张俞
江苏南大环保科技有限公司
摘 要：化工生产排放的废水成分通常较为复杂，给废水处理带来了较大难度，需要采用多种技术实现综合治理。结合综合废水处理工程的具体实例，在分析废水水质和工艺流程的基础上，对废水处理采用的蒸发结晶、树脂吸附工艺、氧化沉淀、保温防冻等关键处理技术展开分析，期望能够为类似的综合废水处理工程设计提供参考。
关键词：综合废水处理；蒸发结晶；树脂吸附；氧化沉淀；保温防冻
引言
化工生产用水量巨大，但同时排放的废水也较多，并且其中有害物质含量较高，直接排放至自然环境中容易造成严重污染。由于废水成分复杂，在处理上多采用综合废水处理技术，包含水解酸化、氧化、混凝等多个技术单元，未能得到科学合理的设计与处理将造成出水水质不达标或波动大，无法满足工艺生产的要求。因此，还应加强综合废水处理技术应用研究，通过进行系统性梳理，使综合废水处理工程得到科学设计，从而实现理想的废水处理效果。
1 项目概况
此综合废水处理工程是针对某材料科技有限公司的生产废水进行处理，需要完成废水处理工艺、建筑、设备、电气、仪表及自控等各部分的设计。项目位于北方地区，地理纬度偏高，气候寒冷，环境季节性差异较大，生态脆弱。需要对生产废水、厂区生活污水等进行收集，然后利用污水处理装置处理，确保出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准要求。项目设计规模为1200m3/d，建设的废水站主要由收集系统、物化处理系统、蒸发前处理系统、生化处理系统、污泥处理系统和废气处理系统组成。
2 废水水质与工艺流程
2.1 废水水质
通过现场采样检测可以发现，需要处理的废水进水条件复杂，包含COD、BOD、苯酚、氨氮等多种污染物，成分复杂而且浓度较高。分析原因得知，公司主要从事溴化聚苯乙烯等阻燃剂原料和水杨酸相关产品的生产，导致大量溴化物、水杨酸、酚类有机物及高盐分在废水中残留。废水成分较多，属于高盐高有机废水，处理难度较大，需要采用综合废水处理技术保证出水水质稳定达标。如表1所示，为工程废水进出水水质设计指标。
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2.2 工艺流程
从工艺流程上来看，各股废水分别收集单独预处理。水杨酸废水采用树脂吸附工艺，将水杨酸等原料得到有效回收，大幅降低水中有机含量，再通过蒸发系统进行除盐。含溴高盐废水同样采用蒸发结晶技术去除水中溴化钠等物质，降低水中盐分。除盐后的废水再与其他低浓度废水一起进入综合处理系统进行处理。首先利用微电解+芬顿强氧化工艺作为预处理措施，分解难以降解的有机物，然后进入生化系统利用微生物的新陈代谢活动来降解剩余有机物。通过多级控制和梯度消减，能够使废水中的毒害污染物得到有效清除，保证出水水质稳定，而排出的污泥和废气将利用相应的处理系统进行处理。
3 综合废水处理关键技术
3.1 树脂吸附
水杨酸废水中含有大量的水杨酸及挥发酚，为实现资源回收，同时降低工艺处理成本，采用了树脂吸附工艺。吸附采用的树脂为高分子材料，具有较强的吸附能力，能够使难降解的复合有机污染物得到有效治理，并通过回收实现资源化利用，处理含有高浓度水杨酸的废水并减少资源浪费。根据有机物分子结构进行吸附树脂设计，使树脂拥有合理的物理和吸附结构，能够利用分子间作用力，从废水中有选择性的吸附有机物[2]。在工程设计中，选用了特种大孔吸附树脂，配合采用洗脱再生药剂对水杨酸进行资源化回收，使水中污染物浓度得到有效降低。废水经过吸附树脂，只需停留10min就能完成大容量交换，确保有机成分得到迅速去除。
3.2 蒸发结晶
不同于常规废水处理工艺，此工程采用了蒸发结晶技术进行废水处理。含溴废水中溴离子浓度较高的情况下，首先需要对含溴废水pH进行调节，将溴离子转化为溴化钠盐；然后再进入蒸发装置，在水分蒸发过程中，盐分将逐渐达到饱和状态，使溴化钠结晶盐产生。而当水蒸气经过冷凝后，可以进入到后续工艺阶段进行处理。水杨酸废水同样需要采用蒸发除盐的方式进行处理，虽然经过树脂吸附后大部分挥发酚被去除，但其中依然剩余大量有机物，COD浓度较高。为了保证蒸发器正常运行，应在蒸发前对高盐废水进行预处理，即采用芬顿强氧化工艺降解有机物，以减少高浓有机物对蒸发器运行产生的影响。
在工艺装置的选择上，考虑到生产能耗问题，需要选用MVR蒸发装置。该装置为机械蒸汽再压缩蒸发器，能够将蒸发器产生的二次蒸汽利用压缩机压缩，在热焓值等指标得到提高后，仅需补充少量新鲜蒸汽就能够使电能损耗得到降低[1]。蒸发1t水，只需要消耗20-30kW·h电能，并且能够实现不间断蒸发和全自动控制，保证水质稳定，能够满足工艺生产需求。
3.3 微电解+芬顿氧化
经过树脂吸附和蒸发除盐后的废水与其他低浓度废水混合后，废水中依旧可能存在酚类、苯类等难降解物质，需要进行再一次的物化预处理，本项目综合废水采用了微电解+芬顿氧化+混凝沉淀组合工艺进行预处理。废水进入微电解反应床后，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应，使铁变为二价铁离子进入溶液。铁和碳组分构成微小原电池两端电极反应生成的产物，具有很高的化学还原活性。在偏酸性的废水中，电极反应产生的新生态H能与废水中的有机物和无机物组分发生氧化还原反应，使废水中的高分子物质开环断链。然后进入到芬顿反应区，以过氧化氢为强氧化物质起到氧化剂作用，微电解产生的二价铁离子作为催化剂，产生一些列强氧化反应，生成的羟基自由基(·OH)具有很强的氧化能力，仅次于氟且是一种非选择性的氧化剂，可以氧化各种有机物和无机物，氧化效率高、反应速度快，具备较强的有机污染物去除能力[3]。经过处理的废水将进入混凝沉淀池，投加液碱调节后达到中性；然后投加适当PAC和PAM产生混凝反应后，絮体静置沉淀，污泥收集进入到污泥池。沉淀池上层清液将进入生化系统进一步处理，通过发挥微生物群的功能，使各类污染物得到去除，最后使得出水达到规定的排放标准。
3.4 生化处理系统
本项目的生化系统设置的是水解酸化+AO的组合工艺，其中水解酸化的作用是利用厌氧、兼氧微生物降解有机物，使大分子、难降解有机物转化为小分子、可降解的有机物，使之成为可被好氧微生物利用的有机物，而水解酸化内部的厌氧菌，也可以降解大量小分子有机物。此组合工艺运行稳定，操作较为简单，有较大的耐冲击负荷能力，近年来在处理工业废水上得到广泛应用。同时本项目水解酸化池前还设置了预水解酸化池，预水解酸化池内设置搅拌机和温度提升装置，不仅具有调节水质和水量的作用，还能调节水温。
针对废水中的总氮、氨氮等污染物及排放要求，生化系统的功能在去除有机物的同时要实现脱氮，故本项目生化系统主体工艺采用的是一体化AO工艺，同时系统中的缺氧段除了用于脱氮外，还可以作为生物选择区，避免因单一碳源（甲醇）而引起的污泥膨胀。好氧池曝气系统进行分块设计，可根据实际运行的来水情况，好氧池通过曝气阀门调节，能够根据具体需要，实现部分好氧池灵活转变为缺氧池，以提升总氮的去除效果。
3.5 保温防冻
考虑到此项目所在区域气候寒冷，而废水需经过多个处理单元，在利用管道进行废水输送过程中还应加强保温防冻设计，以免因管道发生堵塞出现意外情况。在管道保温工程设计上，针对各废水处理单元展开分析，在房屋建筑和水池构筑物上采取保温措施，尽可能在室内进行各种水处理设备的安装布置，解决设备的保温问题。而对于必须要在室外布置的设备和管道，更应做好保温。具体来讲，就是对除曝气风管及冻土以下的埋地管道进行外部保温或实现电伴热设计（除蒸汽管）。采用聚氨酯泡沫发泡材料，可以在管道和设备外部进行保温隔热层的包覆，确保废水在冬季气温较低的情况下依然能够在设备和管道中正常流动。对于除蒸汽管以外的水泵和管道，可以适当配置电伴热装置，通过加热从而避免管道和水泵设备上冻。在实际设计过程中，由于生化系统部分单元需要在室外布置，还应在生化系统前端增设蒸汽加热装置，确保水温足够，能够使生化系统中微生物和酶活性得到维持，以确保综合废水工程能够始终保持高效运行，继而保障出水水质的稳定性。
4 结论
根据综合废水处理工程的运行效果，连续进行6个月的水质监测，COD、TP等出水水质指标达标率能够达到99%以上，在进水条件复杂的情况下，综合出水水质远超当地园区污水厂接管要求，因此说明此综合废水处理工程取得了较好的处理效果。由此可见，结合废水水质情况和工艺流程，科学合理的选用综合废水处理技术，能够顺利有效的解决废水处理问题，使得经济发展与生态环境相协调。
参考文献：
[1] 晏欣茹，杨鑫，寇朝峰. 污水处理技术在综合能源领域的应用[J]. 中国资源综合利用，2020，38(09：196-198.
[2] 董文博. 印染废水综合净化技术研究[D]. 大连海事大学，2020.
[3] 赵艺. 煤化工企业废水综合处理技术应用分析[J]. 山西化工，2018，38(02)：177-178+186.