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化工行業廢水臭氧處理工藝
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 化學工業廢水的來源及特點

  化學工業的產品種類繁多,應用到工農業生產和社會生活的各個領域。化工生產是指通過化學反應將原料轉變成產品,以及采用蒸餾、萃取、汽提、濃縮、洗滌等方式將產品分離或提純的工藝流程。化學原料和化學品生產過程中一般都會排放廢水,廢水的性質根據生產原料、產品以及所用生產工藝的不同而呈現很大的差別。在我國,化工行業是水污染物排放量較大的行業。化工廢水的來源主要包括以下幾個環節。

  (1)生產過程中排放的廢水或廢液 原料或中間產品中的有用組分被分離提取以后,廢液一般隨水排出,生產過程的其他一些環節也會排放廢水,這類廢水污染物濃度高,不易生物降解,有的還有毒性,對水體危害大。

  (2)洗滌廢水 生產過程中清洗管道、設備的洗滌水,這類廢水一般污染物濃度較低,但水量較大,污染物的排放總量也較大。

  (3)地面沖洗水 地面沖洗水主要含有散落在地面的溶劑、原料、中間體和生產成品。這部分廢水的水質水量往往與管理水平有很大的關系,當管理水平較差時,地面沖洗水的水量較大,且水質較差,污染物總量會在整個廢水系統中占有相當的比例。

  (4)冷卻水 化工生產常在高溫的條件下進行,需要大量冷卻水,當采用直接冷卻時,冷卻水直接和物料接觸,排出的冷卻水就有較多的污染物;而間接冷卻時即使不與物料接觸時,由于水中加入清洗劑、阻垢劑、緩沖劑、殺菌劑等,排水也會造成污染,不宜直接排放。

  (5)設備和管道的跑、冒、滴、漏 化工生產和輸送的各個環節,由于設備和管道不嚴密,密封不良操作不當,設備腐蝕等原因,往往有泄漏現象。這些跑冒滴漏也直接或經沖洗地面等進入廢水。

  (6)工廠內的生活污水。

  化工廢水的特點主要有:

    廢水排放量大 生產中工藝用水和冷卻水用了很多,中小企業設備陳舊,清污難以分流,耗水量大,水循環利用率低。

  水質復雜且污染物含量高 化工產品生產的流程長,反應復雜,副產物較多,反應原料常為溶劑類的物質或者復雜結構的化合物,使得廢水中的污染物組分相當復雜,增加了廢水的處理難度。

  廢水中含有毒有害污染物 化工廢水中污染物多具毒性,例如重金屬、氰、酚、氟化物、有機氯、有機磷、蒽醌、萘系、硝基化合物、鹵素化合物、具有殺菌作用的分散劑或表面活性劑等,排入水體后會帶來嚴重的環境問題。

     多數化工廢水BOD/COD比值低,可生化性差。廢水中常見的難降解有機污染物包括鹵素化合物、硝基化合物、偶氮化合物、書銨鹽及季銨鹽化合物以及某些雜環化合物等。

  廢水中鹽分含量高 如染料、農藥制品生產中的鹽析廢水和酸析、堿析廢水經中和處理后形成的含鹽廢水,廢水中過高濃度的鹽分對微生物有明顯的抑制作用。

  一些化工行業廢水色度非常高 染料、顏料等廢水的色度一般均在幾千甚至數萬倍,有色廢水可以阻截光線在水中的通行,從而影響水生生物的生長,以及抑制由日光催化分解有機物質的自然凈化能力。主要化工行業廢水種類及主要污染物見下表:


  一、 化工行業---化學氯丁橡膠廢水傳統工藝處理工程實例

  1、工程概況

  我國氯丁橡膠的生產一般采用電石乙炔法,在生產過程中產生大量高濃度有機廢水,毒性較大,含有乙炔、乙醛、氯丁二烯、苯、氯苯、銅等有害物質,是一種污染嚴重、處理難度較大的工業廢水。

  山西~~~氯丁橡膠企業每天排放大約16000m³的工業廢水和生活污水,是該地區污染大戶之一。本工程主要處理氯丁橡膠生產廢水,為改擴建項目,由清潔生產工程、廢水處理工程、再生回用工程三部分內容組成。其中廢水處理工程在原廢水處理設施南側預留地進行改擴建;再生回用工程在原有涉水的基礎上進行改擴建。工程于2007年投產運行,廢水處理與回用工程設計規模為1.6×104/d,處理后出水要求達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級標準。

  2、傳統處理工藝

  生產工藝及水質

  該企業采用電石乙炔法生產氯丁橡膠,在生產過程中產生的廢水由有機廢水、無機廢水、電石渣上清液及廠外生活污水等組成,水質波動較大,水中主要污染物除常規的COD、BOD、懸浮物外,還包括有毒有害特征污染物如氯丁二烯、二氯丁烯等難生物降解有機物,以及Cu、Hg等重金屬物質。本工程廢水處理設計規模16000m³/d。設計進水水量水質情況見下表:

  傳統處理工藝

  本工程改造之前的處理設施主要存在以下問題:1調節池水位恒定,只能起到均質作用,無水量調節能力;2水解工藝中,原設施將水解工藝用于含氫類為主的、溶解性的、容易生化降解的有機廢水,工藝缺乏針對性,效果有限;3接觸氧化工藝為典型的生物膜法,由于溶劑負荷較高,停留時間不足,不適于處理難以生化降解的有機物,因此,原設施選用接觸氧化工藝作為生化處理的主體工藝是不適合的。另外,通過技術經濟比較發現,在本工程中采用接觸氧化法于采用活性污泥法相比,其投資、能耗、運轉費均高出約30%。

  根據原設施多年運行情況和兩次改擴建的經驗教訓,以及從技術、經濟等各方面驚喜綜合考慮,改擴建時采用了三段活性污泥系統替代原有的水解酸化+接觸氧化系統作為廢水處理的主導工藝。實際運行結果證明,經三段活性污泥處理后廢水COD可降至100mg/L左右,pH值控制在6-9的范圍內,可以做到外排廢水無異味,能夠進行回用,對實現水資源可持續利用起到了重要的作用。

  3、傳統處理工藝流程

  由于本工程為改擴建項目,設計中要求最大限度地利用原有設備、設施,盡量減少工程費用,降低運行成本。對原有設備、設施進行參數校核,根據需要進行改造,以滿足新的工藝要求。

  廢水處理工程總平面布置是在原設施基礎上經過重新設計形成的。

  有機廢水、無機廢水、水泥廠廢水均由各自的提升泵提升到調節池,再由進水泵提升到前混凝沉淀池,出水靠重力流至一段活性污泥池、二段活性污泥池、三段活性污泥池、終沉池、集水池。再經過濾加壓泵打入過濾罐,過濾出水利用余壓進入生物炭池,出水自流進入1#、2#回用水池。1#、2#回用水池中的水分別經回用水泵送到各回用水點,多余的處理水溢流外排。

  4、工程運行情況

  改造工程自2007年底運行以來,出水穩定,處理效果得到明顯改善,時間運行出水COD低至50mg/L左右,去除率可達到95.5%,出水達到要求的排放標準。

  二、化工行業廢水新型臭氧生化處理工藝(簡稱OAO工藝)介紹


  1、臭氧同步污泥減量技術:在廢水處理工程中,剩余污泥處理和處置問題的日益突出使得污泥減量技術成為研究的熱點。在目前國內外研究的污泥減量技術中,利用臭氧同步對隱性生長的污泥減量,取得很好的效益。該技術由于其破解效率高、不產生毒副作用,只產生少量的污泥等特點,不僅降低了設備采購成本、減少了工程占地面積,運營成本也降低10---20%,所以,很快便被應用于水處理實踐。

  臭氧具有強的殺傷力,它能夠滲入細胞壁從而破壞細菌有機體鏈狀結構導致細菌的死亡,細胞溶解釋放有機物質到水中, 而這些自產底物可重新被用于生物代謝,這樣部分有機碳的重復使用將會導致污泥產量的減少。利用臭氧對剩余污泥進行破解,可以使污泥胞內外物質溶出進入液相,改變污泥特性。

  2、高級氧化法(Advanced Oxidation processible, 簡稱AOP)技術:目前,廢水處理最常用的生物法處理的缺點在于:對可生化性差、相對分子質量從幾千到幾萬的物質處理較困難,處理速度慢,耗時較長,因此處理效率較低。臭氧高級氧化法可將其其直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化性,同時還對環境類激素等微量有害化學物質的處理方面有很大的優勢。因此,廢水生物法處理的效率大為提高。

  水處理過程中以羥基自由基為主要氧化劑的氧化過程稱為AOPs過程,用于水處理則稱為AOP法。臭氧化學處理速度快,效率高。二者有機結合,可以極大提高污水的處理效率。不僅處理效果提高,而且單位時間的污水處理量大為增加,使污水處理工程小型化成為可能。

  3、臭氧閉環矢量控制投加技術:臭氧設備的選項以及臭氧投加量的精準控制是該技術的關鍵。普通的臭氧投加采用曝氣器或射流器等,需要設計較大的投加量,但利用效率卻很低,臭氧大量溢出,不僅污染環境,而且造成極大浪費。

  臭氧閉環矢量控制技術根據污水流量及需求量精準投加臭氧量,使臭氧產量與需求量達到精確匹配,既達到設計處理要求,又無臭氧溢出。這個過程,都在計算機的精準控制下進行。所以,該技術不僅能精確控制處理效果,而且使臭氧用量大幅減少。從而大幅降低了設備的采購成本和使用成本。

  4、OAO生化處理工藝占地面積:生物法污水處理工藝,由于其處理效果好,成本低的特點已經成為有機廢水處理的主體。但是,其仍存在一些不容忽視的缺點:耐沖擊負荷能力差、易發生污泥膨脹、構筑物占地面積大、基建投資多、運行條件要求高以及日常管理復雜等。

  近幾十年來。國內外學者對以上這些問題進行了不懈地探索和研究,開發了多種新工藝,使得生物法污水處理工藝朝著低投資、高效、節能的方面發展。OAO生化處理工藝,正是采用臭氧AOP技術,結合生物法污水處理工藝優點,很好的解決了傳統生物法污水處理工藝占地面積大、運行條件高、管理復雜等缺點,極大的提高了污水處理工程的效率。在保證相同處理效果的前提下,工程平面占地大幅縮小30---50%,高程降低30---50%。因此,工程造價大幅降低,且運轉更高效,節能。

  5、OAO生化處理工藝的運行管理:傳統生物法污水處理工藝因為其工藝特點,處理效果極易受污水組成成分、污水溫度、PH值、水力負荷、有機負荷等條件影響,所以運行管理對人員要求較高,并且實驗設備、檢測設備投入也較高。較高的日常運行管理成本會造成“買得起,用不起”的難題。

  OAO生化處理工藝相對簡捷,一次性投入低,后期運行維護費用低。采用OAO生化處理工藝小型化污水處理工程,僅需極少人員操作的工作量。

  OAO生化處理工藝的核心設備臭氧發生器及控制設備,臭氧的生產原料為空氣,單位時間用電成本低,后續投入極少。中合元核心技術的臭氧發生器,單位質量 (kg/h)的臭氧生產成本僅需10元/h。

  6、OAO生化處理工藝水質目標持續可達性:水質處理目標的可達性是污水處理工程的核心目的。同時,建設者還應考慮以下因素:

  科學性和合理性------尋求盡可能簡潔、高效、經濟、配置合理的技術途徑達到既定處理目標,充分借鑒國內外先進的相關工程經驗。

  可靠性------工藝應成熟可靠,能滿足長期穩定運行,系統風險性較小,故障率在可控范圍內。

  先進性------在保證可靠的前提下,應盡量開來采用新技術、新工藝、新設備來提高效率,降低消耗。

  經濟性------在預算內,應重點考慮節省投資,用地面積小,節省能耗運行費用低。

  可擴展性------應適當考慮未來發展對處理設施的要求,應首先考慮擴充容量成本較低,便于擴容的工藝。

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