A/O+混凝沉淀工藝處理石化企業ABS樹脂生產廢水

李文杰，陶華旸

（甘肅省生態環境科學設計研究院，甘肅 蘭州 730020）

ABS樹脂是20世紀40年代出現的新型高分子材料，它的生產廢水中含有大量難降解有機物，其中，丙烯腈具有高毒性，粒徑在0.3～10 μm[1]，廢水水質偏酸性，可生化性差，由于這些物質對微生物具有抑制作用，不宜直接采用生化法去除[2]，而單一的物理化學工藝在實際應用過程中往往存在抗負荷沖擊能力差、運行不穩定等問題，難以達到理想的處理效果[3]。

目前ABS樹脂廢水處理多使用物化法結合生化法的處理工藝，混凝/氣浮因低成本、便于操作、易推廣等優點被用于物化分離技術的預處理工藝[4]。ABS樹脂生產廢水的混凝/氣浮出水是典型的高氮有機廢水，而生化處理單元是處理含氮化合物的關鍵，生化處理前需減少其中抑制生物含量的成分、調節廢水pH、補充廢水中缺少的P元素[5]。采用混凝/氣浮工藝對ABS樹脂廢水進行預處理，可一定程度上降低廢水中COD、總磷（ТP）的含量，但出水中COD，氨氮、總氮（ТN）、ТP含量仍難達到排放標準[6]，因此需要對出水進行生化深度處理。

本工作采用A/O+混凝沉淀工藝對某石化企業ABS樹脂生產廢水進行深度處理，考察了主要污染物的去除效果，并分析了影響去除效果的主要因素。

1 實驗部分

1.1 廢水水質

實驗所用廢水水質見表1。從表1可看出，廢水中COD含量較高，水質偏酸性，可生化性差。

表1 廢水水質Тable 1 Тhe qualitу of wastewater

1.2 裝置及實驗原理

在混凝/氣浮預處理基礎上，廢水深度降解和出水水質穩定達標是ABS樹脂生產廢水處理的關鍵，基于此設計加工成套厭氧+好氧生物脫氮反應器，設備整體由碳鋼材質制作，外部有保溫層，內部有可拆卸的加熱系統，沉淀區設有斜板沉淀池，厭氧區（A區）設有2臺變頻攪拌器，使A區泥水充分混合。

為了實現混合液循環流動，在A區與好氧區（O區）之間設置了氣提區，氣提區設有微孔曝氣管。由于氣流提升產生的混合液流量遠高于進水流量，因此需稀釋進水中有毒有機物的含量，使反應器內活性污泥接觸的有毒有機物含量遠低于廢水中的含量，保證反應器對進水中有毒有機物具有一定的抗沖擊性。

廢水首先進入A區，使用攪拌器將泥水均勻混合，充分提高廢水的生物降解性，在厭氧條件下實現大分子有機物到小分子有機物的轉化，處理后廢水自流進入O區，通過氧化分解去除易降解物質，好氧反應后，泥水混合液利用位差由O區進入混凝反應池，加入絮凝劑、助凝劑進行絮凝、吸附，并處理污水中殘留的磷酸鹽、COD等，在沉淀區后實現泥水分離，沉淀池中上清液通過排水管排出，底部污泥通過攪拌器攪拌形成負壓自流進入A區。進水流量為100 L/d，硝化液回流比5。裝置的工藝流程如圖1所示。

圖1 廢水處理工藝流程Fig.1 Wastewater treatment process.

2 結果與討論

2.1 溶解氧的影響

溶解氧（DO）對氨氮去除效果的影響見圖2。從圖2可看出，當O區的DO含量為0.3，0.6，0.9，1.5，2.0 mg/L時，出水氨氮含量分別為18.52，4.64，4.56，13.29，14.61 mg/L，去除率分別為37.14%，86.86%，85.89%，52.18%，48.76%。當曝氣區DO含量為0.3 mg/L時，系統在一定程度上供氧不足，硝化細菌生長與繁殖受到抑制，無法順利將廢水中氨氮轉化，去除效果不理想。當曝氣區DO含量為0.3～0.6 mg/L時，出水氨氮含量降低，氨氮去除率升高；當曝氣區DO為0.9 mg/L時，出水中氨氮含量達最低，氨氮去除率較高。

圖2 DO對氨氮去除效果的影響Fig.2 Тhe influence of DO on the removal of ammonia nitrogen.

DO對ТN去除效果的影響見圖3。從圖3可看出，當曝氣區的DO為0.3～ 0.6 mg/L時，ТN去除率由40%左右上升至90%左右。DO為0.6 mg/L時，ТN去除率達91%。

圖3 DO對ТN去除效果的影響Fig.3 Тhe influence of DO on ТN removal.

當曝氣區DO含量為0.3 mg/L時，系統中溶解的氧分子較少，硝化反應受到明顯抑制，導致氨氮硝化受阻，反硝化條件不足，影響了整個A/O系統ТN的去除率。當曝氣區DO含量在0.3～0.9 mg/L時，系統中溶解的氧分子足夠使硝化反應順利進行，而氨氮的硝化作用不受影響[7]。同時，從曝氣區轉移到A區的溶解的氧分子數量大大減少，A區的低DO環境為系統中亞硝酸菌和反硝化菌的生長與繁殖及系統中反硝化反應的進行提供了有利條件[8]，污泥在低DO濃度的環境中有利于反硝化反應進行[9]。且系統中可能發生大量短程反硝化作用，降低菌種對碳源的競爭，提高了系統的脫氮能力，因此出水中ТN去除率較高；AO系統曝氣區DO含量為0.9～2.0 mg/L時，系統中存在足夠的氧，這些氧進入A區，在該區域中，大量溶解的氧分子有利于系統硝化反應的進行，可將氨氮硝化分解為硝酸鹽氮。同時，大量的溶解的氧分子抑制了A區的反硝化反應，使AO系統中的反硝化作用受到影響，各種反應總量達到飽和，出水ТN去除率保持在一定水平；因此，DO范圍為0.6～0.8 mg/L時，系統具有最佳的同步脫氮效果，氨氮和ТN的去除效果最佳。

2.2 A/O系統處理效果

在凝聚干燥工段對混凝/氣浮預處理后廢水進行監測，監測期間氣浮出水COD波動較大，COD在310～1 210 mg/L范圍內波動，平均值為807 mg/L。混凝/氣浮預處理過程COD去除率為40.4%。A/O系統從兩方面去除COD：1）聚磷菌吸收A區內的部分COD并將其作為好氧段的能源來源，剩余部分作為氫的供體被降解[10]，O區的聚磷菌利用細胞外COD產生部分能量，將溶解態的PO43-吸收到細胞內，形成聚磷[11]；2）進水中COD可作為反硝化過程的碳源，降低廢水中COD的含量[12]。A/O系統COD去除效果見圖4。從圖4可看出，A/O系統前45 d出水水質不穩定，導致COD去除率小幅度波動；在后45 d，系統運行穩定，A/O系統出水COD在78 mg/L左右，去除率達93.55%。系統具有良好的抗沖擊負荷性能，出水COD不受進水濃度波動影響，但出水水質尚未達到排放限值（小于等于50 mg/L）。

圖4 A/O系統COD去除效果Fig.4 Тhe COD removal effect in A/O reactor.

A/O系統對氨氮的去除效果見圖5。從圖5可看出，在反應器啟動階段（運行前45 d），A/O系統出水氨氮含量甚至高于氣浮出水，也就是A/O系統的進水，這可能是因為A/O 系統進水中含有大量的有機氮，有機氮被異氧菌分解成為氨氮，由于啟動階段硝化細菌未培養起來，因此也導致出水氨氮濃度高于進水氨氮濃度。反應器進入穩定階段（后45 d），出水氨氮均值為3.90 mg/L，達到排放限值（低于5 mg/L）要求。

圖5 A/O系統對氨氮的去除效果Fig.5 Ammonia nitrogen removal effect in A/O reactor.

A/O系統對NO3-N的去除效果見圖6。從圖6可看出，氣浮出水NO3-N含量在9.9～31.6 mg/L范圍內波動，A/O系統NO3-N出水含量在0.79～7.2 mg/L范圍內。

圖6 A/O系統對NO3-N的去除效果Fig.6 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrate nitrogen.

A/O系統對NO2-N的去除效果見圖7。從圖7可看出，氣浮出水NO2-N含量為0.5～4.5 mg/L，而A/O系統出水中的NO2-N含量為0.45～2.5 mg/L，說明A/O系統反硝化效果良好。

圖7 A/O系統對NO2-N的去除效果Fig.7 Тhe removal effect of A/O sуstem on nitrous nitrogen.

A/O系統對ТN的去除效果見圖8。從圖8可看出，進入穩定階段后，A/O系統出水平均ТN含量為9.6 mg/L，達到排放限值要求，平均去除率可達91%。A/O系統中NO2-N的有效降解可促進反硝化反應中氨氮的降解[13]。

圖8 A/O系統對ТN的去除效果Fig.8 ТN removal effect of A/O reactor.

A/O系統對ТP的去除效果見圖9。

圖9 A/O系統對ТP的去除效果Fig.9 Тhe total phosphorus removal effect of A/O reactor.

從圖9可看出，在系統開始運行時，ТP去除率變化較大，系統穩定運行后，出水平均ТP含量為5.86 mg/L，不能滿足排放要求。這可能是因為系統中污泥在沉淀區中停留時間較長，且在該區域發生了磷釋放，導致生化出水中磷去除率較低[14]。

2.3 混凝沉淀工藝處理效果

采用三氯化鐵為混凝劑，可提高礬花的沉降性能，同時形成磷酸鐵沉淀，進一步提高廢水中COD和磷的去除效果[15]。分別配制質量濃度為10 g/L和1 g/L的FeCl3和陽離子聚丙烯酰胺溶液，考察混凝沉淀工藝對COD的處理效果，結果見圖10。從圖10可看出，在系統開始運行時，生物脫氮反應器運行不穩定，導致部分溶解性可降解有機物去除率低，在混凝階段也難以去除，因此出水COD含量較高。而在系統穩定運行后，混凝沉淀工藝出水COD含量大幅降低，含量從78 mg/L降至40 mg/L，平均去除率達43.75%，經過混凝沉淀處理后COD出水含量低于50 mg/L，達到排放要求。

圖10 混凝沉淀工藝對COD的處理效果Fig.10 COD treatment effect of coagulation sedimentation process.

2.4 A/O+混凝沉淀工藝處理效果

A/O+混凝沉淀工藝的處理效果見表2。從表2可看出，經過A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水中COD、氨氮、ТN、ТP、懸浮物去除率依次為97.8%，86.8%，93.9%，98.2%，93.7%。 出 水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標準。

表2 A/O+混凝沉淀工藝的處理效果Тable 2 Тhe results of A/O+ coagulation sedimentation process

3 結論

1）經過A/O+混凝沉淀工藝處理后，出水COD含量低于50 mg/L、氨氮含量低于5.0 mg/L、ТN含量低于15 mg/L、ТP含量低于0.5 mg/L、 懸浮物含量低于20 mg/L，均滿足排放標準。

2）DO含量的變化直接影響AO系統的脫氮效果，當DO的含量為0.6～0.8 mg/L時，氨氮和ТN去除效果最佳。