某水溶性丙烯酸酯乳液生產(chǎn)廢水處理站工程設(shè)計(jì)

溫貝貝，程 燕

（1.安徽皖欣環(huán)境工程有限公司，安徽合肥 230000；2.合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽合肥 230000）

1 工程概述

某化工有限公司成立于2019年12月，是以有機(jī)硅新材料、紡織及印染助劑、化工染料為主要產(chǎn)品的新型化工企業(yè)。

水溶性丙烯酸酯乳液生產(chǎn)過程中產(chǎn)生設(shè)備及回收包裝桶清洗廢水、地坪沖洗水、尾氣吸收水，以及少量的初期雨水、地坪沖洗水、尾氣吸收水和地坪沖洗水。在丙烯酸的生產(chǎn)和使用過程中，對(duì)貯槽、管道、設(shè)備等的清洗會(huì)產(chǎn)生丙烯酸廢水。該廢水外觀性狀為乳狀，CODCr高達(dá)40 000mg/L，B/C比僅為0.01。丙烯酸乳液廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，含有苯類、醇類、脂類、丙烯酸、有機(jī)助劑、無機(jī)助劑、氨氮等。廢水水質(zhì)復(fù)雜，對(duì)苯乙烯和丙烯酸特征污染物的排放要求高，采用高效的高級(jí)氧化等工藝處理費(fèi)用高，且廢水不宜直接進(jìn)入生化體系，采用合適的預(yù)處理工藝和生化處理工藝是處理水溶性丙烯酸乳液廢水的關(guān)鍵。

2 廢水水量及水質(zhì)

本工程處理來自水溶性丙烯酸酯乳液生產(chǎn)過程中的所有工業(yè)廢水，廢水的種類、水量和水質(zhì)不同，主要參數(shù)見表1。

表1 生產(chǎn)廢水來源及水質(zhì)參數(shù)

續(xù)表

處理后的水質(zhì)達(dá)到當(dāng)?shù)貓@區(qū)接管標(biāo)準(zhǔn)，并且滿足行業(yè)間接排放標(biāo)準(zhǔn)《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31572—2015），見表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

考慮到總氮會(huì)影響后續(xù)接管后的總氮處理能力，設(shè)計(jì)中增加出水總氮的控制，設(shè)計(jì)總氮出水為40mg/L。

3 工藝流程

設(shè)備及設(shè)備及回收包裝桶清洗廢水（90m3/d）、地坪沖洗廢水（1.2m3/d）、尾氣吸收水（9m3/d）、冷凝廢水（0.64m3/d），經(jīng)收集池1收集后泵送至破乳氣浮設(shè)備。收集池設(shè)提籃式過濾器，用于浮渣等的收集。破乳氣浮階段首先加酸或堿調(diào)節(jié)pH到弱堿性后，依次加入破乳劑、混凝劑PAC、助凝劑PAM后進(jìn)行氣浮反應(yīng)，氣浮反應(yīng)出水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。初期雨水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池。為了調(diào)配后續(xù)的水質(zhì)，在調(diào)節(jié)池末端加入營(yíng)養(yǎng)劑。

圖1 廢水處理工藝流程圖

在調(diào)節(jié)池調(diào)配好的廢水泵送至水解酸化池，完成廢水的水解酸化提高廢水生化性后自流進(jìn)入一級(jí)好氧池，一級(jí)好氧池主要完成易降解COD的去除。一級(jí)好氧池出水經(jīng)中沉池沉淀后自流進(jìn)入二級(jí)A/O工藝，在此階段主要完成特征污染物、氨氮和總氮的去除。二級(jí)A/O工藝出水經(jīng)二沉池沉淀后自流進(jìn)入三級(jí)A/O工藝，在此階段繼續(xù)完成特征污染物、氨氮和總氮的去除。三級(jí)A/O工藝出水自流進(jìn)入終沉池，然后進(jìn)入出水池。出水池內(nèi)的水泵送進(jìn)入后續(xù)管網(wǎng)。破乳氣浮階段產(chǎn)生的浮渣進(jìn)入物化污泥池，脫水后進(jìn)行污泥脫水。中沉池、二沉池和終沉池產(chǎn)生的生化污泥并入生化污泥池進(jìn)行污泥濃縮后，進(jìn)入污泥脫水機(jī)，進(jìn)行污泥脫水。

物化預(yù)處理階段和污泥脫水階段的加藥由加藥系統(tǒng)完成。加藥系統(tǒng)位于加藥間，由溶藥桶、溶解攪拌、計(jì)量泵、加藥管線等組成。

物化污泥脫水和生化污泥的脫水由污泥脫水系統(tǒng)完成。污泥脫水系統(tǒng)位于污泥脫水間，由污泥池、污泥輸送泵、污泥脫水機(jī)、污泥輸送管線等組成。

4 主要建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)

4.1 收集池1

收集池1為全地下鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為100m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1d，有效水深為2.5m，有效池容為100m3。收集池1采用三涂五布防腐。收集池1設(shè)耐腐蝕PP材質(zhì)籃式過濾器，保護(hù)后續(xù)廢水泵運(yùn)行。收集池1的廢水通過泵送進(jìn)入破乳氣浮一體化設(shè)備。收集池1設(shè)浮球液位計(jì)連鎖廢水提升泵的高開低停。

4.2 破乳氣浮

破乳氣浮采用成套一體化處理設(shè)備，根據(jù)水質(zhì)特征，設(shè)備采用碳鋼防腐材質(zhì)。根據(jù)設(shè)計(jì)水量，選擇設(shè)計(jì)處理能力5~10m3/h的破乳氣浮設(shè)備。在破乳段依次加堿調(diào)節(jié)pH到10左右，加入破乳劑進(jìn)行破乳劑，加入混凝劑進(jìn)行破乳后的混凝作用，加強(qiáng)破乳效果，加入絮凝劑進(jìn)行絮凝反應(yīng)。然后進(jìn)入氣浮池，氣浮池主要由接觸區(qū)和分離器組成。pH調(diào)節(jié)、破乳段、混凝段、絮凝段的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為0.5h。氣浮的接觸區(qū)設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為5min，分離器設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為6~8m3/（m2·h）。

加堿段的pH由pH計(jì)監(jiān)控，并連鎖酸、堿加藥泵的啟停。

破乳劑采用小試效果較好的FP系列破乳劑，經(jīng)過破乳后，能實(shí)現(xiàn)廢水中大部分COD的有效去除，經(jīng)過破乳氣浮，廢水的 COD可以從37 000mg/L降低到3 700mg/L左右；且能實(shí)現(xiàn)大部分懸浮物的去除，懸浮物可從6 000mg/L降低到100mg/L左右。

4.3 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池為全地下鋼砼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)水量為100m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為20h，有效水深為2.5m，有效池容為100m3。調(diào)節(jié)池內(nèi)壁防腐，采用環(huán)氧煤瀝青防腐。調(diào)節(jié)池設(shè)耐腐蝕PP材質(zhì)籃式過濾器，保護(hù)后續(xù)廢水泵送泵。調(diào)節(jié)池的廢水通過泵送進(jìn)入破乳氣浮一體化設(shè)備。調(diào)節(jié)池設(shè)超聲波液位計(jì)連鎖廢水提升泵的高開低停。調(diào)節(jié)池廢水輸送泵出口管線上有電磁流量計(jì)，用以監(jiān)控廢水的流量。調(diào)節(jié)池后端通過投加營(yíng)養(yǎng)劑調(diào)配廢水水質(zhì)，解決廢水中缺少微生物生長(zhǎng)所需要的磷源、微量元素的問題。

4.4 水解酸化池

水解酸化池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)水量為120m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1.5d，有效水深為4.5m，有效池容為100m3。 為了保證水解反應(yīng)的接觸反應(yīng)條件，水解酸化池內(nèi)設(shè)3臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，沿池體三角布設(shè)。

4.5 一級(jí)好氧

水解酸化池出水自流進(jìn)入一級(jí)好氧池。一級(jí)好氧池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)水量為120m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為2d，有效水深為4.5m，有效池容為240m3。

一級(jí)好氧段、二級(jí)O段和三級(jí)O段的曝氣，設(shè)計(jì)總的汽水比為46∶1。曝氣由羅茨風(fēng)機(jī)供應(yīng)，設(shè)3臺(tái)FSR-65羅茨風(fēng)機(jī)，2用1備，風(fēng)量為2.2m3/min，風(fēng)壓為5.7kPa。

一級(jí)好氧池設(shè)穿孔曝氣管，保證曝氣均勻性。穿孔曝氣管采用UPVC管道制作，按照制作圖現(xiàn)場(chǎng)加工。

4.6 中沉池

一級(jí)好氧池出水自流進(jìn)入中沉池。中沉池設(shè)計(jì)考慮污泥回流流量，設(shè)計(jì)水量為10m3/h，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.5m3/（m2·d）。中沉池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，表面積為20m2。中沉池配有污泥回流泵和污泥排放泵，流量均為10m3/h。

4.7 二級(jí)A/O池

二級(jí)好氧池內(nèi)出水自流進(jìn)入二級(jí)A/O池。二級(jí)A/O池包括二級(jí)A池和二級(jí)O池。二級(jí)A/O池設(shè)計(jì)水量為1 200m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為2.7d，有效水深為4.5m，有效池容為325m3。二級(jí)A池和二級(jí)O池的容積比為1∶2。

為了保證二級(jí)A池的接觸反應(yīng)條件，二級(jí)A池內(nèi)設(shè)3臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，沿池體三角布設(shè)。

為提高曝氣效率，二級(jí)O池內(nèi)設(shè)旋混曝氣器。并設(shè)DO在線監(jiān)測(cè)儀，用以監(jiān)測(cè)水池內(nèi)的溶解氧。二級(jí)O池內(nèi)的硝化液通過硝化液回流泵回流到二級(jí)A池。

4.8 二沉池

二級(jí)O池出水自流進(jìn)入二沉池。二沉池設(shè)計(jì)考慮污泥回流流量，設(shè)計(jì)水量為10m3/h，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.5m3/（m2·d）。二沉池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，表面積為20m2。二沉池配有污泥回流泵和污泥排放泵，流量均為10m3/h。

4.9 三級(jí)A/O池

二級(jí)O池內(nèi)出水自流進(jìn)入三級(jí)A/O池。三級(jí)A/O池包括三級(jí)A池和三級(jí)O池。三級(jí)A/O池設(shè)計(jì)水量為120m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1.5d，有效水深為4.5m，有效池容為180m3。三級(jí)A池和三級(jí)O池的容積比為1∶2。

為了保證三級(jí)A池的接觸反應(yīng)條件，三級(jí)A池內(nèi)設(shè)2臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，沿池體對(duì)角布設(shè)。

為提高曝氣效率，三級(jí)O池內(nèi)設(shè)曝氣盤。并設(shè)DO在線監(jiān)測(cè)儀，用以監(jiān)測(cè)水池內(nèi)的溶解氧。為提高污泥停留時(shí)間，三級(jí)O池內(nèi)組合式生物填料。三級(jí)O池內(nèi)的硝化液通過硝化液回流泵回流到三級(jí)A池。

4.1 0 終沉池

三級(jí)O池出水自流進(jìn)入終沉池。終沉池設(shè)計(jì)考慮污泥回流流量，設(shè)計(jì)水量為10m3/h，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.5m3/（m2·d）。終沉池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)，表面積為20m2。終沉池配有污泥排放泵，流量為10m3/h。

4.1 1 出水池

出水池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)水量為120m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為0.2d，有效水深為4.5m，有效池容為24m3。出水池出水通過泵泵送至園區(qū)管網(wǎng)。泵出口設(shè)電磁流量計(jì)用以監(jiān)測(cè)出水流量。

4.1 2 物化污泥池

物化污泥池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)水量為55m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1d，有效池容為55m3，有效水深為3m。物化污泥池濃縮后的污泥通過污泥輸送泵泵送至壓濾機(jī)。

4.1 3 生化污泥池

生化污泥池為半地下鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)水量為250m3/d，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1d，有效池容為250m3，有效水深為3m。生化污泥池濃縮后的污泥通過污泥輸送泵泵送至壓濾機(jī)。

4.1 4 輔助用房

設(shè)計(jì)輔助用房有加藥間、風(fēng)機(jī)間、污泥脫間、操作間，根據(jù)設(shè)備布置需要，分別占地70m2、50m2、50m2、15m2。輔助用房為框架結(jié)構(gòu)。

5 公用工程和化學(xué)藥劑消耗

項(xiàng)目裝機(jī)功率為107kw，運(yùn)行功率約為89kW，均為380/ 220V低壓設(shè)備，單機(jī)容量最大7.5kW，日用電量為1 613kW·h，功率因素取0.8，電費(fèi)為1 613×0.80×0.8/120=8.60元/m3（電費(fèi)以0.80元/度計(jì)）。

項(xiàng)目用到的藥劑有鹽酸、液堿、營(yíng)養(yǎng)劑、破乳劑、混凝計(jì)PAC、助凝劑PAM，藥劑投加費(fèi)用共為37.95元/噸水（表3）。

表3 藥劑消耗量費(fèi)用表

6 工程投資

設(shè)備總投資：69.32萬元

主要構(gòu)筑物總投資：94.85萬元

設(shè)備安裝費(fèi)：18.60萬元

其他費(fèi)用：33.00萬元

工程總投資：215.77萬元

7 廢水站占地面積

構(gòu)筑物占地：400m2；輔助用房占地：185m2；廢水站總占地面積（含綠地及道路）：750m2。

8 環(huán)境效益

生產(chǎn)廢水達(dá)標(biāo)排放接入園區(qū)管網(wǎng)，該廢水處理站年處理污染物COD總量約115.2t，對(duì)廢水中的特征污染物也有很好的去除。同時(shí)，也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的生產(chǎn)環(huán)境。

9 結(jié)束語

1）本項(xiàng)目以某公司的廢水處理站產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水為設(shè)計(jì)對(duì)象，基于生產(chǎn)廢水的小試試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了工程設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)參數(shù)主要通過小試數(shù)據(jù)并結(jié)合理論計(jì)算最終確定工程設(shè)計(jì)參數(shù)的取值。

2）破乳氣浮預(yù)處理采用小試效果較好的FP系列破乳劑，經(jīng)過破乳后，能實(shí)現(xiàn)廢水中大部分COD和SS的有效去除，減輕后續(xù)生化處理體系的有機(jī)負(fù)荷，并提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3）因廢水可生化性差，利用水解酸化可大幅度提高可生化性。因廢水COD較高，氨氮濃度較高，特征污染物甲苯、苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸、環(huán)氧氯丙烷的濃度高，采用三級(jí)生化體系（一級(jí)好氧-二級(jí)A/O-三級(jí)A/O）實(shí)現(xiàn)污染物的經(jīng)濟(jì)高效降解。

4）該處理系統(tǒng)具有運(yùn)行能耗低、投資省，可靈活調(diào)整運(yùn)行工況的優(yōu)點(diǎn)。為水溶性丙烯酸乳液生產(chǎn)廢水的處理提供借鑒參考。