聚酯生產廢氣廢水的處理工藝研究

涂蘭蘭

（江蘇虹善工程科技有限公司，江蘇 蘇州 215000）

引言

聚酯生產過程中產生的廢氣與廢水具有成分復雜、可生化性差、生物毒性等特點，由于低碳性強調的是在發展中降低能耗[1]，為了踐行低碳環保的理念，推動聚酯生產向現代化、可持續化方向發展，工作人員需要結合聚酯化纖企業廢水、廢氣的實際情況，選擇臭氧催化氧化、固定化生物濾池、生物強化、MBR、碳濾組合等工藝，降低廢水、廢氣中污染物的含量。

1 工程概況

江蘇某聚酯化纖企業生產廢水的日排放量約為48 t，由于實際生產過程中廢水的排放量存在一定的不可預見性，因此為了提高廢水的處理質量與效率，該企業廢水處理系統設計和處理能力為60 t/d。在對該企業生產廢水成分進行測定后，可以初步確定，該企業廢水處理系統設計的進水pH值為6～9，每升廢水中COD含量為3～4.5 g/L，BOD5不大于300 mg/L，SS濃度為300～450 mg/L，NH3-N的含量不大于35 mg/L，動植物油的含量約為1.3 mg/L。為了保證處理后的出水能夠達到城市綠化回用水水質的要求，該聚酯化纖生產企業應保證處理后的出水符合《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920-2020）標準的要求。同時，在聚酯生產及生產廢水的處理工作中，均會產生一定量的廢氣。通過對該聚酯纖維生產企業的廢氣成分進行檢測可以發現，廢氣污染物主要為乙二醇、甲醛、丙烯醛、丙烯醇等，其產生速率分別為0.28 kg/h、0.01 kg/h、0.23 kg/h和0.75 kg/h。為了降低廢氣直排造成的環境影響，必須對廢氣進行凈化處理，使排放的氣體符合《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB 32/3151-2016）的要求[2]。

2 工藝流程

為了實現廢氣廢水的有效處理，該聚酯化纖生產企業在明確廢氣廢水排放所執行標準的基礎上，構建了專門的廢水處理站，此廢水處理站的占地面積為200 m2，同時為了提高廢水處理工作的安全性，該企業在廢水處理站區域內設置了專門的廢水處理水池，該水池的主體為碳鋼結構，水池內外先涂刷了二度防銹底漆，又涂刷了二度環氧防滲漆。

2.1 廢水處理工藝流程

為了滿足低碳社會的建設需要，避免聚酯化纖生產生成的廢棄物對環境造成污染，江蘇某聚酯化纖企業在明確生產環節廢水、廢氣產生原因、產量等因素的基礎上，制定了如圖1所示的廢氣廢水處理工藝流程。第一，該企業廠區內的生活廢水在流經隔柵處理后，流入調節池中。在此過程中格柵可以去除污水中的大塊雜質，降低了污水泵堵塞的概率；第二，該企業廠區內的工業廢水先流入工業廢水收集池中，然后通過池體上端的溢流口自流至調節池中；第三，調節池中的廢水經提升泵傳輸至水解酸化池內，提高了廢水的可生化化；第四，水解酸化后的廢水再進入到固定化生物濾池中，在此過程中，需要向濾池中加入一定量的微生物菌劑；第五，添加微生物的污水流到MBR生物反應池中，在微生物的作用下實現污水中大部分污染物的高效降解[3]；第六，降解處理后的污水再經過炭濾塔過濾后，流入清水池暫存，最終作為廠區的綠化用水回用，提升了水資源的利用率。

圖1 廢氣廢水處理工藝流程

2.2 廢氣處理工藝流程

該企業在處理廢氣時，采取以下步驟：第一步，將收集到的生產系統的工藝尾氣與廢水處理系統的廢氣借助吸風機送入噴淋塔中，使廢氣中的乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等可溶性物質溶于水中；第二步，將廢氣洗滌產生的廢水送入工業污水收集池中。為了降低廢水的毒性、提高其可生化性，應先將廢水送入臭氧氧化塔中進行充分的氧化反應；第三，采用活性炭對經過噴淋洗滌處理后的廢氣做進一步的吸附處理，保證廢氣經20 m高的排氣筒達標排放。

3 構筑物及設備

3.1 格柵與集水井

為了避免廢水處理設備因大體積固體污染物的存在，出現運轉故障的可能性，在正式將污水轉輸至廢水收集池前，該聚酯纖維企業在集水井前設置了規格為1.2 m×0.5 m×1.2 m的機械格柵，水井尺寸設計為4.0 m×2.0 m×5.0 m。同時，為了將去除了大型固體廢棄物的污水運輸至廢水收集池內，集水井區域需要安裝兩臺水泵，一臺作為輸水泵，另一臺作為備用泵。

3.2 工業廢水收集池

工業廢水收集池是儲存廢水的主要區域，在設計廢水收集池時，以企業實際廢水的日產量、日處理量為基礎，將收集池的規格設置為2.5 m×2.0 m×3.5 m；此外考慮到聚酯纖維廢水具有一定的腐蝕性，為了降低出現腐蝕裂隙、穿孔引發滲漏等環境污染事件的概率，在該廢水收集池內部進行了環氧防腐處理。

3.3 調節池

在工業廢水的毒性得到降解后，可以將其與生活污水共同注入調節池中，使廢水水質均勻、廢水污染物含量降低。為了滿足工業廢水與生活污水的凈化處理需要，該聚酯纖維生產企業布置的調節池尺寸為2.5 m×3.5 m×3.5 m，其有效容積為22.5 m3。同樣，為了降低廢水中腐蝕性物質對調節池使用壽命的影響，該調節池內部設置了防腐層。為了提升水中有機物氧化分解效率，還在調節池內安裝了穿孔曝氣管，通過將空氣注入曝氣池內的方式，降低了后續臭氧氧化分解階段臭氧的消耗量[4]。

3.4 臭氧催化氧化塔

為了實現廢水中各類有機物、無機物的高效分解，該聚酯化纖生產企業結合廢水中污染物的具體種類與含量，建造了專門的臭氧催化氧化塔，通過每小時向廢水中注入一定量臭氧的方式，保證了廢水的凈化效果。

3.5 水解酸化池

在廢水經臭氧催化氧化后，該聚酯纖維企業利用潛污泵將廢水傳輸至水解酸化池中，并調節廢水pH值，通過對廢水進行酸化處理的方式提高廢水的可生化性，降低了廢水中COD的濃度。該企業設置的水解酸化池尺寸為4.8 m×2.5 m×3.5 m，水解酸化池的有效容積為36 m3，廢水在酸化池內的停留時間約為14.4 h。

3.6 固定化生物濾池

水解酸化池中的廢水經過溢流口自流至固定生化濾池中，該固定生化濾池底部設置有微孔曝氣裝置，系統持續向污水中注入壓縮空氣，為廢水中好氧微生物提供充足的氧氣，以便提高廢水中各類污染物的分解效率。該企業設置的固定過濾池的尺寸為4.8 m×2.5 m×3.5 m，其有效容積為36 m3，污水在其中的停留時間約為14.4 h。

3.7 MBR生物反應池

在聚酯生產廢水處理系統中設置有專門的MBR生物反應池，一方面，池內設置了專門的曝氣系統，曝氣過程中的水氣體積比為20：1，可以使壓縮空氣通過管路進入到廢水中，對廢水進行曝氣處理。另一方面，可以借助回流裝置，通過定期回流的方式保持生化池內的污泥濃度，從而提高微生物的含量。該企業設置的生化池尺寸為14.5 m×2.5 m×3.5 m，有效容積為108.75 m3，污水在其中的停留時間約為43.5 h。

4 處理系統運行情況

4.1 各流程處理情況

4.1.1 臭氧催化氧化

為了提高廢氣廢水的凈化處理效率，處理人員需要對廢水的主要成分進行分析，以明確各類污染物的具體處理方法。具體來說，考慮到廢氣噴淋得到的廢水中含有乙二醇、甲醛、丙烯酸、丙烯醇等揮發性有機污染物，且這類污染物不僅可以通過揮發直接進入到大氣環境中，還會對人體健康造成嚴重地威脅。為了盡可能提升廢水處理效率，保障技術人員的人身安全，可以在廢氣廢水臭氧催化氧化系統中加入多元負載型催化劑，借助多元過渡金屬氧化物的催化氧化特性，加速羥基自由基的轉化速度，確保廢水在流入生化反應池前，上述有毒有害污染物能夠被完全降解，在減少廢水中污染物含量的同時，避免上述有毒有害污染物毒害微生物，影響后續污水處理效率[5]。

4.1.2 水解酸化

酸化是指在污水處理工作中，采用水解酸化反應，將污水中的大分子有機污染物轉化為小分子有機污染物，或將有生物毒性的有機物轉化為無生物毒性的有機物，降低了后續污染物凈化難度。在聚酯生產廢水處理中，通過水解酸化工不僅可以有效改善污水的可生化性，還能去除15%～18%的COD。

4.1.3 生物強化

在污水凈化中加入一定的微生物菌制劑可以有效降低污水中COD的含量。在該聚酯纖維企業污水凈化中應用的微生物菌制劑是一種通過長期降解該類廢液、從活性污泥中篩選馴化得到的高效菌種，在污水中添加一定量的此類微生物制劑，可以加快污水中COD的降解速度。如圖2所示，在開始加入微生物菌制劑的第一周內，廢水中的COD含量基本沒有什么變化，出現這一情況的原因為微生物制劑在剛投入污水中時需要有一段時間的適應期；在加入微生物制劑一周后，廢水中的COD含量開始下降。在沒有添加微生物菌制劑時，污水中的COD含量為114.3 mg/L，加入微生物制劑后，污水中的COD含量降低到98.3 mg/L。在該微生物制劑投入3個月后，廢水中的COD呈逐漸上漲的趨勢，這一現象出現的主要原因為廢水中微生物的含量大幅度下降，此時需要在廢水中二次投加生物菌制劑，制劑投加量可以與第一次投加量保持一致。微生物制劑投加一周后，污水中的COD降解率在原有基礎上提高了16.4%。對上述數據進行統計分析后可以發現，生物制劑的投加有效提高了廢水中COD的降解速度，能夠滿足聚酯生產環節污水凈化的需要。

圖2 投加微生物菌制劑前后污水中COD含量隨時間的變化情況

4.1.4 MBR生物反應

在本次污水處理過程中，固定生化濾池與MBR生物反應池的聯用可以進一步提高廢水中COD的去除率。固定生化濾池可以有效增加廢水單位體積內微生物的含量，MBR生物反應池可以有效增強污水中微生物的抗沖擊負荷能力，降低污水的污泥負荷，增加水中大分子有機物與微生物的接觸時間，進而提升有機物的降解效率。

4.2 處理成本分析

對該聚酯纖維企業生產廢氣廢水處理工作進行統計分析，可以了解到在整個廢氣廢水處理流程中，每立方米污水處理時的電費為2.8元、菌劑投加費用為0.2元、污泥處理費用約為0.2元、人工費用約為0.4元，在不考慮設備折舊費用的情況下，每立方米廢水處理成本為3.6元。

5 結論

綜上所述，結合聚酯化纖企業的實際生產情況，綜合應用臭氧催化氧化、固定化生物濾池、生物強化、MBR、碳濾組合等工藝，對聚酯生產所產生的廢氣廢水進行科學的凈化處理，可以使處理后的污水符合《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T 18920-2020）標準要求，廢氣符合《化學工業揮發性有機物排放標準》（DB 32-3151-2016）標準要求，從而為聚酯的安全生產提供了支持。