叢濤泉， 李長(zhǎng)波， 趙國(guó)崢

(遼寧石油化工大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001)

0 引 言

隨著高校不斷擴(kuò)招以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，學(xué)生人數(shù)激增、科研實(shí)驗(yàn)增多，實(shí)驗(yàn)室廢水產(chǎn)生量也與日俱增，并且排放周期不定、水質(zhì)成分復(fù)雜。廢水中不僅含有洗滌劑、常用溶劑等有機(jī)物，還含有較多的酸堿、重金屬以及有毒有害物質(zhì)，且伴有許多新生物質(zhì)，性質(zhì)很難確定。我國(guó)大部分教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水均沒有進(jìn)行妥善處理而直接排放，對(duì)周邊河流水體污染極為嚴(yán)重[1-4]。

本文以某石油高校實(shí)驗(yàn)室為對(duì)象，分析其實(shí)驗(yàn)室廢水排放特征和水質(zhì)性質(zhì)[5-6]，提出了具體的工程設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，并形成了一套完整的實(shí)驗(yàn)室廢水處理工藝流程，希望能為我國(guó)石油化工類教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水處理提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)室廢水的種類

某高?；瘜W(xué)化工與環(huán)境學(xué)部現(xiàn)有化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)、化工仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)四大平臺(tái)，并擁有5個(gè)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和5個(gè)省級(jí)工程技術(shù)研究中心。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室廢水中所含主要污染物的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室廢水可分為有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水、無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水和微生物實(shí)驗(yàn)室廢水三大類。無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水主要含有酸堿、重金屬、重金屬絡(luò)合物、硫化物、鹵素離子、氰化物及其他無(wú)機(jī)離子等；有機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水含有常用的有機(jī)溶劑、有機(jī)酸、醚類、有機(jī)磷化合物、酚類、石油類、油脂類、多氯聯(lián)苯等物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室廢水按所含污染物的主要成分可分為酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含重金屬?gòu)U水、含酚廢水、鹵素類廢水等；微生物實(shí)驗(yàn)室廢水主要由生物實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)廢水、生物培養(yǎng)液、培養(yǎng)基和少量實(shí)驗(yàn)器具沖刷水[7-10]。

2 實(shí)驗(yàn)室廢水的工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程圖

工藝流程圖見圖1。

實(shí)驗(yàn)室廢水首先經(jīng)過細(xì)格柵(3mm)流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ，出水進(jìn)入吹脫浮油塔；表面活性劑和破乳劑經(jīng)投藥裝置加入吹脫浮油塔，分離出的氣體和油點(diǎn)燃；出水經(jīng)濕式氧化工藝處理；絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉等物質(zhì)與濕式氧化出水混合進(jìn)入沉淀池，出水完成物化處理，流入生化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)沉淀池Ⅱ；教學(xué)樓及生活區(qū)廢水經(jīng)10 mm細(xì)格柵流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅱ，同物化處理的水混合，再經(jīng)A2/O工藝脫氮除磷和去除BOD；最后通過壓力濾罐去除水中沒有出去的物質(zhì)，整個(gè)流程產(chǎn)生的污泥及沉淀物經(jīng)脫水后衛(wèi)生填埋。

實(shí)驗(yàn)室廢水還可以根據(jù)廢水水質(zhì)在物化處理的不同階段與生活廢水混合后使用人工濕地的方法進(jìn)行處理，但人工濕地處理的影響因素較多，如溫度、降雨等，效果不也穩(wěn)定[7]，考慮到某校地處北方地區(qū)，故放棄濕地處理的方案。

2.2 各工藝單元的設(shè)計(jì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)某校實(shí)驗(yàn)室廢水量為50 m3/d，學(xué)校師生人數(shù)3萬(wàn)人，每人每天產(chǎn)生生活廢水100 L。

2.2.1細(xì)格柵

格柵的作用是去除污水中較大的懸浮或漂浮物，以減輕后續(xù)水處理工藝的處理負(fù)荷，并起到保護(hù)水泵、管道、儀表等作用(見圖2)，是污水處理的必要組成部分[11]。

實(shí)驗(yàn)室廢水通過管道輸送首先通過細(xì)格柵(3～10 mm)，其中物化部分采用3 mm細(xì)格柵，生化部分采用10 mm細(xì)格柵(考慮到廢水水質(zhì))。

以生化部分為例(物化部分可按以下方式計(jì)算)，以下為生化部分細(xì)格柵設(shè)計(jì)：最大設(shè)計(jì)流量Qmax=0.3 m3/s；格柵安置的傾角α=60°；柵前水深h=0.4 m；過柵速度v=0.9 m/s；柵條凈間隙b=0.01 m；柵條寬度S=0.01 m；進(jìn)水槽寬B1=0.4 m；格柵阻力系數(shù)k=3；漸寬部位夾角α1=20°；阻力系數(shù)ζ=1.1；柵前渠道超高h(yuǎn)2=0.3 m；柵前槽高H1=m。

2.2.2調(diào)節(jié)沉淀池

調(diào)節(jié)沉淀池是調(diào)節(jié)池、中和池和初沉池的結(jié)合體，三池的結(jié)合起到了節(jié)約占地面積的效果，調(diào)節(jié)沉淀池起調(diào)節(jié)水量(內(nèi)線調(diào)節(jié))、調(diào)節(jié)水質(zhì)和沉淀固體的作用。它形如豎流式沉淀池，但儲(chǔ)液體積較大。其中物化部分體積較生化部分的小(由于水量不同)。調(diào)節(jié)池和初沉池是廢水處理的必要組成部分。

廢水由中心管流入，在反射板的作用下發(fā)散到池內(nèi)，由于池體較大，廢水停留時(shí)間較長(zhǎng)，易沉淀物質(zhì)沉淀到池底，由排泥管排出，同時(shí)起到調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的目的。池內(nèi)有排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由浮筒、排水管、監(jiān)測(cè)裝置和固定滑道組成，排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用浮筒漂浮在水面，固定滑道將浮筒固定在池壁附近，防止浮筒漂移，排水管采用軟管設(shè)計(jì)，固定于浮筒插入水面以下(見圖3)，檢測(cè)裝置由pH計(jì)和警報(bào)器組成，pH計(jì)深入水中，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水的pH，當(dāng)pH超出安全范圍時(shí)警報(bào)響起。

圖3 調(diào)節(jié)沉淀池尺寸標(biāo)注圖(m)圖4 調(diào)節(jié)沉淀池結(jié)構(gòu)圖

通過真空泵即可將廢水從調(diào)節(jié)沉淀池(調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ)中排出，進(jìn)入下一工藝。

2.2.3吹脫浮油塔

吹脫浮油塔是由吹脫塔改進(jìn)而來(lái)，廢水從調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ而來(lái)，從吹脫浮油塔中部進(jìn)入，空壓機(jī)將空氣鼓如塔內(nèi)，微小的氣泡均勻的從塔底上浮，將揮發(fā)性氣體、溶解性氣體帶出，將油提到液面上。氣體由上部排出，油因?yàn)槊芏缺人∑≡谝好嫔?，進(jìn)而排出，處理后的廢水由下部排出。吹脫出的氣體很可能帶有毒性和可燃性，與分離出來(lái)的油一起點(diǎn)燃，一部分加熱吹脫塔;另一部分預(yù)加熱濕式氧化的廢水。本裝置的設(shè)計(jì)針對(duì)石油化工類大學(xué)油類物質(zhì)產(chǎn)生量大、易燃?xì)廨^多的特點(diǎn)而增加及改進(jìn)，采用此種結(jié)構(gòu)將氣浮和吹脫相結(jié)合，一塔多用，不僅節(jié)約了占地面積還節(jié)約了成本，效率高，維修簡(jiǎn)便。從中部進(jìn)水，下部出水，氣-液相逆流，使效率更高。排出的可燃?xì)饧坝卸居泻怏w與分離的油被點(diǎn)燃為吹脫浮油塔和濕式氧化的廢水提供熱量，使吹脫浮油塔效率更高，使?jié)袷窖趸に嚬?jié)約能源(見圖5)。表面活性劑和破乳劑的加入使油水更易分離，吹脫后廢水溶解氧較多，減小了濕式氧化空壓機(jī)的負(fù)荷，濕式氧化效率顯著。

圖5 吹脫浮油塔結(jié)構(gòu)原理圖

2.2.4濕式氧化

在較高的溫度和壓力下，用空氣中的氧來(lái)氧化廢水中的溶解和懸浮的有機(jī)物和還原性物質(zhì)[12]。

圖6的裝置已廣泛應(yīng)用，本流程采用此裝置后可將大分子有機(jī)物分解為小分子，還原性物質(zhì)得到氧化，為下一步沉淀做出準(zhǔn)備，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室里的微生物也會(huì)被消滅。此裝置出水具有良好的沉淀分離性能，且具有尺寸小、能耗低、二次污染小等特點(diǎn)。

2.2.5沉淀池

沉淀池采用橫向流斜板斜管式，占地更小、效率更高、停留時(shí)間更短。絮凝劑、氧化鈣、硫化鈉的加入使重金屬等物質(zhì)沉淀。

經(jīng)過以上工藝(物化處理)出水水質(zhì)達(dá)到與生活廢水混合后可生化處理的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.6A2/O工藝

考慮到某校的氮磷排放量較大，A2/O工藝不僅達(dá)到脫氮除磷的目的，而且同時(shí)COD及BOD也得到下降[13]。它是由厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池組成(見圖7)，該工藝已廣泛應(yīng)用。

2.2.7壓力濾罐

經(jīng)過A2/O處理的廢水最后通過壓力濾罐的吸附將廢水中不能處理的物質(zhì)吸附，出水可排入人工濕地(一般高校都有)，也可排入河流當(dāng)中(見圖8)。

以上流程在實(shí)際中動(dòng)力來(lái)源可用泵提供，由于廢水水質(zhì)復(fù)雜，建議使用真空泵。物化部分沉淀池和生化部分A2/O產(chǎn)生的污泥和沉淀可經(jīng)過PAM脫水、壓濾機(jī)脫水后進(jìn)行安全填埋。經(jīng)過此流程處理的廢水出水可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，濕地可以有效處理低濃度廢水[14-15]，高校大多以建設(shè)人工濕地，南方高?？梢钥紤]不采用壓力濾罐，而直接排放到人工濕地，北方高?？梢灾辉诙静捎脡毫V罐，或排放不達(dá)標(biāo)時(shí)開啟壓力濾罐，達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)某石油高校實(shí)驗(yàn)室廢水的水量和水質(zhì)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室廢水處理的工藝流程，首先經(jīng)過細(xì)格流入調(diào)節(jié)沉淀池Ⅰ，出水經(jīng)過吹脫隔油塔(分離出的氣體和油點(diǎn)燃)，處理后的水經(jīng)濕式氧化工藝處理，最后通過沉淀池完成非化處理工藝，物化處理廢水與生活用水混合經(jīng)A2/O工藝脫氮除磷和降低BOD，最后通過壓力濾罐去除水中無(wú)法處理的物質(zhì)，整個(gè)流程產(chǎn)生的污泥及沉淀物經(jīng)脫水后衛(wèi)生填埋。對(duì)流程中的每一工藝裝置做了說(shuō)明，流程中調(diào)節(jié)沉淀池、吹脫浮油塔等構(gòu)筑物均為作者自行設(shè)計(jì)，希望可以對(duì)我國(guó)石油石化類教學(xué)科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水處理提供一定參考和啟迪。

[1] 龐志華,蘇兆征,羅 雋,等.科研單位實(shí)驗(yàn)室廢水處理工程設(shè)計(jì)與分析[J].給水排水,2012,38(1): 70-72.

PANG Zhi-hua,SHU Zhao-zheng,LUO Jun,etal. Laboratory research unit of wastewater treatment engineering design and analysis[J].Water and Wastewater,2012,38(1):70-72.

[2] 孔昊楠,陸國(guó)紅,秦承華,等.混凝法處理實(shí)驗(yàn)室廢水的研究[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2007,15(6):25-27.

KONG Hao-nan,LU Guo-hong,QIN Cheng-hua,etal. Coagulation Laboratory Wastewater Treatment[J]. Environmental Health Engineering, 2007,15(6):25-27.

[3] 顏翠平,王成端,張明星.實(shí)驗(yàn)室廢水處理研究進(jìn)展[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006,23(7):116-118.

YAN Cui-ping,WANG Cheng-duan,ZHANG Ming-xing. Advances in Wastewater Treatment Research Laboratory[J].Experimental Technology and Management,2006,23(7):116-118.

[4] 于 鷹.實(shí)驗(yàn)室廢水的主要污染成分以及處置方法的研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2013,33(8):230-232.

YU Ying. Studies major pollution ingredients and laboratory wastewater disposal methods[J]. Agriculture and Technology,2013,33(8):230-232.

[5] Ito K,Pak P S,Suzuki Y.A water treatment planning model of a river basin considering the reuse of highly treated waste water[J]. International Journal of Environmental Studies, 1979,14(1):13-25.

[6] Vahala R,Nieml R M,Kiuru H,etal.The effect of GAC filtration on bacterial regrowth and nitrification in a simulated water main[J].Journal of Applied Microbiology,2010, 85(S1):178-185.

[7] Meutia A A.Treatment of laboratory wastewater in a tropical constructed wetland comparing surface and subsurface flow[J].Water Science and Technology, 2002, 44(11-12):499-506.

[8] 沈曉君,華德尊,李春燕,等.高校實(shí)驗(yàn)室廢水處理及污染防治措施研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32(10):107-109.

SHEN Xiao-jin,HUA De-zhun,LI Chun-yan,etal. Treatment and research university laboratory wastewater pollution control measures[J]. Environmental Science and Managemen,2007, 32(10):107-109.

[9] 李鐵龍,金朝暉,宣曉梅,等.實(shí)驗(yàn)室廢水處理初探[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2004,12(2):73-76.

LI Tie-long,JIN Chao-hui,XUAN Xiao-mei,etal. Preliminary laboratory wastewater treatment [J]. Environmental Health Engineering,2004,12(2): 73-76.

[10] 張 奕,賀 纓,程文濤.高校實(shí)驗(yàn)室廢水處理及污染防治措施評(píng)價(jià)初探[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2006,29(8):54-56.

ZHANG Yi,HE Ying,CHENG Wen-tao. Preliminary evaluation of university laboratory waste water treatment and pollution prevention measures [J]. Environmental Science and Technology,2006,29(8):54-56.

[11] 梁 汀,蔣嵐嵐,鄧 偉,等.城市污水處理廠預(yù)處理系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)[J].中國(guó)給水排水,2012,28(12):34-36.

JIANG Ding,JIANG Lan-lan,DENG Wei,etal. Reconstruction Design of Municipal Wastewater Treatment Plant pretreatment system[J].China Water & Wastewater,2012,28(12):34-36.

[12] Mingming Luan,Guolin Jing,Xun Xu,etal.A Review: Wet Oxidation and Catalytic Wet Oxidation of Industrial Wastewater [J]. Recent Patents on Chemical Engineering,2013,l6(2): 79-86.

[13] Kim MinGu,Nakhla George.Comparative performance of A2/O and a novel membrane- bioreactor-based process for biological nitrogen and phosphorus removal. [J]. Water Environment Research,2010,82(1): 69-76.

[14] Hua-Peng Qin,Soon-Thiam Khu ,Chang Li. Water exchange effect on eutrophication in landscape water body supplemented by treated wastewater[J]. Urban Water Journal,2014,11(2): 108-115.

[15] Chih-Yang Hu,Guang Jin,Englande Jr A J. Evaluation and applicability of water quality and nutrients removal by coastal wetlands receiving treated municipal wastewater and its application[J]. Management of Environmental Quality:An International Journal,2011,22 (4): 522-531.