化工废水生化处理节能示范论文
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化工废水生化处理节能示范论文
摘要:检验一个国家和地区化工业现代化水平和管理技术高低的
重要标志就是化工废水处理技术水平,在迈向化工业发展更为广阔
的时期,更应发挥化工废水处理技术的价值,使化工废水处理技术
更好地为化工业生产做好保驾护航工作。并注重化工废水节能处理
的研究,实现水资源的可持续发展。
关键词:化工废水;生化处理;节能示范
前言
随着社会和经济的发展,化工废水量日趋增大,污染物组成更加
复杂,处理难度也不断增加。单一的废水处理方法均存在一定的局
限性,不能满足废水处理达标的要求。要实现综合化工废水的综合
治理,在今后的发展中,应重视发展多种处理技术的联用。
1我国化工废水的来源和特点
化工废水的主要来源有以下几个方面:化工生产原料;特定生产
工艺过程中排放的废水;生产过程中产生的副产物;冷却水;由于
原材料和产品在生产过程、运输和贮存中存在物料流失或者由于雨
水浸蚀而形成的废水。综合化工废水中通常还有大量无机和有机污
染物,其中主要污染物及水质特点见表1。
由于化工产品多种多样, 生产工艺各不相同,特别是有机化工
废水中含有大量人工合成的有机化合物,因此化工废水污染性很
强,难以降解。综合化工废水水质一般具有以下特点:
(1)含有大量有毒或难降解物质,可生化性差。在综合化工废
水的有机污染物组成中,很大一部分为多环芳烃、杂环类化合物、
有机染料,以及有机氰化物等,这些有机物化学结构稳定,自然界
微生物没有能分解破坏其化学结构的酶系统。
(2)组分复杂。很多化工园区的综合废水集结了焦化、纺织印
染、医药、石油化工等多种行业的工业废水,由于不同行业生产原
料和工艺过程不同,综合化工废水中有机污染成分十分复杂。
(3)含盐量较高。部分综合化工废水中盐的质量分数不小于1%。
高盐度会对生物活性造成很强的抑制作用,影响有机物的降解,甚
至引起生物系统的崩溃。
(4)水质、水量不稳定。大多数化工企业排放的废水水质和水
量不稳定,不利于废水处理工艺的稳定运行。
2化工废水生化处理节能示范工程
2.1工程概况
某节能示范工程的化学废水处理规模将扩增为4000m3/d,要求处
理合格后达到《污水综合排放标准》一级限值后排放。项目废水水
质特征为高盐(NaCl 0.04~1.5% wt)、难降解(B/C 0.02~0.1)、
高有机物(TOCl400~2000mg/L、CODCr l500~8 000mg/L)、高氨
氮(TKNl100~400mg/L、NH3-Nl50~250mg/L)有毒(含氰化钠、
氯吡啶等多种有毒化合物)。
示范工程项目采用分类治理策略:对于高浓度度有机废水采用绿
色化学方法预处理降低生物毒性,低浓度废水与经预处理之后的高
浓度废水混合后经厌氧共代谢,逐步提高可生化性并降解的同时实
现零剩余生化污泥,节能示范工艺流程图见图 1。
与生活污水处理厂不同,化工污水由于污染负荷较高、成分复杂
且难降解成分较多,化工污水处理厂运行成本非常高,节能需求较
迫切。主要工艺、设备、仪表的正常运行是节能降耗优化运行的先
决条件。在工程建设之前,项目对化工行业主要工艺、设备、仪表
状况进行了全面调研,现场调研对象均为国内行业产值前二十的工
业企业或工业园区污水处理厂。
2.2曝气风机选择
生活污水处理厂鼓风机的能耗占总能耗比例较大,约占到整个污
水厂能耗的 40%~60%。选择高效、节能的鼓风机对污水处理厂的
投资大小和运行管理费用具有重要的意义。国内化工污水处理厂现
场相关风机比功率数据对比见表2。考虑到项目投资、占地、运行
功耗、维护成本、折旧成本,本项目最终选择的曝气风机为磁悬浮
离心式鼓风机,其节能的主要原因为高速永磁同步电动机在无机械
摩擦的情况下最高转速可达20000rpm以上。
2.3曝气方式选择
国内大型化工污水处理处理厂的曝气方式有射流曝气、微孔曝气
(板式曝气、盘式曝气、管式曝气)等。国内化工污水处理厂曝气
方式参见表3。项目采纳的方案为磁悬浮风机+板式曝气方式。虽然
未采纳磁悬浮风机+射流曝气方式,但射流曝气的优点是可实现不
停机检修(不排水检修),工程实施中也同时预留了未来改造的工
程接口。相对而言,管式曝气器、盘式曝气器较劣于板式气器的主
要原因是板式曝气器曝气微孔分布更接近同一平面,有利于气泡在
曝气器表面均匀生产。
2.4曝气水深选择
根据 Danckwerts 的表面更新理论,微孔曝气在气泡产生与破灭
瞬间传质速率更高。风机的功耗主要用于克服静压水深,其次为风
阻。在确定容积负荷的前提下,不同曝气水深选择对污水处理厂占
地面积影响较大。国内化工污水处理厂 不同曝气水深功耗见表4。
某厂家不同型号罗茨鼓风机不同风压条件下风机功耗见表5。若从
功耗消耗来讲,选择的水深越小越利于节约能耗。考虑到项目占地
面积限制,项目最终选择的曝气水深为6m。
2.5污泥截留方式选择
目前污泥截留方式主要有二沉池沉淀、膜生物反应器(MBR)截
留二种方式。从调研的情况来看,膜生物反应器目前在化工行业已
应用已经逐渐多起来(多为改造项目),但具体运行的效果并不佳。
目前国内化工企业已成立多年,企业内部在不同时期建有多套不同
装置可供比较。对于新建项目,直接通过MBR出水满足标准的较少,
后续仍需深度处理。对于改造项目,MBR出水与二沉池出水对比有
一定改善,但改善主要来自对胶体以及悬浮物的截留。对于MBR 具
有增加污泥浓度和延长污泥停留时间的功效,项目选择采用复合接
触氧化方式(混合污泥与接触氧化并用)解决,实际运行期间混合
污泥浓度为4600~5800mg/ L,考虑到填料表面固定的污泥,实际
污泥浓度接近甚至高于MBR运行推荐污泥浓度8 000~10000mg / L。
对于膜生物反应器截留胶体以及悬浮物,本项目选择后接气浮工艺
予以解决。相比淹没式膜生物反应器运行在膜清洗功耗0.3~
1.6kw·h /m3,后接气浮工段功耗为0.102 kw·h/m3,能耗节约明
显。
2.6生化污泥处置方式选择
根据《国家危险废物目录》,本项目生化污泥属于危险废物,处
置成本高达1600~3800元/t。行业内常见的处置方式为焚烧,需
额外添加较多辅助燃料。鉴于生化污泥本身的分子构成为C5H7NO2,
其主体仍为有机物,项目选择通过生化降解实现零剩余生化污泥排
放。化工废水生化剩余污泥以及化工废水本身难降解,通过传统的
生化处理方式难以实现。本项目选择大幅降低缺氧反硝化负荷,通
过共代谢方式将难降解的细菌胞外聚合物,以及难降解环状有机成
分降解为小分子化合物,后续通过好氧生化氧化降解。通过上述方
式,项目在达标排放的基础上在二期污水处理项目实现生化剩余污
泥零排放3年,三期生化剩余污泥零排放1年多。同时,通过监测
缺氧池有机物指标,通过缺氧共代谢方式有机负荷下降25%~30%,
并进一步下降相应曝气功耗需求。
2.7能耗对比
采用磁悬浮风机、板式曝气器、曝气水深6m、二沉池及气浮、强
化缺氧共代谢,项目能耗指标与行业内指标对比见表6。由于相关
污水处理项目进水污染负荷差异较大,表5中以单位降解污染负荷
消耗功率(比功率)作为主要对比指标,吨水功率作为辅助对比指
标。
3结语
检验一个国家和地区化工业现代化水平和管理技术高低的重要
标志就是化工废水处理技术水平,在迈向化工业发展更为广阔的时
期,更应发挥化工废水处理技术的价值,使化工废水处理技术更好
地为化工业生产做好保驾护航工作。并注重化工废水节能处理的研
究,实现水资源的可持续发展。
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