鐵炭微電解-光催化氧化-生化處理有機磷廢水
導讀:：本文對高有機磷廢水采用鐵炭微電解+光催化氧化+生化工藝進行處理，經過八個月調試，污水處理系統運行穩定，處理效果好。進水(平均)COD12890mg/L ，BOD53472mg/L、NH3-N118mg/L、總磷664mg/L，出水(平均)COD96mg/L，BOD519mg/L、NH3-N13mg/L、總磷0.45mg/L，達到了GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。
關鍵詞：鐵炭微電解，光催化氧化，有機磷廢水
磷是造成水體富營養化的重要原因，對高有機磷廢水的處理一直是工業企業環境污染治理的難題。雖然對處理高有機磷的研究一直沒有中斷過，但目前處理效果好、運行費用低的方法還不多。這是因為磷的排放標準較高(GB8978-1996《污水綜合排放標準》中磷的一級排放標準為不超過0.5mg/l)，且處理成本較高，一般企業難以承受。
1工程概況
某化工企業主要生產鹵代烷基磷酸酯阻燃劑，廢水主要來自生產車間的堿洗、酸洗、水洗及部分水沖泵廢水。廢水呈強酸性，COD、SS、P等較高。針對該廢水有機磷含量高的特點，采用鐵炭微電解+光催化氧化+生化工藝，經過八個月調試，廢水處理系統運行穩定，且達標排放。廢水設計參數見表1。
|
項目 |
ρ(COD) （mg·L-1） |
ρ(BOD5) （mg·L-1） |
ρ（總磷） （mg·L-1） |
ρ（NH3-N） （mg·L-1） |
pH |
|
進水水質 |
≤13000 |
≤3500 |
≤675 |
≤121 |
2～3 |
|
出水水質 |
≤100 |
≤20 |
≤0.5 |
≤15 |
6～9 |
表1 廢水設計參數
Table 1 Designparameters of wastewater
2工程設計
2.1 工藝設計
廢水處理工藝流程見圖1。
圖1廢水處理工藝流程圖
Fig.1 Technological process for wastewatertreatment
廢水由業主自行收集至調節池后，先進入沉淀回收池進行沉淀回收，上清液通過鐵炭微電解，絕大部分大分子有機物被氧化分解為小分子物質，經沉淀，去除大部分總磷。再通過光催化氧化作用, 出水的生化性大大提高。廢水經泵提升進入UASB塔后自流進入A/O池， 降解大部分COD。廢水中的有機磷也被氧化水解成無機磷，經沉淀后可基本去除總磷。
2.2 主要構筑物單元參數
(1)調節池：尺寸為10.0m×3.0m×3.0m，主要起收集、調節廢水作用。
(2)沉淀回收池：內置斜管填料，尺寸為5.0m×2.0m×4.7m，表面負荷1.0m3/(m2·h)。調節池的廢水經自吸泵(2臺，1備1用，Q=10m3/h，N=2.2 kW)提升至沉淀回收池，回收利用部分物料。
(3)鐵炭氧化池：尺寸為5.5m×2.5m×4.0m，停留時間約為4.8h。懸空兩層、190袋鐵炭(鐵屑和焦炭混合比為1：2)，控制鐵炭池內的pH 4～5;池底布設穿孔曝氣管，氣水比為5：1。
(4)初沉池：采用豎流式沉淀池，尺寸為φ1.8 m×5.0 m，設計流量10 m3/h，表面負荷1.1m3/(m2·h)，沉淀時間1.1h，有效水深4.5 m，同時設導流筒1個。
(5)光催化氧化池：2級串聯，內置50根Ф325mm×H1500mm管式光催化氧化單元組合裝置，且內壁涂復納米級TiO2光催化劑涂層、涂層粘合選用氟碳漆。單體尺寸為3.0m×3.0m×2.5m，停留時間為4.5h。采用波長200～250nm 的UV光氧化降解廢水中的有機污染物，提高污水的可生化性。
(6)UASB塔：并聯兩個碳鋼結構UASB塔，內設循環泵(Q=15m3/h，N=5.5 kW，H=25m，1備1用)，塔底采用穿孔管均勻進水，塔頂設三相分離器。單體尺寸為φ4.5 m×12 m，停留時間36h，COD容積負荷為7.5kg/(m3·d)。
(7)A/O池：三格式，內置彈性填料，采用羅茨風機(Q=4.94m3/min，N=6.80kW， H=0.5kgf/cm2)進行微孔曝氣，內設循環泵(Q=30m3/h，N=3kW)進行硝化與反硝化，廢水中污染物被進一步氧化、吸附。
A池：單格尺寸為3.0 m×1.5 m×5.0m，微孔曝氣器共26套，水力停留時間為9.72 h，DO控制在0.5mg/L以下。
O池：單格尺寸為6.0m×1.5 m×4.5m，微孔曝氣器共54套，有效容積為108m3,停留時間為10.8h，設計BOD5容積負荷0.25kg/(m3·d)，DO控制在2～3mg/L。
(8)二沉池：內置斜管填料，尺寸為4.5m×2.0m×4.7 m，設計流量10 m3/h，表面負荷1.1m3/(m2·h)，沉淀時間約1h，有效水深4.4 m，出水回調pH6～9。
(9)污泥濃縮池：尺寸為2.5m×2.5 m×2.5m ，超高0.5 m，總有效容積15.6 m3。污泥通過螺桿泵進入板框壓淲機(S=28 m2)進行脫水。
3 調試與運行
1) UASB池調試：工程安裝完成后，開始進行污泥培養，污泥采用城市污水處理廠剩余污泥。UASB池投加牛糞當作菌種，控制碳、氮、磷比例在200：5：1，用NaHCO3調節pH。調試過程中的懸浮污泥從塔頂排出，三個月后，當懸浮顆粒污泥開始形成時，慢慢提高進水濃度，同時增加進水量龍源期刊，進行污泥馴化。
2) A/O池調試：先調節A/O池碳：氮：磷=(200～300)：5：1，連續悶曝24h后靜止2 h，排掉池中的懸浮物，再補充營養液進行污泥培養。10天后填料表面開始掛膜，繼續加入營養液并間歇補充生活污水，控制好DO和pH等條件。25天后觀察膜上有微生物出現，繼續培養30天后出現鐘蟲、草履蟲、輪蟲、線蟲等微生物，且手摸膜有黏性、滑膩感，說明生物膜已經成長。此后開始進行污泥馴化。
3)廢水處理：生化調試成功后開始進行廢水處理。經過鐵炭的微電解作用，可把大部分有機磷氧化分解成無機磷，出水調節pH，并加石灰水，磷去除率可達90%。再通過光催化氧化作用，廢水的可生化性大大提高。經過八個月的調試運行，出水達到了GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。運行結果見表2、表3。
表2調試期間的運行結果
Table 2 The result in debugging
|
采樣時間 （運行穩定后） |
CODCr（mg/L） |
BOD5（mg/L） |
NH3—N（mg/L） |
總磷（mg/L） |
||||
| 進水 |
出水 |
進水 |
出水 |
進水 |
出水 |
進水 |
出水 |
|
|
4月 5月 |
12500 13165 |
3375 2750 |
3450 3320 |
450 418 |
121 115 |
70 72 |
675 678 |
45 36 |
|
6月 |
12950 |
2180 |
3427 |
370 |
130 |
56 |
670 |
29 |
|
7月 |
13100 |
1642 |
3567 |
328 |
125 |
48 |
645 |
12 |
|
8月 |
12840 |
1053 |
3482 |
260 |
108 |
37 |
660 |
6 |
|
9月 |
13170 |
475 |
3465 |
153 |
112 |
45 |
658 |
2 |
|
10月 |
12675 |
215 |
3384 |
46 |
120 |
16 |
638 |
0.39 |
|
11月 |
12890 |
96 |
3472 |
19 |
118 |
13 |
664 |
0.45 |
表3 12月份主要工藝段運行結果
Table 3 The main running result inDecember
|
#FormatImgID_1# |
CODCr |
BOD5 |
NH3-N |
總磷 |
||||||||
|
進水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
進水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
進水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
進水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
|
|
調節池 |
12890 |
－ |
－ |
3472 |
－ |
－ |
118 |
－ |
－ |
664 |
－ |
－ |
|
鐵炭氧化池 |
9697 |
6958 |
28.2 |
2610 |
2088 |
20.0 |
98 |
89 |
9.1 |
675 |
629 |
6.8 |
|
初沉池 |
6958 |
6120 |
12.0 |
2088 |
1566 |
25.0 |
89 |
76 |
14.6 |
629 |
67 |
89.3 |
|
光催化氧化池 |
6120 |
4654 |
23.9 |
1566 |
1174 |
25.0 |
76 |
71 |
6.5 |
67 |
58 |
13.4 |
|
UASB池 |
4654 |
930 |
80.0 |
1174 |
234 |
80.0 |
71 |
113 |
－ |
58 |
31 |
46.6 |
|
A/O池 |
930 |
136 |
85.3 |
234 |
25 |
89.3 |
113 |
18 |
84.1 |
31 |
9 |
70.9 |
|
二沉池 |
136 |
96 |
29.4 |
25 |
19 |
24.0 |
18 |
13 |
27.7 |
9 |
0.45 |
95.0 |
4 經濟分析
工程總投資約220萬元，日處理水量150m3/d，運行費用8.7元/噸。具體費用見表4。
表4 廢水處理費用
|
電費 |
人工費 |
藥劑費 |
|||||
|
45 KW |
3人 |
PAM |
PAC |
H2O2 |
石灰 |
液堿 |
硫酸 |
|
0.7元/KW﹒h |
1500元/月 |
12000元/t |
2000元/t |
1300元/t |
500元/t |
2000元/t |
800元/t |
|
3.024元/m3 |
1.0元/m3 |
0.8元/m3 |
0.2元/m3 |
2.21元/m3 |
0.41元/m3 |
0.4元/m3 |
0.063元/m3 |
|
廢水處理費用：8.7元/ m3 |
|||||||
The wastewater treatment cost
table45 結論
4) 利用鐵炭微電解+光催化氧化+生化工藝處理高有機磷廢水是可行的，且運行穩定，運行費用相對較低，出水達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》一級標準。
5) 采用鐵炭微電解+光催化氧化對廢水進行預處理具有處理效率高，對提高B/C比和后續的生化處理有很好的作用。
6) UASB塔去除化工廢水中的COD 具有耐沖擊負荷強、去除效率高、占地面積小等優點。
6 存在問題
7) 鐵炭壽命問題：隨著運行時間的延長，Fe3+不斷損耗，鐵炭板結，COD去除率下降，影響到其后處理單元的效果。
8)污泥問題：由于工藝中石灰是除磷的關鍵藥劑，石灰投加不足則降低除磷效率，投加過量又產生大量污泥，增加污泥處理成本。
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