磷系阻燃劑生產(chǎn)廢水物化-生化耦合工藝工程實(shí)例

文_孫廣金 楊建偉 王志孝 路強(qiáng) 王曉奎 劉玉輝 山東默銳環(huán)境產(chǎn)業(yè)股份有限公司

在有機(jī)阻燃劑中，磷酸酯類(lèi)阻燃劑是一種無(wú)鹵、低煙、低毒的環(huán)保型阻燃劑。它與高聚物相容性好，但是大多數(shù)磷酸酯為液態(tài)，分子量小，揮發(fā)性強(qiáng)，耐熱性差，影響其阻燃效果。而分子量大，磷含量高，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的縮合雙磷酸酯可以解決以上問(wèn)題。雙酚A雙（二苯基磷酸酯）（簡(jiǎn)稱(chēng)BDP）就是其中一種。BDP符合我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策要求，屬于“十一五”發(fā)展規(guī)劃中鼓勵(lì)發(fā)展的綠色高效阻燃劑范疇。但是其生產(chǎn)廢水含有大量的生物抑制性成分，且水量大、磷含量大、鹽分高。在環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)重的今天，生產(chǎn)廢水的難題在一定程度上制約了BDP的發(fā)展。目前單一的工藝處理這種廢水效果很差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)高效的污水處理技術(shù)的需求越來(lái)越迫切。

現(xiàn)如今，大部分的化工廢水處理廠(chǎng)大多采用A2/O脫氮除磷工藝對(duì)這種總氮總磷較高的廢水進(jìn)行處理。但由于硝化菌和除磷菌之間的污泥齡矛盾，厭氧釋磷和缺氧反硝化過(guò)程的碳源競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題，對(duì)于BDP這種總磷含量較高、COD較高的廢水傳統(tǒng)的A2/O工藝難以確保高的除磷效率。針對(duì)現(xiàn)有處理工藝的不足，越來(lái)越多的研究人員針對(duì)性的對(duì)A2/O工藝進(jìn)行改造優(yōu)化以確保較高的脫氮除磷效率。目前，常見(jiàn)的改造工藝主要有A+A2O、A2/O-MBR以及倒置A2O等。

某園區(qū)內(nèi)磷系阻燃劑生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)磷系阻燃劑的水質(zhì)情況，采用物化-生物耦合工藝，分別使用臭氧工藝作為預(yù)處理與深度處理，生化處理工藝采用倒置A2O深化除磷工藝對(duì)BDP廢水進(jìn)行處理，出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)直接排入下級(jí)污水廠(chǎng)。

圖1 物化-生物耦合工藝流程圖

1 BDP廢水水質(zhì)以及排放標(biāo)準(zhǔn)

BDP廢水主要為生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)工藝中產(chǎn)生的工藝水、沖洗水等，包含酚類(lèi)、雙酚A、溶劑甲苯、三氯氧磷、極少量的產(chǎn)品及中間產(chǎn)物等多種有機(jī)物，鹽分主要為酸洗堿洗產(chǎn)生的NaCl，此種廢水總磷高、有機(jī)物濃度大鹽分高、可生化性差，屬于高鹽高COD難處理廢水， 廢水水量為100m3/d，水質(zhì)情況及排放標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 原水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn) / (mg/L)

2 工藝流程（見(jiàn)圖1）

針對(duì)BDP廢水苯酚含量大，生物抑制性強(qiáng)，設(shè)計(jì)工藝方案特點(diǎn)如下。

①采用臭氧作為前處理，提高廢水的可生化性差。

②由于廢水鹽度高、COD高，在生化配水部分采用加入部分園區(qū)電廠(chǎng)鍋爐廢水與末端尾水復(fù)配，降低鹽分、控制生化進(jìn)水COD。

③BDP物料三氯氧磷及中間磷系物殘留廢水導(dǎo)致廢水總磷很高，因此采用缺氧-厭氧-好氧工藝強(qiáng)化除磷。

3 工程概況及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 氣浮

氣浮機(jī)主要通過(guò)向水體中導(dǎo)入微小的氣泡，使一些輕質(zhì)的懸浮顆粒物以及密度小于水的有機(jī)物質(zhì)粘附于表面，從而使整體密度降低，并借助氣泡上升的速度，使其上浮與表面，快速實(shí)現(xiàn)兩相的分離。BDP工藝中作為主要溶劑的甲苯會(huì)進(jìn)入廢水中，由于甲苯在水中溶解性差，因此首先使用氣浮裝置對(duì)水中的甲苯以及其他的顆粒懸浮物雜質(zhì)分離。

處理能力5～10m3/h，主電機(jī)功率4kW，刮沫機(jī)功率0.5kW，空壓機(jī)功率2kW，溶劑罐尺寸φ500mm×1500mm，外尺寸（長(zhǎng)×寬×高）4m×2m×2m。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池主要收集來(lái)自BDP的廢水，穩(wěn)定水質(zhì)，平衡水量，同時(shí)用于調(diào)節(jié)pH使其適合后端的處理系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)參數(shù)：HRT=12h，V=50m3。

結(jié)構(gòu)形式：地下砼式，池體防腐，池體密封。

池體尺寸：3.5m×3m×6m，有效水深5.5m。

池體數(shù)量：1座。

3.3 臭氧

調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入臭氧氧化系統(tǒng)，BDP廢水中含有大量的苯酚鈉，經(jīng)調(diào)節(jié)池pH調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)化為苯酚，具有較強(qiáng)的生物抑制性，可生化性較差，需要經(jīng)過(guò)前處理提升其B/C方可進(jìn)入后端的生化處理系統(tǒng)。臭氧氧化可以通過(guò)其較強(qiáng)的氧化性能使苯酚開(kāi)環(huán)斷鏈，使生化性差的揮發(fā)酚類(lèi)有機(jī)物氧化分解為可生化性高的鏈狀脂肪族化合物。

設(shè)計(jì)參數(shù)：HRT=30min，臭氧量為10kg/h，V=5m3。

結(jié)構(gòu)形式：氧化反應(yīng)塔，池體防腐。

池體尺寸：φ1.5m×3m。

池體數(shù)量：1座。

主要設(shè)備：臭氧發(fā)生器，1套。臭氧曝氣裝置：1套。

3.4 絮凝沉淀

PAC通過(guò)它的壓縮雙電層、電性中和、卷帶網(wǎng)捕以及吸附橋連等4個(gè)方面的作用完成將被氧化劑氧化造成COD的顆粒物質(zhì)沉淀下來(lái)過(guò)濾掉，PAM是高分絮凝劑，有機(jī)高分子絮凝劑具有在顆粒間形成更大的絮體，由此產(chǎn)生的巨大表面吸附作用。絮凝沉淀能夠?qū)⑺械腟S、膠體類(lèi)COD以及部分有機(jī)物分離，對(duì)臭氧的出水進(jìn)行進(jìn)一步深化處理。

設(shè)計(jì)參數(shù)：絮凝區(qū)HRT=30min，沉淀區(qū)HRT=1h

結(jié)構(gòu)形式：地上砼式，池體防腐。

池體尺寸：絮凝區(qū)：2m×1m×2.5m；沉淀區(qū)：φ1.5m×2.5m（帶污泥斗）。

池體數(shù)量：2座。

3.5 配水調(diào)節(jié)池

絮凝沉淀工藝的出水直接進(jìn)入生化系統(tǒng)COD與鹽分都是偏高的，需要進(jìn)行配水，本文工藝主要使用本園區(qū)電廠(chǎng)鍋爐的低鹽廢水與工藝的末端廢水進(jìn)行復(fù)配，使進(jìn)水COD≤4500mg/L，鹽分≤15000mg/L。

設(shè)計(jì)參數(shù)：V=250m3。

結(jié)構(gòu)形式：地下砼式，池體防腐，池體密封。

池體尺寸：7m×6.5m×6m，有效水深5.5m。

池體數(shù)量：2座。

3.6 A2O池

由于BDP廢水磷含量比較高，因此文中設(shè)計(jì)工藝采用缺氧-厭氧-好氧組合的倒置A2O工藝強(qiáng)化除磷效率，采用缺氧池和厭氧池分段式進(jìn)水，分別的進(jìn)水量由總氮與總磷的去除效果調(diào)控。根據(jù)本廢水特點(diǎn)，一般控制總水量50%～70%厭氧段進(jìn)水； BDP廢水、好氧池回流的硝化液與沉淀池回流的污泥，一起進(jìn)入缺氧池，缺氧池中主要是在反硝化菌的作用下進(jìn)行反硝化脫氮反應(yīng)；出水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，避免了釋磷菌與反硝化菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪以及化合態(tài)氧對(duì)厭氧池厭氧環(huán)境的破壞。出水進(jìn)入好氧池，首先發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氮等被轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮與亞硝態(tài)氮，同時(shí)聚磷菌利用在厭氧條件下產(chǎn)生的能量ATP進(jìn)行充分吸磷，在此一部分富磷污泥排出系統(tǒng)，另一部分回流到缺氧池；在好氧池中，有機(jī)物也得到充分的降解。

設(shè)計(jì)參數(shù)：混合硝化液回流比100%，沉淀池污泥回流比100%，BOD5污泥負(fù)荷0.1kgBOD5/（kg MLSS·d），缺氧池污泥濃度5500mg/L，厭氧池污泥濃度5500mg/L，好氧池污泥濃度4000mg/L；厭氧池DO控制不高于0.2mg/L，缺氧池控制DO在0.2～0.4mg/L，好氧池DO控制在3～5g/L。

結(jié)構(gòu)形式：地上砼式，池體防腐。

池體尺寸：缺氧池300m3（5.5m×10m×6m）。

厭氧池：700m3（13m×10m×6m）。

好氧池：500m3（8.5m×10m×6m）。

池體數(shù)量：3座。

3.7 沉淀池

好氧池出水流入沉淀池，在沉淀池內(nèi)靜置沉淀已完成泥水分離，一部分活性污泥回流進(jìn)入缺氧池，一部分活性污泥進(jìn)入污泥儲(chǔ)池，然后板框壓濾待處理。

沉淀池 HRT=40min，V=20m3。

結(jié)構(gòu)形式：地上砼式，池體防腐。

池體尺寸：沉淀區(qū) 3.5m×6m。

池體數(shù)量：1座。

3.8 臭氧深度氧化

防止生化系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致水質(zhì)超標(biāo)或者污水排放提標(biāo)，設(shè)計(jì)深度臭氧氧化裝置，對(duì)廢水深度氧化處理。

設(shè)計(jì)參數(shù)：HRT=30min，臭氧量=10kg/h，V=5m3。

結(jié)構(gòu)形式：氧化反應(yīng)塔，池體防腐。

池體尺寸：φ1.5m×3m。

池體數(shù)量：1座。

主要設(shè)備：臭氧發(fā)生器，1套。

臭氧曝氣裝置：1套。

3.9 清水池

末端臭氧深度氧化出水達(dá)標(biāo)后在清水池暫存。

設(shè)計(jì)參數(shù)：HRT=8h，V=500m3。

結(jié)構(gòu)形式：地上砼式，池體防腐。

池體尺寸：10m×10m×6m，有效水深5.5m。

池體數(shù)量：1座。

3.10 污泥儲(chǔ)池

污泥儲(chǔ)池用于儲(chǔ)存來(lái)自氣浮、絮凝沉淀與沉淀池的污泥。

設(shè)計(jì)參數(shù)：總HRT=5d，V=90m3。

結(jié)構(gòu)形式：地下砼式。

結(jié)構(gòu)尺寸：5m×5m×4.5m，有效水深4m。

池體數(shù)量：1座。

4 工藝運(yùn)行情況

4.1 各工藝水質(zhì)處理情況（見(jiàn)表2）

表2 各工藝水質(zhì)處理情況 /（mg/L）

4.2 工藝運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目自運(yùn)行以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，出水指標(biāo)達(dá)到下級(jí)污水廠(chǎng)接受標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行費(fèi)用主要包括直接費(fèi)用與間接費(fèi)用兩部分，其中直接費(fèi)用包括：每噸水電力消耗2.4元，人工費(fèi)0.5元，藥劑費(fèi)用（酸、片堿、PAC、PAM、自來(lái)水等）2.1元，污泥處理費(fèi)用1.2元，設(shè)備折舊、土建折舊、維修保養(yǎng)費(fèi)用2.9元，共計(jì)9.1元。

5 結(jié)語(yǔ)

BDP廢水總磷含量高，且廢水中含有大量的生物抑制性有機(jī)物，鹽分高，屬于高鹽高COD難降解廢水，采用單一的工藝很難處理。針對(duì)BDP廢水的特點(diǎn)，使用氣浮工藝對(duì)廢水預(yù)處理，分離廢水中的部分溶劑甲苯以及懸浮顆粒物，物化預(yù)處理采用臭氧氧化，降低廢水的生物毒性，提升可生化性能，生化部分采用倒置A2O強(qiáng)化除磷，深度處理采用臭氧深度氧化工藝，對(duì)廢水深度氧化處理，最終出水達(dá)到下級(jí)污水廠(chǎng)接受標(biāo)準(zhǔn)。