微电解-芬顿工艺耦合生化对香精香料废水处理的应用

　　1、项目概述

　　某香精香料工业园日产生产废水近2500m3/d，园区各入园企业生产过程中由于采用了多种有机化学反应，使用大量的有毒有害化工原料，使得产生的废水中含有大量的有机物质，且废水种类很多。每一种废水水质成分、浓度因原料和工艺而异，既有香料、香料副产品、降解物，还有原辅材料，且含有大量有毒有害物质如甲苯、苯甲醛等。水中污染物成分复杂，色度高，多数有强烈刺激性气味，是目前最难处理的废水之一，原水进水水质BOD5/CODCr=0.19≤0.3，可生化性较差。为处理该园区废水，本方案设计物化+高级氧化+生化处理的工艺思路，从提高生物可降解性着手，以物化与生化互相结合的方式确保出水水质稳定达标。

　　2、工艺设计

　　2.1 水量水质

　　废水的处理规模为2500m3/d，24小时运行。设计的进、出水水质指标如表1所示，出水执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准(SS、氨氮根据业主要求分别执行50mg/L、10mg/L排放标准)。

　　2.2 工艺流程

　　根据进水水质情况和出水水质要求，采用“混凝+铁碳微电解+芬顿高级氧化+ABR厌氧+接触氧化”的组合工艺，具体工艺流程见图1。

　　2.3 主要处理单元及设计参数

　　2.3.1 格栅及调节池

　　园区各排污企业排放的废水其水质和水量都是随时间变化而变化的，为了保证后继处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节，通过这种调节可以提高废水的可处理性，减少对后续处理单元产生冲击负荷。另外，格栅与调节池合建。进水渠道土建按照2500m3/d规模设置，安装一台回转式格栅，回转式格栅：一台，L×B=4m×0.8m，δ=20mm；无轴螺旋输送机：一台，U形槽尺寸200mm。

　　调节池工艺参数：有效停留时间远期8h；调节池尺寸：22m×11m×7m，有效水深4m，有效容积1000m3；池底设PVC穿孔曝气管系统1套，起到搅拌和预氧化作用，气源采用鼓风机曝气。调节池提升泵：氟塑料衬里离心泵2台，1用1备，Q=65m3/h，H=10m，P=5.5kW。

　　2.3.2 混凝气浮池

　　由于香料废水中含有一定的油类以及一些相对密度接近于1.0的微细悬浮颗粒，这些污染物难于用沉淀或者上浮的方法从废水中分离出来，因而在进气浮单元以前需要采取脱稳、破乳措施。混凝剂与废水混合采用静态混合器水力混合方式，以简化运行操作和运行费用。废水经混凝处理后进气浮机之前投加PAC、PAM等絮凝剂。

　　主要设备参数：采用涡凹气浮机，两台，处理能力Q=62.5m3/h；气浮曝气机：1台，N=2.2kW；气浮刮渣机：1台，N=0.37kW；螺旋输送机：1台，N=0.37kW；气浮机尺寸：6.5m×1.8m×1.8m(CAF-60)；涡凹气浮间尺寸：10.6m×10.0m×6.9m。

　　2.3.3 微电解池

　　曝气铁炭微电解通过铁和碳在酸性条件下形成无数个微电流反应器，废水中的有机物在微电流的作用下被还原，并且废水的可生化性得到改善。曝气铁炭滤池的主要工艺参数如下：滤池形式：普通滤池；滤池个数：4池；滤速：1m/h；过滤面积：125m2；单池滤池净尺寸：8m×4m×5m；滤池尺寸：17.5m×11.2m×5.0m；有效接触时间：2h；铁炭层高：2m；Fe/C=4~5∶1(质量比)；铁碳规格：3-5c；承托层：350mm；曝气系统：PVC穿孔曝气管曝气强度：8.33m3/min；气水比：4∶1，控制水中溶解氧3.0~3.5mg/L；出水pH：约5.5。

　　2.3.4 芬顿高级氧化单元

　　H2O2/Fe2+高级氧化主要起将大分子COD氧化为小分子COD，改善废水的可生化性，并且承担部分COD去除量。控制该单元调节pH至3~4左右，进行高级氧化，然后在调回pH进行沉淀，设计参数如下。

　　pH调整池工艺参数如下：pH调整池设1座2池；单池净尺寸为：2.0m×2.0m×4.1m(有效水深3.6m)；总尺寸：4.6m×2.4m×4.1m；有效停留时间：14min；板框搅拌机：2台，N＝0.75kW，搅拌机转速5.2r/min。

　　Fenton高级氧化主要工艺参数如下：水力停留时间：4h；有效水深：4m；分组情况：两组，每组净尺寸：8.0m×8.0m×4.5m；总尺寸：16.1m×8.6m×4.5m。

　　混凝反应沉淀池主要设计参数：混凝反应池分为两组，每组三格，单格尺寸为：2.0m×2.0m×4.5m(超高0.5m)。第一个板框搅拌机功率为0.75kW，第二格和第三格板框搅拌机功率均为0.37kW；混凝反应池总尺寸为L×B×H＝16.1m×2.6m×4.5m，停留时间：40min；主要设备：板框搅拌机：0.75kW两台搅拌机转速：8.0r/min；板框搅拌机：0.37kW两台搅拌机转速：5.2r/min；板框搅拌机：0.37kW两台搅拌机转速：3.9r/min；初沉池设计流量Q=62.5m3/h，竖流沉淀池，采用重力排泥。设初沉池1座，直径6m，池高8m，其中泥斗高4m。

　　2.3.5 折流式厌氧反应器(ABR池)

　　设计流量Q=162.5m3/h，取水力停留时间t=8h，有效水深6m，保护高0.5m，设填料层高1.5m。则有效容积V=Qt=62.5m3/h×8h=500m3厌氧反应器容积负荷：0.4kgCODcr/m3?d，具有较强的抗冲击负荷能力。厌氧池设1座6池，分两组，单池尺寸为：4.0m×3.5m×6.5m；选用6套池底布水系统，一个系统用8个管嘴(Φ50mm)。ABR进水前设汽水换热器：进水温度和出水温度分别为12℃、35℃；热媒为155℃，1.0MPa饱和蒸汽。

　　2.3.6 生物接触氧化池

　　由于出水指标中有氨氮指标，因而生物接触氧化池主要起碳氧化和硝化的作用。设计流量Q=62.5m3/h采用接触氧化池1座，每组池子设3条廊道有效水深4m，超高0.5m；每条廊道长尺寸为30m×4m×4.5m；生物接触氧化池总尺寸为90m×4m×4.5m×3；设填料层高H=3m。

　　有效停留时间：23h；气水比：15：1；空气量：15.6m3/min。

　　2.3.7 二沉池

　　二沉池采用辐流式沉淀池，表面负荷取0.53m3/m2?h，净空直径12m，池总高4.5m，半地下，共2座；机械排泥设备选用中心传动刮泥机，两台，N＝0.75kW，刮板外缘线速度1.5~2.5m/min；排泥泵2台(1用1备)，Q=25m3/h，H=32m，N=4kW。

　　2.3.8 清水池

　　内设置在线COD分析仪等仪表，当水质达标时，则直接排放，当水质恶化不能达标时，这时启动活性炭罐进水提升泵进行深度处理。清水池设置在活性炭吸附间内。

　　设计参数：清水池停留时间：1h；清水池有效容积：64m3；清水池尺寸：4.6m×4.6m×4.5m。

　　主要设备：COD在线分析仪一台；高低液位计一台；清水离心水泵：Q=65m3/h，H=10m，N=5.5kW，2台，平时一用一备，活性炭罐反洗时，两台同时开。

　　2.4 设计特点

　　物化+高级氧化+生化组合工艺处理香精香料废水，通过混凝、气浮、内电解等物化工艺降低后续处理负荷，通过高级氧化改善可生物降解性，通过厌氧、好氧等生化工艺实现对有机物的最终降解，确保水质稳定达标，高效、经济、节能地处理香料废水。

　　3、运行情况

　　(1)运行效果。

　　本工程取某城市污水处理厂的活性污泥进行驯化，经过6个月的调试，系统运行情况稳定，处理出水效果较好。工程于2014年6月进行竣工验收，各项出水指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

　　(2)运行费用分析。

　　废水处理工程的运行成本为5.44元/m3，其中：

　　①电费。工程每天耗电为5000kW?h，电价为0.85元/(kW?h)，则电费为1.7元/m3；

　　②药剂费。液态PAC投加量：250kg/d，药剂单价：0.7元/kg；PAM(阴离子)投加量：10kg/d，药剂单价：9元/kg；PAM(阳离子)投加量：12.5kg/d，药剂单价：34元/kg；FeSO4?7H2O投加量：550kg/d，药剂单价：0.7元/kg；双氧水(35%)投加量：1800kg/d，药剂单价：1.7元/kg；氢氧化钠(液态)投加量：250kg/d，药剂单价：1元/kg；硫酸(98%)投加量：200kg/d，药剂单价：1.1元/kg；次氯酸钠投加量：250kg/d，药剂单价：1.1元/kg；则药剂费合计为2.03元/m3。

　　③铁碳微电解填料更换费用合计约为0.35元/m3。

　　④污泥处置费用。污泥(含水率为80%)产量为4.8m3/d，按380元/m3的处置费计算，污泥处置费为1824元/d，折算后的污泥处置费用为0.72元/m3。

　　⑤人工费。废水处理站设专职管理人员12名，按工资为4000元/月/人计算，折算后的人工费用为0.64元/m3。

　　4、结论

　　(1)采用“混凝+铁碳微电解+芬顿高级氧化+ABR厌氧＋接触氧化”的组合工艺处理香精香料园区工业废水，具有处理效果好，系统运行稳定，耐冲击负荷能力强，经济运行等优点。

　　(2)工程运行结果表明，该工艺处理香料废水的CODCr去除效率为95%~98%，BOD5去除效率为97%，氨氮去除效率为95%，出水水质稳定达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。