浅谈上海化学工业区污水处理厂处理工艺设计及其控制

浅谈上海化学工业区污水处理厂处理工艺设计及其控制作者：钱月琴[2006-03-05]摘要：上海化学工业区污水处理场（简称WTP）接纳的污水组成成份复杂，排放的不确定性因素较多，浓度和负荷变动幅度大，但污水基本属可生化处理的，因而采用SBR/LD-PACT工艺，以适应和满足运行方式灵活、应变能力较强、出水达标率较高的要求。SBR/LD-PAC工艺，由上海石化环境保护研究所开发的低剂量粉末活性炭处理工艺（LD-PACT），并结合序批式反应器（SBR）的基本工艺路线，使废水处理达到最满意的处理效果。关键词：处理工艺；SBR/LD-PACT工艺；废水处理上海化学工业区(简称SCIP)是上海市市级工业区，其开发建设是化工产业结构调整的战略部署，是市业实现可持续发展的重大决策，也是环境综合整治的战略转移。化工区总占地面积为23.4平方公里，其中一期工程占地10平方公里，一期工程分二阶段建设，第一阶段的生产装置将是陆续建成投入使用，在2002年先期投产的项目有高化20万吨/年苯酚丙酮装置，天原化工的PVC装置，拜耳公司的双酚-A装置和多聚异氰酸酯装置。根据国家环保“三同时”的政策规定，为了满足先期投产项目的生产废水、生活污水的处理达标排放，需同期建设相应的SCIP污水集中处理场（WTP），并在2002年12月建成投入生产运行，为SCIP“持续、快速、安全、健康”的发展要求提供保障。1水量水质状况及分析1.1水量状况各生产装置工业污水水量的分布状况见表1-1。表1-1各生产装置的工业污水水量状况表生产装置名称污水量（m3/h）*百分比（%）高化苯酚丙酮157.478.7天原PVC25.012.5拜耳双酚-A17.08.5拜耳多聚异氰酸酯0.50.3合计199.9100.0*未计算初期雨水量。除上述工业污水4800m3/d（199.9m3/h）外，估计施工期生活污水量约为500m3/d（按每套装置500人×50升/人.日×20套装置同时施工计），再考虑到其它不确定因素及初期雨水，并预留适当的余量，本装置的生产规模确定为日处理量7000m3。1.2水质状况及分析排入上海化学工业区污水场的各装置的排放废水，其主要污染物状况见表1-2、表1-3。表1-2工业污水各污染物量排放分布状况（排放标准有明确规定）装置高化苯酚丙酮天原PVC拜耳双酚-A拜耳多聚异氰酸酯合计计算的平均混合浓度(mg/L)项目排放量m3/h157.425.017.00.5199.9CODCrKg/h94.0013.0753.9100.075/18.300111.060/129.285555.58/646.75%84.611.83.50.1100BOD5Kg/h36.453.7252.9070.028/6.66043.110/49.742215.66/248.83%84.68.66.70.1100石油类Kg/h0.0060.0670.0740.37%8.191.9100苯酚Kg/h0.4050.0090.4142.07%97.82.2100悬浮物Kg/h1.8000.5952.39511.98%75.224.8100氨氮Kg/h0.4900.4902.45%100100甲醛Kg/h2.162.16010.81%100100甲醇Kg/h2.700.7483.44817.25%78.321.7100苯Kg/h0.0110.0110.055%100100表1-3工业污水各污染物量排放分布状况(排放标准无明确规定)装置项目高化苯酚丙酮天原PVC拜耳双酚-A拜耳多聚异氰酸酯合计计算的平均混合浓度(mg/L)排放量m3/h157.425.017.00.5199.9丙酮Kg/h16.201.3917.5988.01异丙苯Kg/h1.081.085.40CHPKg/h0.540.542.70DBNAKg/h0.540.542.70APKg/h0.540.542.70轻酮类Kg/h1.621.628.10羟基酮Kg/h54.0054.00270.14甲异丁酮Kg/h0.0090.0090.045双酚-AKg/h0.0090.0090.045乙酸丁酯Kg/h0.01/2.350.01/2.350.05/11.63乙酸乙酯Kg/h0.026/6.400.026/6.400.13/31.02新戊酸和催化剂Kg/h0.003/0.550.003/0.550.015/2.75尿素Kg/h0.005/1.100.005/1.100.025/5.50Na2SO4Kg/h264.60264.601323.66从表1-2和表1-3初步可以看出，在WTP进水中,无论是污水量还是各种污染物数量均主要来自高化苯酚丙酮装置。从排放的污水量角度而言，苯酚丙酮装置占全部四套装置排水量的78%,是WTP的主要污水来源。从污染物总量角度而言，苯酚丙酮装置同样占全部四套装置排放污染物总量的绝大部分，其中对排放标准有明确规定的CODCr、BOD5各占全部总量的72.9%和84.6%，甲醇为78.3%，苯酚为97.8%,甲醛为100%。此外，在排放标准中无明确规定的污染物，如丙酮、异丙苯、CHP、DBNA、AP、轻酮类、羟基酮等几乎都来自苯酚丙酮装置。1.3进水水质的可处理性初步分析对于污水中的若干主要污染物，根据有关资料提供的可氧化性和可吸附性状况见表1-4。表1-4若干污染物的可处理性分析*序号污染物分子量溶解度(%)可氧化性可吸附性BOD5(mg/mg)CODCr(mg/mg)原水浓度(mg/L)去除率(%)活性炭吸附容量(g/g)1苯酚94.06.72.003.20100080.60.1612甲醛30.0∝0.33～1.061.0610009.20.0183甲醇32.0∝0.76～1.121.4210003.60.0074苯79.10.070～1.201.6041695.00.0805丙酮58.1∝0.31～1.631.63～2.00100021.80.0436乙酸乙酯88.18.700.29～0.86/100050.50.1007乙酸丁酯116.20.680.15～0.52/100084.60.169*参考有关资料的数据,可供参考从表1-11可以看出，按业主和各企业单位提供的排放水水质资料，若各污水达到完全混合状态，平均计算浓度为:CODcr=550～650mg/LBOD5=220～250mg/LBOD5/CODcr≈0.39按一般的经验判断，污水的BOD5/CODcr比值≥0.3，可认为是可生化的，本工程排放的污水BOD5/CODcr≈0.39，采用生化处理工艺应当是可行的。从表1-2和1-3可以看出，本工程排放污水中的若干主要污染物，如苯酚、甲醛、甲醇、苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等均具有不同程度的可氧化性。至于羟基酮、轻酮类、CHP、DBMA、AP等因具体名称不详，无从查证，但从其功能基因可以看出：酮基、羟基的生化反应活性在有机物各基因生物降解排序中名列前茅，可通过生物降解生成酸类，再通过有机酸的β-氧化和三羧酸循环等途径最终生成CO2和H20，并提供生物活动所需的能量。从表1-4也可以看出，本工程排放污水中的若干主要污染物均可由活性炭不同程度吸附，其中活性炭对于苯、苯酚、乙酸乙酯、乙酸丁酯等吸附状况均较好，对于这一特性也可以在选择污水处理工艺中加上充分的利用。2处理工艺2.1PACT工艺简述低剂量粉末活性炭处理工艺（LowDose-PowderedActivatedCarbonTreatmentProcess），简称LD-PACT。本工艺沿用PACT工艺基本图式，按我国国情和条件，由上海石油化工股份有限公司环境保护研究所开发，具有LD-PACT技术软件包支持的废水处理专用技术。低剂量粉末活性炭处理工艺(简称LD-PACT)为上海市科技成果,登记号931900674，登记日1990年07月。在反应池中，活性炭（PAC）与活性污泥结合，有效增强废水的处理效果，其有关参数见下：（1）1克PAC储氧能力500-700mg可吸附20-200mgCODcr（2）[PAC-AS]絮体直径可达100-400µ，沉降性能显著改善（3）脱水性能有很大改善:比阻[AS+PAC][AS],降低22-56%,过滤产率[AS+PAC][AS]提高14-52%（4）COD绝对去除量:[AS+PAC][AS]+[PAC][AS+PAC]=（1.19～1.34）[AS][AS+PAC]=（1.38～3.46）[PAC]（5）反应速率常数K:[AS+PAC]=2.33[PAC][AS+PAC]=1.40[AS]2.1SBR/LD-PAC工艺SBR/LD-PAC工艺，由上海石化环境保护研究所开发的低剂量粉末活性炭处理工艺（LD-PACT），并结合序批式反应器（SBR）的基本工艺路线，使废水处理达到最满意的处理效果。在SBR生物反应器中投加活性炭后可利用PAC在进水阶段的吸附作用，从而使混合液中有毒难降解污染物浓度减少，减轻对生物的抑制作用；在反应阶段，被PAC吸附的有机物通过生物解吸，降解后得以有效去除，同时PAC再生；在沉淀闲置阶段，PAC进一步再生后仍保持一定的活性；PAC本身也为生物的生长提供很大的空间，从而提高SBR池内污泥浓度；PAC表面是高浓度基质、高浓度氧和高浓度污泥三相共存体系，为生化反应创造了优越条件，PAC与污泥之间存在良好的相互作用，增大了基质的利用率，延长了泥龄，从而提高了处理负荷和处理水质；PAC与活性污泥结合，是絮体直径增多，从而提高污泥沉降性能，并且也增强了污泥的脱水性能。因此，上海化学工业区污水场采用SBR/LD-PAC工艺，可以预见取得很好的处理效果。2.2工艺流程上海化学工业区7000m3/d污水处理装置工艺流程,详见图6-1:上海化学工业区7000m3/d污水处理装置工艺流程图。图6-1:上海化学工业区7000m3/d污水处理装置工艺流程图2.3主要构筑物及工艺参数主要构筑物是调节池、酸化池和SBR池。调节池和酸化池合建。它们的设计参数见下表2-1和2-2。表2-1调节单元主要工艺参数项目工艺参数酸化池有效容积25m*17.5m*4m（有效水深）停留时间10小时组合填料1750m3混合调节池(苯酚丙酮装置污水进入)有效容积25m*17.5m*4m（有效水深）停留时间10小时调节池(全部进水)混合有效容积50m*17.5m*4m（有效水深）停留时间10小时表2-2SBR主要工艺参数一览表项目主要参数进水COD（mg/L）C0=700出水COD（mg/L）Ce=100COD去除率（%）η=85.7SBR反应池SBR总容量（m3）VT=14400座数（座）n=3每座SBR容量（m3）V=4800（75*16*4）充水比1/21/4每座SBR进水量（m3）24001200周期运行时间整个运行周期所需时间（h）T=(Tf－Tf’)+Ta+Ts+Tdw+TuT=24T=12进水时间Tf（h）21充水同时曝气时间Tf’（h）0～20～1加强曝气时间Ta’（h）64曝气持续时间Ta（h）148排泥时间Tds（h）1～31～2沉淀时间Ts（h）31.5排水时间Tdw（h）31闲置时间Tu（h）20.5曝气时间比Ta/T0.580.67PAC投加量（以进水量计）（mg/L）InfPAC20InfPAC15混合液污泥浓度（g/L）MLSS=3.5MLSS=5.5SVI（ml/g）≤150PAC浓度（g/L）0.802.2负荷COD平均容段负荷（kgCOD/m3池）0.300.15COD平均污泥负荷（kgCOD/kgSSŸd）(F/M)re=0.15(F/M)re=0.083工艺控制为了使污水处理装置达到设计要求，确保出水指标符合国家排放标准，需对影响处理结果的因素进行控制。3.1进水水质为保证整个污水处理系统正常有效地运行，保证污水处理厂的出水达标排放，在化学工业区的统一管理下,各工厂或装置的污水必须达到接管标准后才允许排入污水处理装置。在正常情况下，即各工厂或装置的污水均达到接管标准后排入污水装置，此时：（1）生