O3-BAF處理己內酰胺生產廢水的工藝探討

許 珂

(中國石化股份有限公司巴陵分公司己內酰胺事業部，岳陽 鷹山 414003)

O3-BAF處理己內酰胺生產廢水的工藝探討

許 珂

(中國石化股份有限公司巴陵分公司己內酰胺事業部，岳陽 鷹山 414003)

針對己內酰胺生產廢水處理難度大的現狀，提出采用臭氧(O3)- 曝氣生物濾池(BAF)組合工藝對己內酰胺生產廢水進行深度處理，研究了O3段與BAF段前、后設置對生產廢水化學耗氧量(COD)去除率的影響，以及BAF段后置運行對生化耗氧量(BOD5)/COD的影響。結果表明：BAF段后置時，生產廢水COD去除率達52.4%，處理后的出水COD約為60 mg/L，達到一級排放標準，但后續生化處理BAF段的COD去除率較低，為9.1%；BAF段后置時，出水BOD5/COD從0.1左右提高到0.2以上；BAF段前置時，生產廢水COD去除率達到72.4%，處理后的出水COD約為52.8 mg/L，BAF段主要起過濾懸浮物的作用。

己內酰胺 廢水 臭氧 曝氣生物濾池 化學耗氧量 生化耗氧量

臭氧(O3)- 曝氣生物濾池(BAF)組合工藝是一種經濟有效、環境友好的污水再生處理工藝。O3具有強氧化性，其氧化還原電位僅次于氟。O3氧化反應分兩種途徑[1]：一是 O3分子直接與有機物產生反應，稱為直接氧化；二是O3鏈式分解后產生強氧化性的羥基自由基與有機物產生反應，稱為間接氧化。高禎等[2]研究發現O3催化氧化法從兩方面提高廢水的可生化性：一是降低廢水的化學耗氧量(COD)；二是改變難降解有機物的分子結構；同時，O3能破壞廢水中的發色或助色基因，從而達到脫色效果[3]。BAF作為新型的生物處理技術，基本原理不同于化學氧化法，集生物氧化和截留懸浮物為一體，先完成生物膜的培養馴化，再在生物膜上培養顆粒狀填料，并依附填料進行生長；所有污染物在同一反應器中去除，同時存在著厭氧和好氧區域，并同時發生硝化與反硝化反應。該工藝流程較簡單，占地面積小，有機負荷高，抗沖擊能力強，出水水質好，剩余污泥量小[4-5]。

己內酰胺生產廢水含環己酮、環己烷、苯、環己酮肟、有機酸、己內酰胺、氨氮等，具有水量大、水質復雜多變、可生化性差、處理難度大等特點[6]。近年來，隨著己內酰胺裝置生產能力不斷擴大，其廢水排放量超出現有污水處理裝置負荷，且國家和地方排污標準不斷提高，繼續采用傳統厭氧好氧(A/O)- 膜生物反應器(MBR)工藝處理，出水中殘留較多難降解有機物，且水體顏色較深，無法按GB8978—1996《污水綜合排放標準》中一級標準要求COD小于60 mg/L穩定排放[7]。作者探討了BAF段前、后置2種O3-BAF組合工藝處理己內酰胺裝置生產廢水的可行性，以期為己內酰胺廢水處理提供借鑒。

1 試驗

1.1 原料

己內酰胺廢水：多為難降解有機物，COD為100～140 mg/L，COD平均值為120 mg/L，取自中國石化股份有限公司巴陵分公司己內酰胺污水處理裝置MBR池水。

1.2 裝置廢水處理工藝流程

MBR池水經泵提升進入O3催化氧化塔吸收反應段頂部，與來自O3發生器的O3在復合催化吸附床中逆流接觸，O3被吸收并直接或催化產生羥基自由基與廢水中的有機物反應，并從塔底進入后氧化段，與溶解在水中的O3持續進行催化氧化反應，再由塔頂部溢流進入氧化穩定罐，穩定罐出水自流進入BAF塔進行后生化處理，出水經清水罐溢流排出。

O3催化氧化塔與BAF塔需反沖洗以分別排除過濾后的懸浮物、O3殺菌產生的黏泥及BAF后生化產生的剩余污泥，反洗水由反洗泵提供，曝氣風及反洗風引自廠區壓縮空氣。廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 己內酰胺生產廢水O3-BAF處理工藝流程Fig.1 Flow chart of O3-BAF treatment for caprolactam production wastewater 1—進水提升泵；2—O3催化氧化塔；3—氧化穩定塔； 4—BAF塔；5—清水罐；6—反沖洗泵

1.3 分析與測試

COD：采用德國Tintometer公司Lovibona Multipirect多參數水質分析儀，按照GB 11914—1989《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》進行測試。

生化耗氧量(BOD5)：將己內酰胺廢水置于恒溫培養箱內于201 ℃培養5 d，采用德國Tintometer公司的Lovibond BD600型BOD分析檢測儀測定試樣培養前后的溶解氧，二者之差即為BOD5。

2 結果與討論

2.1 BAF段后置

采用O3段前置、BAF段后置組合工藝，MBR出水經過O3催化氧化后，進入后生化BAF段，微生物接種馴化時間為2d，處理水量400 L/h。

從表1可以看出：在BAF段后置運行期間，系統COD去除率達52.4%，出水COD在60 mg/L左右，達到一級排放標準，但后續生化處理BAF段的COD去除率較低，為9.1%，這是因為該試驗段持續時間較短，BAF系統尚未完全建立所致；經過O3處理的出水BOD5/COD比值較進水有顯著提高，從0.1左右提高到0.2以上，這是因為通過O3及其自由基的強氧化作用，水中不可降解的、難生化降解的溶解性有機物氧化成短鏈、失穩的小分子物質，從而更容易被后續BAF段的微生物攝取、分解代謝。一般認為，BOD5/COD比值小于等于0.1，代表廢水可生化性低[8]。

試驗還發現，廢水處理時偶爾出現系統O3段出水、BAF段出水COD比正常值高出近2倍的狀況，這是因為BAF段后置調試運行期間，污水處理系統受前端生產裝置來水沖擊， MBR處理出水中含有大量懸浮物(主要為剩余活性污泥)，進入O3催化氧化塔中后被O3殺菌生成粘泥，截留在催化劑床層中；對O3催化氧化塔進行反沖洗，其反洗排水污泥濃度達到了5%以上，整個O3催化氧化系統變成單一殺菌系統，同時催化劑被嚴重污染，基本喪失了高級氧化效能，導致裝置廢水COD去除率下降。

表1 BAF段后置廢水處理系統運行情況Tab.1 Running situation of BAF system for wastewater post-treatment

2.2 BAF段前置

采用O3段后置、BAF段前置組合工藝后，由于現有污水處理裝置MBR出水懸浮物持續超標，COD維持在170 mg/L以上，為保證試驗效果，適當提高了O3加入量約20%。從表2可知，采用BAF段前置組合工藝后，盡管系統進水COD達到170 mg/L以上，但試驗裝置仍運行穩定，經BAF過濾后，O3段出水COD仍能保持在50～60 mg/L，整個系統COD去除率達72.4%，出水COD約52.8 mg/L，兩項指標均優于BAF段后置工藝。

表2 BAF段前置廢水處理系統運行情況Tab.2 Running situation of BAF system for wastewater pre-treatment

這是因為BAF段前置主要起到了過濾懸浮物的作用，未表現出明顯的生化作用優勢，僅為O3催化氧化段提供了水質保障。這也說明在去除懸浮物干擾后，O3催化氧化段效率可得到顯著提高。

3 結論

a. BAF段后置時，廢水處理系統COD去除率達52.4%，出水COD約60 mg/L，出水BOD5/COD比值從0.1左右提高到0.2以上，廢水中懸浮物對COD去除率影響較大。

b. BAF段前置時，系統COD去除率達72.4%，出水COD為52.8 mg/L左右， BAF段主要起過濾懸浮物的作用，未表現出明顯的生化作用優勢。

c. O3- BAF工藝處理己內酰胺生產廢水時，O3催化氧化段利用化學氧化分解己內酰胺廢水中難降解有機物，提高廢水可生化性，BAF工藝進行生物處理效果較好。當進水水質較差時，可考慮在O3- BAF組合工藝進水前增加過濾流程，確保達標排放。

d. O3- BAF工藝處理己內酰胺生產廢水，無需添加其他藥劑，處理后出水COD低于60 mg/L，達到一級排放標準。

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Discussion of O3-BAF treatment for caprolactam production wastewater

Xu Ke

(CaprolactamDivision,SINOPECBalingCompany,Yingshan414003)

The ozone(O3)-biological aerated filter(BAF) technology was used to solve the difficulties in the advanced treatment of caprolactam production wastewater. The effects of O3treatment and BAF pre-and post-treatment settings on the removal rate of chemical oxygen demand (COD) were studied. The effect of the BAF post-treatment operation on the biochemical oxygen demand(BOD5)/COD was also studied. The results showed that the removal rate of COD reached 52.4% and the discharged water had the COD about 60 mg/L, reaching the first discharge standard, when the BAF system was used for the post treatment of wastewater, but the removal rate of COD was 9.1%, relatively low at the BAF post-treatment stage; the BOD5/COD of the discharged water was increased from about 0.1 to 0.2 and above when the BAF system was used for the post-treatment of wastewater; the COD removal rate of the wastewater was 72.4% and the COD of the discharged water was about 52.8 mg/L when the BAF system was used for the pre-treatment of wastewater mainly for filtering the suspended substance.

caprolactam; wastewater; ozone; biological aerated filter; chemical oxygen demand; biochemical oxygen demand

2016-12-19； 修改稿收到日期：2017- 03-15。

許珂(1987—)，女，工程師，主要從事己內酰胺生產工藝技術管理。E-mail：Xuke.blsh@sinopec.com。

TQ340.9

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1001- 0041(2017)02- 0067- 03