工业高浓有机废水处理系统及设备介绍

一、高浓有机废水处理系统工艺简介

1.关于高浓废水系统的说明

高浓废水的水质是根据不同生产线所产出的不同浓度的有机废水，其不同废水的处理工艺须按水质的不同而制定特定的不同处理工艺。

污水处理所采用的工艺技术是污水处理的核心部分。污水处理采取的工艺与很多因素有关，如进水水质、出水要求、处理水量、投资大小影响条件等，还与气候条件有关。目前污水处理的等级已经从二级处理向三级处理地展，特别是随着水资源的日趋短缺，污水再生回用（中水回用）技术越来越受到各国及各部门、企业的高度重视。这说明现代化的污水处理系统应具有双重功能，一方面是要消除各部分排水的污染因子问题，另一方面还要担负解决水资源回用（包括水资源紧缺及能源节约）的任务。

1.1工艺方案分析

高浓度废水预处理系统

高浓度废水进行预处理，系统采用催化氧化工艺对高浓度废水进行预处理，在表面催化剂-二氧化氯存在的条件下，利用强氧化剂在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高BOD/COD值，使之易于生化降解。经预处理后的废水在进入后级生化处理单元处理系统。

高浓度废水预处理装置的处理工艺：

废水调节池→中和→沉淀→两级厌氧→厌氧沉淀→好氧→沉淀→高级化学氧化→兼氧→沉淀→废水排入生化系统进行处理。

1.2废水水质分析

表1-1三维集团各车间产生高浓度废水生化特性分析一览表

根据高浓度有机废水所提供的水质数据，预估废水的COD在30000-50000mg/L（BOD/COD>0.5），废水的pH<6，有部分难溶于水的物质，根据不同公司的要求出水COD浓度控制在1000 mg/L左右，该高浓度废水的可生化性较好，因此该类废水的基本处理工艺流程为：厌氧与好氧结合的处理工艺。由于部分有机污染物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物，且水质变化大，依据目前国内高浓度有机废水的生物处理技术的实际应用，结合本公司多年处理高浓度有机废水的经验，该类废水在进行生化处理前必须先进行高级化学氧化，降低废水的毒性或大部分的可降解物质，提高废水生化性，减轻冲击负荷，结合有机污染物对微生物的特性，将废水的好氧放置在厌氧生化处理前进行处理。1.3污水处理工艺选择

本高浓度废水预处理工程的工艺流程为：高级化学氧化+好氧+两级厌氧，目前高级化学氧化中运行比较稳定是臭氧氧化、Fenton试剂氧化、电催化氧化、铁碳氧化等这些方法又称为AOPS高级化学氧化手段，对本项目的废水性质选择臭氧及其复合高级氧化技术，对于生化选择好氧和厌氧结合处理工艺。

1.3.1废水的分类收集

根据工程项目的废水水质和水量特点基本上可以将废水分为两大类型：水量较大对微生物毒性较小的有机废水（如丁二醇生产的废水）、水量较小对微生物毒性较大的有机废水（如含苯废水）。

对于水持的类别及其对微生物的毒性作用的不同，因此将废水的收集池分为多路进行预处理，废水量比较大的废水用管道输送到废水收集A池，其余各车间产生的小量毒性废水用另外独立的管道输送到废水收集B池或更多的C池等。

1.3.2废水处理程度要求

根据本项目水质情况，本次高浓度废水的处理项目进水COD浓度按40000mg/L计算，采用一次设计、一次施工、一次调试运行，出水COD浓度控制1000mg/L以内。再根据出水水质要求或回用水水质要求进行进一步的后级处理。

1.3.3废水处理工艺优选

根据表1-1的废水水质分析，结合该项目高浓度废水处理的经验和多年运行数据统计对本次高浓度废水预处理项目的技术处理方案进行如下优选：见表1-2

表1-2 废水处理技术方案优点/缺点比选

2、以上数据来源于多个高浓度废水多年运行统计数据，与实际数据有一定的出入。备注：1、以上数据系统按500m3/d的处理量，稳定运行10年，每年运行330天计算；

3、废水水质特点：废水水质变化大（在不同的时间段废水有时完全不同），pH变化突然，COD浓度高达40000mg/L，废水的可生化性较好（BOD/COD>0.5），部分有机污染物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物。

综合比较，考虑系统长期稳定运行，我们优选部分臭氧氧化+好氧+两级厌氧处理+兼氧工艺+后级工艺处理。

1.4高浓度废水处理简介

根据高浓度废水的性质和排放规律、输送方式，将废水的调节池设置为多格，并在调节池的四周设置均质溢流槽，并加强废水产生的源头管理，建立高浓度废水排放管理卡片制度，减少废水事故排放，加强废水处理站的废水处理管理，降低废水处理成本。

根据高浓度废水的性质，本次高浓度废水预处理工艺的处理系统采用多套并联运行的系统，废水经收集B池用泵提升至高级化学处理系统，根据废水的性质的不同高级化学氧化区要增加不同的催化剂，以确保系统的稳定运行，高级化学氧化的废水重力自流入废水收集A池，经废水收集A池的均质溢流堰进行配水，然后经废水泵提升送至改良的CASS好氧池，由于部分有机物废物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物，并且以通过好氧方法去除，因此本工艺采用好氧前置处理工艺，由于高级化学氧化采用以臭氧为主的氧化工艺，因此好氧池采用改良CASS好氧池型，前端设置无微生物参与的曝气反应区，去除废水中还没有完全参加反应的化学氧化剂，同时进行废水的pH调节，保证后续生化处理的稳定运行。好氧处理后废水重力自流入废水沉淀池，废水经沉淀池流入集水井，再通过泵提升至两级厌氧处理工艺，废水经两级厌氧处理后重力自流排入废水处理总站进行后级工艺的处理。

各工艺段的剩余污泥排入污泥浓缩池，经重力浓缩后用污泥螺杆泵将浓缩后的污泥返回到好氧池或送至污泥压滤机进行统一处理。浓缩池上清液流至废水收集A池。

1.4.1高浓度废水处理工艺流程图

1.4.2 高浓度废水的分类收集

本处理工程中废水水质变化特别大，因此要求废水收集池不仅有对废水收集和储存的作用，还应该有对废水的调质作用，因此在本项目中的调节池四周设置均质配水槽，针对废水的特性，将废水设计为两种基本类型：（1）废水水量较大，对微生物毒性较小的废水；（2）废水水量较小，对微生物毒性较大的废水（微生物难以降解的废水也进入此收集池）。

对废水分类收集以后，针对分类收集的废水采用不同的高级化学氧化催化剂提高废水处理的针对性，合理控制高级化学氧化时间，降低废水的毒性，确保后续处理系统的稳定运行。

1.4.3 高浓度废水的高级化学氧化

废水收集B池内的废水，通过泵的提升被送入高级氧化段继续进行分类预处理，将高级化学氧化定格在废水的分类预处理，针对废水的特性合理控制高级化学反应时间和添加废水高级化学氧化催化剂，增加了废水预处理的针对性，降低废水预处理成本。高级氧化工艺（Advanced Oxidation Processes，简称AOPS）是20世纪80年代开始形成的有毒污染物处理技术，主要特点是通过反应产生“?OH”，该自由基具有极强的氧化性，比其他一些常用的强氧化剂具有更高的氧化电极电位（E=2.8V），其氧化活性大约是氯的2倍，位于原子氧和氟之间，另外“?OH”具有很高的电负性或亲电子性，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点，因此通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解，甚至彻底转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。高级氧化技术具有氧化性强、反应时间相对较短、操作条件易于控制等优点。见表 1-3

表1-3常用化学氧化剂氧化性能表

注：1）这些高级化学氧化对大分子有机物的降解明显好于小分子有机物；

       2）除氟和·OH自由基以外，其余对有机物的降解均有一定的选择性。

根据废水的性质结合高级化学氧化的废水处理，我们拟采选择臭氧氧化技术进行高级化学氧化。

1臭氧氧化有机物的机理

臭氧又名三原子氧，其分子式为O3，于1840年被德国化学家发现。臭氧技术可以说是既古老又崭新的技术，从1856年开始应用至今，国际上于1973年成立了国际臭氧协会。污水处理方面，臭氧技术已经成熟应用于含酚、含氰及印染废水处理，臭氧与这些或更复杂的有机物反应后通常生成乙醛、羧酸、脂肪族、芳香族以及其他的氧化物形式，这些产物很容易生化降解，[16]而且没有明显的毒性。臭氧的自我分解连锁反应如下图：见下图 1-2(A)

图 1-2(A) 臭氧反应链式图

由此可以推出臭氧同化合物反应有两种方式：臭氧分子直接进攻和臭氧分解形成的自由基的反应，具体反应机理如下：

（1）臭氧与无机物反应机理

（2）臭氧与有机物的反应机理

臭氧氧化有机物有两种基本方式：直接反应和间接反应。间接反应中.OH可以通过不同的反应使溶解态有机物和无机物氧化，氧化的主要类型有：电子转移反应、加氢反应和.OH加成反应。其反应机理如图1-2（B）（详见下页）所示。

——醇、醛、酯、羧酸存在亲核基—O—，O3攻击—O—，产生过氧化物；芳香族化合物可通过打开芳环（形成开环或无芳香结构的产物）或形成侧链取代基；酚类（包括苯酚、取代苯酚、醌和多酚等），特点是在芳核上有给电子基—OH，经臭氧氧化成芳核水解物—开环产物—氧化终点产物—CO2。

图1-2（B）.OH间接氧化有机物的反应机理

表1-4 臭氧—水接触反应系统的主要设计参数

1.4.4 改良CASS的好氧和酸碱中和合建

CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是循环式活性污泥法的缩写，其经典工艺设有一个分建或合建式生物选择器的可变容积、序批曝气—非曝气方式运行的统一方式间隙活性污泥处理反应器，它通常由生物选择区、兼氧区和主反应区三个区域组成，如图1-3所示。

本项目对经典CASS工艺进行了改良，在有些工程无需除氮、磷为目的的生物选择器和出水使用的滗水器，本工程就是有这些需求，因此本次设计采用主反应区和沉淀池分建，运行中采用经典的好氧生物处理工艺，使得主反应区实现了连续不断曝气，同时不影响泥水分离，选择区改造为预曝气区和pH调节区用于去除废水中的剩余高级化学氧化剂，如下图1-4所示:

改良型CASS生物处理系统相对其它生物处理技术具有以下特点 ：

1）预曝气区很好去除废水还没有反应的高级化学氧化剂，并进行pH的调节，确保后续生化处理运行的稳定。

2）构筑物结构紧凑，一体化；

3）系统设有单独的二沉池及污泥收集和回流系统；

4）可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；

5）根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率；

6）系统在恒水位条件下交替运行，水力负荷恒定。因而可以降低对管道、阀门、水泵、曝气等设施设备的规模要求, 同时土建设计可以不需要考虑水位变化对池体的受力要求，相应节省土建费及占地费用,从而降低系统的成本；

7）根据废水浓度变化情况，相应调整时间及空间参数，改善污泥的性能，故具有较高的操作弹性，出水效果好，水质稳定；

缺点：

1）容积利用率低、出水不连续、运行控制复杂。

2）需曝气能耗多，污泥产量大。

通过对生物速率的控制，使反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的序批方式运行，使其具有优良的脱氮除磷效果，由于两级均采用沉淀池溢流堰出水，系统的水头损失大大降低，降低了系统运转费用。

1.4.5 两级厌氧处理

厌氧工艺是在没有氧气和硝态氮参与情况下的生物处理系统，主要用于将溶解性和颗粒态的可生物降解有机质转化成甲烷和CO2，或者将大分子有机物打散，苯环开环，在有些情况下，可将颗粒态可生物降解有机物转变成为挥发性脂肪酸（VFA），提高生物系统的去除效率。

厌氧工艺在废水处理系统中的应用已经超过了一个世纪，最初用于废水处理系统产生的污泥的稳定处理，污泥放置在其中，进行厌氧分解。水力停留时间一般为60d，甚至更长。渐渐地，人们发现将消化池加热至温度为35℃左右可以加快消化分解过程，混合搅拌可以使反应速率均匀分布。这些发现形成了现在的高速厌氧消化工艺，其HRT为15-20d。厌氧中的微生物种群可分为两大类：第一类微生物负责将进水中的有机物转化为乙酸，分子氢和二氧化碳，有短链挥发性脂肪酸积累，有与腐殖质类似的稳定不溶性物质残留；第二类微生物负责将乙酸、氢和二氧化碳转化为甲烷气体，厌氧处理可用于COD高于4000mg/L，但不超过50000mg/L的污水。

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