預處理/UASB/MSBR/Fenton/混凝組合工藝處理磺化油廢水工程實例

羅 燦，顏智勇，蔡意祥，向 萍，顏鳴揚，謝 軍

(1.湖南農業大學資源環境學院，湖南長沙 410128；2.冷水江市環境保護監測站，湖南冷水江 417500)

某工業園區磺化油生產廠家利用非食用植物油經催化發生酯化反應，再中和形成磺化油[1]。酯化廢水是聚酯過程中產生的各類廢水，成分復雜、pH低、COD高、油類高[2]。 廢水中碳氮磷比值與生化處理理想比值相差較大，且難生物降解的有機物較多，單純采用生物法處理該廢水，無法達到排放要求，還需進一步處理[3]。高級氧化工藝深度處理廢水反應速率快，不產生二次污染物。通常高級氧化法有濕式氧化法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、光催化氧化等。濕式氧化法反應需在高溫、高壓條件以及催化劑的作用下才能高效進行[4]；臭氧氧化法處理廢水的投資大，運行成本高[5]；光催化氧化法反應條件光能利用率較低，實際操作困難[6]。Fenton氧化法能高效處理難生物降解有機物而不產生二次污染物，反應條件相對溫和，操作簡單，且反應速度快，工藝占地面積小[7-9]。因此采用Fenton氧化法作為磺化油廢水生化處理后的進一步處理。

1 廢水水質、水量及排放標準

磺化油廢水排放量為120 m3/d，出水水質要求達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)C級標準，廢水水質和排放標準如表1所示。

表1 廢水水質和排放標準

2 廢水處理工藝流程

磺化油生產廢水有機污染物濃度高、有一定浮油及懸浮物，且污染物中含有一定濃度的難生物降解有機物。磺化油生產廢水預處理先經隔油池去除大部分浮油，再自流進調節池對廢水pH進行調節，后用泵提升入UASB反應池進行厭氧處理，廢水中大部分COD在厭氧池中去除；厭氧池處理后的水自流至MSBR反應池，污水在MSBR反應池進行好氧處理，以降低廢水中部分COD和氨氮；好氧處理完畢后將上清液泵入Fenton混凝池，主要去除MSBR池出水中難以被生化處理的COD。Fenton混凝池中先進行Fenton氧化反應，反應完全后進行混凝，沉淀出水無異味且達標排放。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater Treatment Processes

3 主要構筑物及設備參數

3.1 隔油池

尺寸為4.0 m×1.5 m×4.0 m，鋼筋混凝土結構。既能有效隔油，也能緩沖廢水流量帶來的沖擊，對SS有一定的去除。收集的浮油可作為磺化油生產的原料被回收利用。

3.2 調節池

調節池尺寸為 8.5 m×4.0 m×4.0 m，由鋼筋混凝土構造而成，采用玻璃鋼防腐。提升泵兩臺(一備一用)，泵的型號為WQK15-15-1.5。調節池內布有曝氣裝置，通過加入氫氧化鈉，用曝氣攪拌調節pH，保證后續工藝高效穩定運行。

3.3 UASB反應池

UASB反應池尺寸為10.0 m×7.0 m×7.0 m，由鋼筋混凝土構造而成的密閉池體，有效容積為480 m3，HRT為4 d，內設兩臺回流泵(一備一用)，回流泵型號為IRG80-100。UASB反應池主要去除廢水中部分的有機物，反應池內采用分散的布水管道，管道在UASB池底鋪設均勻，進水后開啟回流泵使泥水充分混合，增大污泥與污水反應的接觸面積，使處理效率大大提升[10]。

3.4 MSBR曝氣池

MSBR曝氣池尺寸為10.0 m×6.0 m×4.0 m，池體是鋼混結構，有效容積為240 m3，兩臺羅茨鼓風機(一備一用)，鼓風機型號為LSR80WD(一備一用)，排水泵型號WQ80-10-5.5(一備一用)。MSBR反應池內部裝有組合填料，提高氧在水中的轉移速率，使水中的有機物能被微生物高效處理[11]。

3.5 Fenton反應池

Fenton反應池尺寸為6 m×6 m×4 m，池體是鋼混結構，池壁利用防腐材料，安裝一臺攪拌機，用于Fenton反應攪拌。Fenton氧化反應3 h完全后，再加堿調節pH，并加入少量PAC混凝沉淀。

4 工程調試及運行結果分析

4.1 生化處理部分調試

污泥馴化是工程調試中重要的一部分。UASB反應池與MSBR反應池之間是自流，UASB反應器與MSBR反應器調的試可同時進行。

4.1.1 UASB反應池啟動與調試

UASB反應池內接種污水廠30 t含水率大約80%的消化污泥，加水并開啟內回流泵，混勻。考慮到原水的COD濃度高，稀釋原水進水，保證回流泵至少12 h的運行時間，待反應器處理穩定后，逐步提高反應器內負荷。此階段反應器通過提高進水COD從而提高負荷，負荷每次增加大約20%，每增加一次負荷，著重注意池內pH，使pH值控制在6.5～7.5，以防止反應器酸化給厭氧微生物活性帶來不可恢復的影響。每日監測項目一次，根據檢測結果及時調整。UASB反應器高效穩定的運行，可使調試周期變短，能更快地投入磺化油生產廢水的處理。

4.1.2 MSBR反應池啟動與調試

MSBR反應池內接種污水廠15 t含水率約85%的好氧活性污泥，加水開啟鼓風機曝氣，混勻。MSBR反應池內曝氣量不宜過多或過少，DO控制在2～3 mg/L。因UASB反應池處理后的污水自流入MSBR反應池，兩池調試可以同步進行，逐步增加負荷的同時每日監測，根據檢測結果進行分析。

4.2 非生化處理部分調試

經預處理/UASB/MSBR生化處理后的廢水，含有的難生物降解的有機物較多，故采用Fenton反應將其去除。在調試過程中，通過實際處理效果確定最適宜反應條件：pH值為4，反應時間為3 h，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3，Fenton反應后，加堿將pH值調至7.5～9，加入少量PAC混凝沉淀后將上清液排出，沉淀污泥用泵抽入污泥濃縮池。

4.3 運行效果

該污水處理工程經過兩個多月的調試，優化了各個工藝的條件。當進水pH值為7～8，UASB反應池進完水后，需保證回流泵至少運行12 h。在MSBR反應池中每次進水后需曝氣15 h。在Fenton反應池中，需先將pH值調至4，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3，反應3 h。各個工藝的運行趨于穩定，工程實踐效果好，穩定運行后，經當地環保監測站監測，各項指標30 d監測數據平均值如表2所示。

表2 各處理單元處理效果

由穩定運行后數據可知：在適宜條件下，UASB/SBR工藝能去除大部分的有機物，難生物降解的有機物通過Fenton氧化反應去除，出水水質能達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)C級標準要求。

5 經濟效益分析

根據各處理設備的運行時長，耗電約為145 kW·h/d，按照當地工業用電0.6元/(kW·h)計算，每日電費為87元。藥劑消耗主要來自pH調節用氫氧化鈉2 kg/m3和98%工業硫酸1.4 kg/m3以及Fenton氧化反應需硫酸亞鐵的量0.8 kg/m3和30%雙氧水量1 kg/m3，PAC消耗30 g/m3，參考市場價(氫氧化鈉2 800元/t，98%工業硫酸600元/t，硫酸亞鐵500元/t，30%雙氧水1 600元/t，PAC 2 000元/t)，處理120 m3廢水藥劑費用為1 020元，合計電費和藥劑費為1 107元/d，折合為9.2元/m3。污泥托運費用以及無害處理折合水費大約為0.3元/m3。兼職定員2人，按照每人每月工資1 000元，則每日人工費為0.56元。在不計項目折舊費和設備維修費的情況下，處理120 m3廢水運行費用為1 107.86元/d，折合水費為9.23元/m3。

6 結論

(1)實際穩定運行數據表明，預處理/UASB/MSBR/Fenton/混凝組合工藝處理磺化油生產廢水效果良好，CODCr、NH3-N、TP、動植物油、色度去除率分別為98%、87%、75%、98%、71%。出水各項指標達到《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)C級標準。

(2)為了生化處理系統能穩定運行，在廢水進入生化反應器前需進行隔油預處理，防止油類物質與微生物結合上浮，影響污泥的沉淀。

(3)Fenton氧化法的控制條件：反應pH值為4，反應時間為3 h，硫酸亞鐵投加量為0.8 kg/m3，30%雙氧水投加量為1 kg/m3。