铁炭微电解-光催化氧化-生化处理有机磷废水
导读:：本文对高有机磷废水采用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺进行处理，经过八个月调试，污水处理系统运行稳定，处理效果好。进水(平均)COD12890mg/L ，BOD53472mg/L、NH3-N118mg/L、总磷664mg/L，出水(平均)COD96mg/L，BOD519mg/L、NH3-N13mg/L、总磷0.45mg/L，达到了GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。
关键词：铁炭微电解，光催化氧化，有机磷废水
磷是造成水体富营养化的重要原因，对高有机磷废水的处理一直是工业企业环境污染治理的难题。虽然对处理高有机磷的研究一直没有中断过，但目前处理效果好、运行费用低的方法还不多。这是因为磷的排放标准较高(GB8978-1996《污水综合排放标准》中磷的一级排放标准为不超过0.5mg/l)，且处理成本较高，一般企业难以承受。
1工程概况
某化工企业主要生产卤代烷基磷酸酯阻燃剂，废水主要来自生产车间的碱洗、酸洗、水洗及部分水冲泵废水。废水呈强酸性，COD、SS、P等较高。针对该废水有机磷含量高的特点，采用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺，经过八个月调试，废水处理系统运行稳定，且达标排放。废水设计参数见表1。
|
项目 |
ρ(COD) （mg·L-1） |
ρ(BOD5) （mg·L-1） |
ρ（总磷） （mg·L-1） |
ρ（NH3-N） （mg·L-1） |
pH |
|
进水水质 |
≤13000 |
≤3500 |
≤675 |
≤121 |
2～3 |
|
出水水质 |
≤100 |
≤20 |
≤0.5 |
≤15 |
6～9 |
表1 废水设计参数
Table 1 Designparameters of wastewater
2工程设计
2.1 工艺设计
废水处理工艺流程见图1。
图1废水处理工艺流程图
Fig.1 Technological process for wastewatertreatment
废水由业主自行收集至调节池后，先进入沉淀回收池进行沉淀回收，上清液通过铁炭微电解，绝大部分大分子有机物被氧化分解为小分子物质，经沉淀，去除大部分总磷。再通过光催化氧化作用, 出水的生化性大大提高。废水经泵提升进入UASB塔后自流进入A/O池， 降解大部分COD。废水中的有机磷也被氧化水解成无机磷，经沉淀后可基本去除总磷。
2.2 主要构筑物单元参数
(1)调节池：尺寸为10.0m×3.0m×3.0m，主要起收集、调节废水作用。
(2)沉淀回收池：内置斜管填料，尺寸为5.0m×2.0m×4.7m，表面负荷1.0m3/(m2·h)。调节池的废水经自吸泵(2台，1备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)铁炭氧化池：尺寸为5.5m×2.5m×4.0m，停留时间约为4.8h。悬空两层、190袋铁炭(铁屑和焦炭混合比为1：2)，控制铁炭池内的pH 4～5;池底布设穿孔曝气管，气水比为5：1。
(4)初沉池：采用竖流式沉淀池，尺寸为φ1.8 m×5.0 m，设计流量10 m3/h，表面负荷1.1m3/(m2·h)，沉淀时间1.1h，有效水深4.5 m，同时设导流筒1个。
(5)光催化氧化池：2级串联，内置50根Ф325mm×H1500mm管式光催化氧化单元组合装置，且内壁涂复纳米级TiO2光催化剂涂层、涂层粘合选用氟碳漆。单体尺寸为3.0m×3.0m×2.5m，停留时间为4.5h。采用波长200～250nm 的UV光氧化降解废水中的有机污染物，提高污水的可生化性。
(6)UASB塔：并联两个碳钢结构UASB塔，内设循环泵(Q=15m3/h，N=5.5 kW，H=25m，1备1用)，塔底采用穿孔管均匀进水，塔顶设三相分离器。单体尺寸为φ4.5 m×12 m，停留时间36h，COD容积负荷为7.5kg/(m3·d)。
(7)A/O池：三格式，内置弹性填料，采用罗茨风机(Q=4.94m3/min，N=6.80kW， H=0.5kgf/cm2)进行微孔曝气，内设循环泵(Q=30m3/h，N=3kW)进行硝化与反硝化，废水中污染物被进一步氧化、吸附。
A池：单格尺寸为3.0 m×1.5 m×5.0m，微孔曝气器共26套，水力停留时间为9.72 h，DO控制在0.5mg/L以下。
O池：单格尺寸为6.0m×1.5 m×4.5m，微孔曝气器共54套，有效容积为108m3,停留时间为10.8h，设计BOD5容积负荷0.25kg/(m3·d)，DO控制在2～3mg/L。
(8)二沉池：内置斜管填料，尺寸为4.5m×2.0m×4.7 m，设计流量10 m3/h，表面负荷1.1m3/(m2·h)，沉淀时间约1h，有效水深4.4 m，出水回调pH6～9。
(9)污泥浓缩池：尺寸为2.5m×2.5 m×2.5m ，超高0.5 m，总有效容积15.6 m3。污泥通过螺杆泵进入板框压淲机(S=28 m2)进行脱水。
3 调试与运行
1) UASB池调试：工程安装完成后，开始进行污泥培养，污泥采用城市污水处理厂剩余污泥。UASB池投加牛粪当作菌种，控制碳、氮、磷比例在200：5：1，用NaHCO3调节pH。调试过程中的悬浮污泥从塔顶排出，三个月后，当悬浮颗粒污泥开始形成时，慢慢提高进水浓度，同时增加进水量龙源期刊，进行污泥驯化。
2) A/O池调试：先调节A/O池碳：氮：磷=(200～300)：5：1，连续闷曝24h后静止2 h，排掉池中的悬浮物，再补充营养液进行污泥培养。10天后填料表面开始挂膜，继续加入营养液并间歇补充生活污水，控制好DO和pH等条件。25天后观察膜上有微生物出现，继续培养30天后出现钟虫、草履虫、轮虫、线虫等微生物，且手摸膜有黏性、滑腻感，说明生物膜已经成长。此后开始进行污泥驯化。
3)废水处理：生化调试成功后开始进行废水处理。经过铁炭的微电解作用，可把大部分有机磷氧化分解成无机磷，出水调节pH，并加石灰水，磷去除率可达90%。再通过光催化氧化作用，废水的可生化性大大提高。经过八个月的调试运行，出水达到了GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。运行结果见表2、表3。
表2调试期间的运行结果
Table 2 The result in debugging
|
采样时间 （运行稳定后） |
CODCr（mg/L） |
BOD5（mg/L） |
NH3—N（mg/L） |
总磷（mg/L） |
||||
| 进水 |
出水 |
进水 |
出水 |
进水 |
出水 |
进水 |
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月份主要工艺段运行结果
Table 3 The main running result inDecember
|
#FormatImgID_1# |
CODCr |
BOD5 |
NH3-N |
总磷 |
||||||||
|
进水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
进水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
进水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
进水 Mg/L |
出水 Mg/L |
去除 率% |
|
|
调节池 |
12890 |
－ |
－ |
3472 |
－ |
－ |
118 |
－ |
－ |
664 |
－ |
－ |
|
铁炭氧化池 |
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 经济分析
工程总投资约220万元，日处理水量150m3/d，运行费用8.7元/吨。具体费用见表4。
表4 废水处理费用
|
电费 |
人工费 |
药剂费 |
|||||
|
45 KW |
3人 |
PAM |
PAC |
H2O2 |
石灰 |
液碱 |
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 |
|
废水处理费用：8.7元/ m3 |
|||||||
The wastewater treatment cost
table45 结论
4) 利用铁炭微电解+光催化氧化+生化工艺处理高有机磷废水是可行的，且运行稳定，运行费用相对较低，出水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准。
5) 采用铁炭微电解+光催化氧化对废水进行预处理具有处理效率高，对提高B/C比和后续的生化处理有很好的作用。
6) UASB塔去除化工废水中的COD 具有耐冲击负荷强、去除效率高、占地面积小等优点。
6 存在问题
7) 铁炭寿命问题：随着运行时间的延长，Fe3+不断损耗，铁炭板结，COD去除率下降，影响到其后处理单元的效果。
8)污泥问题：由于工艺中石灰是除磷的关键药剂，石灰投加不足则降低除磷效率，投加过量又产生大量污泥，增加污泥处理成本。
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