日用化工高濃廢水處理技術與研究

趙景陽

（洋紫荊油墨（中山）有限公司，廣東 中山 528459）

1 前言

本文研究的企業主要生產除濕劑、干燥劑、芳香劑、消潔劑、除臭劑、除蟲劑、洗凈劑、香薰產品、香薰工藝品、表面活性劑、工業用洗滌劑、脫氧劑、保鮮劑、室內除醛、除味空氣凈化產品、空氣凈化機、除濕干燥機和防湖箱、防蟲防蛀劑、其他日用化學產品、包裝材料、家居與汽車用品、塑料制品、模具、五金制品、專用精細化學品和膜材料，年產值約為10億元。在其生產過程中，會產生生產廢水，如處理不好，會造成較大的環境污染。

根據企業提供的原輔材料清單、生產工藝流程等資料可知，生產、生活過程中產生的工業廢水有液體廢液、泡珠廢液、洗鍋廢水，主要污染物為化學需氧量、氨氮、懸浮物、色度、生化需氧量等，生活廢水主要有宿舍及食堂廢水。

（1）生產廢水。工藝流程簡述：將酒精、香精、純水、乳化劑等按照配方比例混合后進行鍋煮及攪拌，加入檸檬酸后罐裝，進行檢收測試，然后采用鋁膜封口機封口，封盒裝箱，期間會產生母液、殘夜、工藝流失水、洗地水等，詳見圖1，其產生的高濃度廢水見表1。

表1 高濃廢水情況表

圖1 清潔劑、芳香劑、洗凈劑等生產工藝流程

（2）生活廢水：生活廢水主要產生于宿舍及食堂，產量約為80m3/d，其濃度為含有300～1 000 mg/L的COD。

（3）原輔材料情況：香精、增溶劑、絮凝劑（聚丙烯酰胺）、乳化劑、氫氧化鈉、檸檬酸、活酒精、氯化鈣、油墨、性炭顆粒、純水。

從工藝、原輔材料情況看，生產廢水是在生產產品時或中間產物精煉過程中產生的母液、殘夜等，其特點是水量少，有機物含量高且含有大量陰離子表面活性劑（LAS）等發泡物質，可生化性較低，對環境危害較大。清洗廢水包括容器洗滌水、車間地面清洗水，具有水量大、污染負荷低、危害小等特點。因此，生產廢水水質隨車間生產的變化而變化，水質變化大，同時部分廢水中含有有毒有害物質，需要采取預處理措施，若直接采用生物法處理將抑制微生物生長，甚至殺死微生物，嚴重影響處理效果，導致出水不達標。基于上述情況可根據地域的要求和生活廢水的特點進行考慮，對該企業進行源頭控制并采取物化法+生化法的組合工藝研究制定治理方案，

2 廢水的源頭控制

為了更好地從源頭控制廢水，需要車間將生產鍋內的原液清理干凈，并對清洗完的第一道廢水進行分類收集，收集后的廢水進行物化法預處理。

3 物化法+生化法組合工藝

做好高濃廢水處理的關鍵是做好預處理，預處理一般選用物化法。

3.1 物化法

預處理選擇的物化法包括混凝沉淀、氣浮、精密過濾器、芬頓、鐵碳微電解、電子絮凝等工藝。

3.1.1 混凝沉淀法

該方法是一種降低水的渾濁度或去除水中懸浮物的方法，是根據水的渾濁度等性質,將適量的混凝劑(如硫酸鋁、明礬等)加入水中,經化學反應和絮凝即形成絮狀物而下沉,使水澄清。

3.1.2 氣浮法

該方法是在水中產生大量細微氣泡，細微氣泡與廢水中小懸浮粒子相黏附，形成整體密度小于水的“氣泡顆粒”復合體，然后懸浮粒子隨氣泡一起浮升到水面，形成泡沫浮渣，從而將水中的懸浮物質清除。氣浮法是一種代替沉淀的方法[1]。目前在給水、廢水治理（工業廢水和生活廢水等）方面都在使用。日用化工廢水的特點是投資少、占地面積小、自動化程度高、操作管理方便等，因而，該方法用于日用化工廢水的處理效果比較明顯。

3.1.3 精密過濾器

一般外殼由相關級別標號的不銹鋼制作，如食品級一般用316，工業級用304，內膽一般用過濾材料制作，如用鈦濾芯、活性炭濾芯、PP熔噴、折疊、線燒等過濾元件作為濾芯，過濾元件的選擇由過濾介質及工藝而定，不能千篇一律，只有選好濾芯才能達到出水水質的要求。

3.1.4 芬頓氧化反應

該方法一般是使用催化劑如亞鐵離子和雙氧水進行化學高級氧化的廢水處理方法。由催化劑與氧化劑組成的高級氧化體系，其反應可生成羥基自由基等強氧化性物質，使廢水中難降解的有機物生成有機自由基，從而破壞其結構，最終被氧化分解。芬頓氧化反應技術的實質是·OH與有機污染物的作用。

3.1.5 鐵碳微電解技術

該技術是利用廢水在酸性充氧條件下發生的電化學反應，反應過程分為陽極反應和陰極反應，即鐵碳在酸性充氧廢水中反應產生Fe2+和原子H，其具有較高的化學活性,能破壞廢水中大部分有機物的結構和特性,使大分子有機物變成小分子物質。

陽極(Fe): Fe-2e→ Fe2+,陰極(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,如進行曝氣時，即是在為介質充氧的同時可以防止填料板結。反應過程如下：

O2+4H++4e→2H2O;O2+2H2O+4e→4OH-;2Fe2++O2+4H+→2H2O+Fe3+。

反應生成的OH-會使出水的pH值升高，pH值升高有利于聚合膠體的絮凝，即Fe2+、Fe3+能夠逐漸水解生成聚合度大的Fe(OH)3、Fe(OH)3,可以大量吸附、凝聚廢水中的污染物,提升廢水的凈化效果。

3.1.6 電子絮凝系統

電子絮凝技術通常以鋁或鐵為電極板，電極板浸沒在廢水中，電極板及電流發生器對流入裝置的廢水附加電流，使廢水中的中懸浮物、乳化或溶解狀污染物在電流電荷的作用下趨向尋找較穩定的狀態，從而凝結成絮狀物沉淀。此技術主要包括電子絮凝系統，離心澄清反應系統、控制系統及過濾系統等。

電子絮凝的工作原理是廢水在經過電子絮凝系統時，將發生一系列的電化學作用。主要包括：（1）電荷凝聚作用：電極板在電流的作用下產生電荷，電荷吸引周圍小的顆粒，使顆粒的極性發生改變，互相間會粘合在一起形成大的顆粒物，當達到一定質量時產生沉淀。（2）破乳化作用：電流使水分子分解為氫氧離子。氫氧離子與溶解狀態污染物中的氫氧離子結合，形成水分子，此過程可將污染物置換出來形成非溶解狀態物質并沉淀。（3）形成鹵素絡合物：通電時會產生金屬離子，金屬離子與廢水中的離子可形成絡合物產生沉淀。（4）漂白作用：電極板通電時產生的氧離子具有漂白作用。（5）電子泛流：電極板通電后在廢水中會產生大量電子流，這些電子流改變了水合物的極性，生成沉淀，當電荷量達到一定程度時形成滲透壓，從而殺死細菌和胞囊病毒等物質[2]。需要注意的是在電子絮凝過程中，要根據廢水的不同特性使用不同的金屬極板并調節好電流，才會使各種化合物結合形成沉淀。

針對該企業廢水濃度高并含有較多LAS的特性，本項目采用混凝沉淀+芬頓+氣浮的工藝，能夠較好地去除廢水中大量的發泡物質，為下一步生化處理打好基礎。

3.2 生化法

生化法主要分為厭氧生物法和好氧生物法兩種，如SBR、接觸氧化工藝，A/O工藝等，可對化工廢水進行深度處理。

3.2.1 厭氧生物處理法

該方法是一種將廢水中大分子有機物降解為低分子化合物的生物技術。主要原理為廢水在厭氧或兼性環境中培養出兼性厭氧菌和專性厭氧菌，在菌群的作用下將有機物降解轉化為甲烷、二氧化碳的有機廢水處理方法，厭氧生物處理法能效降解高濃度有機廢水，是處理高濃有機廢水的重要工藝。為了處理高濃度難降解的工業廢水，市場上有各種厭氧生物反應器，例如有升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧復合床反應器（UBF）、厭氧生物濾池（UF）等[3]。這些厭氧生物反應器都有很好的處理效果，而本項目使用的是自主改良的厭氧污泥床反應器（UASB），一般初期養菌時間需要20～30 d,本設備可有效縮短水力停留時間至15 d以內，適合高濃度或一般工業廢水的處理，生物降解完全在無氧條件下進行而不需要充氧，且具有較好的節能效果。厭氧處理產生的剩余污泥量約為好氧生物處理法的1/5～1/10，處理能力為好氧法的5～10倍，因此可減少污泥處理與運營的費用。所以本厭氧污泥床反應器具有初期養菌時間短、適應性強、節能效果好、剩余污泥量少、處理能力強等優點。

3.2.2 好氧生物法

該方法是通過曝氣方式進行微生物繁殖的，高表面活性劑廢水進行曝氣會使泡沫起泡量增倍，因此通常要先采用厭氧進行處理。采用水解酸化法作為厭氧生物處理手段，可以將高分子物質降解為低分子物質，該方法適用于高濃度或含有高LAS的發泡物質廢水處理。通過水解酸化，可破壞污染物質的結構，大幅度減少泡沫的產生。通過物化法+生化法可以將污染物的濃度降到滿足國家排放標準，并且污泥產量較少、成本低廉、運行費用低，是廢水處理采用的主要處理手段。

3.3 排放標準

根據《廣東省水污染物排放限值標準》（DB44/26-2001）標準中二時段一級排放標準及其排污許可證排放要求[4]，其水質排放標準見表2。

表2 廣東省水污染物排放限值標準

3.4 工藝方案

針對日用化工廢水處理的特點，分析該企業實際廢水的水質，并將車間按不同水質分類，并排入各個調節池。綜合處理流程見圖2。

圖2 綜合廢水處理流程圖

（1）液體廢液經格柵進入調節池，經均勻水質、水量后，由于廢液的濃度超高，利用廠區的生活污水進行稀釋調節，再用泵抽至一級反應池，池中投加堿、PAC、PAM等化學藥劑進行反應，再流進沉淀池中進行泥水分離，初步去除化學需氧量，清液排至芬頓反應系統，向芬頓系統中加入芬頓試劑，由于芬頓試劑具有超強氧化性，能夠去除難降解有機污染物，產生芬頓反應，再調整PH值，進入沉淀池。沉淀池的上清液進入二級物化反應，再加入混凝試劑，進行二次物化反應，經沉淀池后，進入生活污水調節池，與生活污水一起進入一體化生物反應器，進行厭氧、接觸氧化反應。具體工藝流程見圖3。

圖3 液體廢液處理流程圖

（2）泡珠廢液經格柵進入調節池，泡珠固體必須經常清理，不能進入后續處理工藝，經均勻水質、水量后，由于泡珠廢液的濃度較高，利用廠區的生活污水進行稀釋調節，用泵抽至一級反應沉淀池，向池中投加堿、PAC、PAM等化學藥劑進行反應，再流進沉淀池中進行泥水分離，初步去除化學需氧量，清液與廢液清液一起排至芬頓反應系統；其余流程同液體廢液處理。具體工藝流程見圖4。

圖4 泡珠廢液處理流程圖

（3）洗鍋廢水進入泡珠廢液調節池，處理工藝同泡珠廢液。

（4）綜合廢水的處理。液體廢液、泡珠廢液、洗鍋廢水經預處理后同生活污水一起進入綜合調節池，經均勻水質、水量后，用泵抽至反應沉淀系統，加入混凝劑、絮凝劑，產生混凝反應，使離子產生含污泥，上清液進入沉淀池，并經pH值回調后進入氣浮機和生化系統處理。生化系統采用A2O工藝，厭氧池（厭氧池可根據進水濃度調整為USBR裝置，USBR裝置處理效果更好）布設組合式填料，有助于厭氧菌的生存，厭氧菌將廢水中的長鏈有機物進行水解酸化，變成易生化的短鏈有機物，為后續接觸氧化做好準備。經厭氧池的水進入接觸氧化池，接觸氧化池布設組合式填料及曝氣設備，好氧在好氧的條件下發生氧化反應，將水中的有機物進一步分解成二氧化碳和水，達到凈化水的效果，經接觸氧化的水自流至中沉池，中沉池污泥回流至缺氧及好氧池，防止污泥流失。在二沉池前設置強化物化反應池，在此可投加化學藥劑進一步除去廢水中的重金屬及有機污染物，保證廢水達標排放。綜合廢水經上述處理后排至清水池1#/2#進行檢查達標后排放，不達標泵回至系統重新處理確認達標后，經標準排放槽后達標排放，排放情況見表3。

表3 綜合廢水排放情況表

3.5 工藝特點

該工藝方案的特點為：（1）采用物化法+生化處理和MBR工藝路線，配以自主改良的厭氧污泥床反應器，對高濃度廢水具有良好的處理效果；（2）具有較好的適應性、節能高效、運行可靠、穩定耐沖擊的特點；（3）USBR采用污泥前置回流硝解工藝，大大降低了污泥生成量；（4）工程造價、運營成本低，占地面積小、自動化控制，維修方便；（5）污水處理設備需要專業人員進行操作，方能達到預期效果。（6）利用該方案處理后的廢水能達到廣東省地方標準《水污染排放限值》（DB44/26-2001）第二時段一級標準，符合當地環保行政管理要求，可通過當地環保行政管理部門的驗收。

4 結語

目前，經多個項目研究實踐證明，使用物化法+生化法組合，具有良好的去除廢水中高濃度有機物、高表面活性劑（LAS）和較好的脫氮功能，希望通過此項研究能助力日用化工行業處理好高濃度、高LAS廢水，以實現效果好、成本低、高效的廢水處理目標，從而為企業增加競爭力和環保效益。