3/d污水處理裝置工藝流程,詳見圖6-1: 上?；瘜W工業區7000 m3/d污水處理裝置工藝流程圖。
圖6-1: 上?；瘜W工業區7000 m3/d污水處理裝置工藝流程圖
2.3 主要構筑物及工藝參數
主要構筑物是調節池、酸化池和SBR池。調節池和酸化池合建。它們的設計參數見下表2-1和2-2。
表2-1 調節單元主要工藝參數
項 目 |
工藝參數 | |
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 | |
混合調節池(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 | |
調節池(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主要工藝參數一覽表
項 目 |
主要參數 | ||
進水COD ?。?/span>mg/L） |
C0 = 700 | ||
出水COD （mg/L） |
Ce = 100 | ||
COD去除率 ?。?/span>%） |
η = 85.7 | ||
SBR反應池 |
SBR總容量 （m3） |
VT = 14400 | |
座 數 （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 ?。?/span>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計要求，確保出水指標符合國家排放標準，需對影響處理結果的因素進行控制。
3.1進水水質
為保證整個污水處理系統正常有效地運行，保證污水處理廠的出水達標排放，在化學工業區的統一管理下,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節池（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公司廢水出現異常，水質變差，超出接管標準，應切換閘閥使廢水進入酸化池。
3.2營養
實際接納廢水中的氮、磷含量是與生產廢水的組成成份和生活污水排入的數量有關，尚難以確定。投加氮磷營養物數量，需對實際廢水進行實測后方能最終確定。現暫按接納廢水中無氮、磷營養物考慮。投加的通常要求為：BOD5∶N∶P = 100∶5∶1。根據理論計算，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、運轉穩定、出水水質、減少污泥量、減少污泥泡沫等等。投加量由工藝運轉人員根據實際需要決定。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)應控制在0.5 mg/L以下。
4 經濟分析
WTP正常運轉時，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工業區污水處理廠采用的SBR/LD-PAC工藝，與一般的SBR工藝的處理成本差不多。所以從經濟角度看，SBR/LD-PAC工藝是可行的。
5 小結
用LD-PACT和SBR相結合的處理工藝，對由北京燕山石化公司苯酚-丙酮裝置生產廢水配制的模擬上?；瘜W工業區一期工程先期工業廢水進行了模型試驗。試驗結果表明，當進水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，出水水質較好，CODCr均低于80mg/L，達到水質排放要求。高化苯酚-丙酮裝置的生產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處理，再通過LD-PACT和SBR相結合的工藝處理。上海化學工業區7000m3/d污水處理場，除接納各裝置排放的生產廢水，按現提供資料約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廢水為基礎的，因此上?；瘜W工業區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見，采用水解酸化及LD-PACT和SBR相結合的工藝處理上?；瘜W工業區一期工程先期廢水，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反應器的發展.環境科學進展,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].中國建設工業出版社,第三版,1990