池俊杰，周元祥

（合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

1 引言

某藥業(yè)有限責(zé)任公司，其產(chǎn)品茶多酚系列產(chǎn)品銷往國(guó)內(nèi)及歐美、日、韓等國(guó)家和地區(qū)，并成為國(guó)內(nèi)及國(guó)外諸多知名企業(yè)高度信賴的供應(yīng)商，已具有一定的品牌效應(yīng)，產(chǎn)量和市場(chǎng)占有率位居同行業(yè)前三位。為適應(yīng)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求和企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，該藥業(yè)有限責(zé)任公司擬投資7964.59萬元，征地71畝，實(shí)施公司整體搬遷擴(kuò)建。項(xiàng)目分兩期建設(shè)，項(xiàng)目一期實(shí)施后具有年產(chǎn)100t天然咖啡因、300t茶多酚生產(chǎn)能力，二期實(shí)施后全廠具有年產(chǎn)300t天然咖啡因、1000t茶多酚生產(chǎn)能力。其生產(chǎn)廢水主要由高濃度廢水和低濃度廢水兩部分組成，其中高濃度廢水主要來自茶多酚萃取液（氯仿、乙酸乙酯等）［1］，而低濃度廢水來源于設(shè)備清洗水、場(chǎng)地沖洗水、設(shè)備冷卻水等，其水質(zhì)特點(diǎn)是有機(jī)物含量高、水質(zhì)波動(dòng)大、廢水具有一定生物抑制性，難于生物降解。

現(xiàn)其一期廢水處理站的預(yù)處理工藝無法達(dá)到滿意效果，導(dǎo)致后續(xù)構(gòu)筑物負(fù)荷過重，無法正常運(yùn)行，根據(jù)茶多酚廢水水質(zhì)特點(diǎn)［2］和結(jié)合預(yù)處理模擬實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)采用混凝沉淀＋微電解＋芬頓處理工藝對(duì)其廢水進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過一年多的實(shí)踐，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程改造分析設(shè)計(jì)

2.1 原處理工程概況

（1）設(shè)計(jì)處理規(guī)模：75m3/d。

（2）設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

（3）設(shè)計(jì)出水水質(zhì)：執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

（4）原處理設(shè)施，見表3。

（5）原處理工藝，見圖1。

表3 已有構(gòu)筑物

圖1 原處理工藝

2.2 現(xiàn)有工程存在的問題和原因分析

2.2.1 進(jìn)水水質(zhì)超出設(shè)計(jì)值

本工程方案設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)主要參考了企業(yè)環(huán)評(píng)報(bào)告和部分老廠廢水取樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。老廠原水取樣水質(zhì)檢測(cè)，高濃度廢水 COD 22000mg/L；車間總排口CODcr 4440mg/L。然而在調(diào)試期間，多次對(duì)原水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，實(shí)際進(jìn)水CODcr高達(dá)44000mg/L，進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重超出方案設(shè)計(jì)范圍，造成系統(tǒng)負(fù)荷高，處理效果差。

2.2.2 混凝沉淀效果差

由于廢水COD過高，造成pH值調(diào)節(jié)較困難，液堿消耗量過大，按每天處理50m3/d廢水，片堿消耗量約在200～300kg之間；同時(shí)萃取液氯仿、乙酸乙酯易溶于金屬鹽類，投加的PAC被大量消耗，造成混凝反應(yīng)效果不明顯，因此，未能有效去除廢水中茶多酚等物質(zhì)。

2.2.3 泥活性差

因混凝沉淀效果差，預(yù)處理效果不足，廢水中大量茶多酚、乙酸乙酯等物質(zhì)未被去除，抑制生化系統(tǒng)中污泥生長(zhǎng)，造成污泥活性差，生化系統(tǒng)處理效率低。調(diào)試前期階段，為更好地去除茶多酚，投加的石灰量更大，也是造成污泥活性差的原因。

2.3 整改工藝說明

2.3.1 工藝的確定

上述存在的問題，根據(jù)調(diào)試總結(jié)和小試結(jié)果，擬對(duì)現(xiàn)有處理工藝作局部調(diào)整，強(qiáng)化廢水預(yù)處理，改變運(yùn)行方式，以提高處理效果。調(diào)整后處理工藝如圖2。

圖2 調(diào)整后處理工藝

2.3.2 工藝說明

廢水在混凝反應(yīng)池內(nèi)，分別投加FeCl3、PAC、PAM。通過添加PAM、FeCl3，一方面Fe離子與茶多酚反應(yīng)生成難溶化合物，減少?gòu)U水中茶多酚的含量，另一方面可以加速沉降速度；投加PAC，一方面鋁離子可與茶多酚生成難溶物質(zhì)，另一方面通過絮凝作用去除水中呈膠體和微小懸浮狀的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，減小了后續(xù)生化處理負(fù)荷。

混凝反應(yīng)池［3］的出水自流入初沉池，進(jìn)行固液分離，上清液自流入微電解水池，沉淀物排入污泥池。

微電解［4］是指低電位的Fe與高電位的C在廢水中產(chǎn)生電位差，具有一定導(dǎo)電性的廢水充當(dāng)電解質(zhì)，形成無數(shù)的原電池，產(chǎn)生電極反應(yīng)。電極反應(yīng)生成的產(chǎn)物具有較高的化學(xué)活性，在中性或偏酸性的環(huán)境中，鐵電極本身及其所產(chǎn)生的新生［H］、［O］以及Fe2＋等均能和廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，如對(duì)三氯甲烷具有明顯還原脫氯的作用，對(duì)茶多酚等有機(jī)物開環(huán)斷鏈，多環(huán)大分子有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)小易生物降解的物質(zhì)，能破壞有機(jī)廢水中的發(fā)色結(jié)構(gòu)，達(dá)到脫色的目的。微電解反應(yīng)消耗了大量的H＋生成了大量的OH－，這使得廢水的pH值也有所提高；新生的二價(jià)鐵離子具有更高的吸附－絮凝活性，調(diào)節(jié)廢水的pH值可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附污水中的懸浮或膠體態(tài)的微小顆粒及有機(jī)高分子，從而減少后續(xù)混凝沉淀藥劑投加量。廢水在微電解水池內(nèi)經(jīng)微電解處理后，再投加一定量的H2O2，利用微電解產(chǎn)生的鐵離子，形成芬頓反應(yīng)，將有機(jī)物進(jìn)一步氧化分解，目的是破壞茶多酚、乙酸乙酯和多糖等的結(jié)構(gòu)，降低其生物毒性。

廢水由微電解池自流進(jìn)入中和＋水解酸化池，首先進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，然后進(jìn)入水解部分，在水解酸化池中充分反應(yīng)，將大分子物質(zhì)進(jìn)一步分解成小分子物質(zhì)，提高可生化性。

水解酸化池出水提升至IC反應(yīng)器［5］。廢水自下而上通過IC。反應(yīng)器底部有一個(gè)高濃度、高活性的污泥床，污水中的大部分有機(jī)污染物在此間經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳。因水流和氣泡的攪動(dòng)，污泥床之上有一個(gè)污泥懸浮層。反應(yīng)器上部設(shè)有三相分離器，用以分離消化氣、消化液和污泥顆粒。生成的氣體自反應(yīng)器頂部導(dǎo)出；污泥顆粒自動(dòng)滑落沉降至反應(yīng)器底部的污泥床；消化液從澄清區(qū)出水。IC負(fù)荷能力很大，適用于高濃度有機(jī)廢水的處理。運(yùn)行良好的IC有很高的有機(jī)污染物去除率，不需要攪拌，能適應(yīng)較大幅度的負(fù)荷沖擊、溫度和pH值變化。IC池出水進(jìn)入U(xiǎn)ASB進(jìn)一步厭氧分解；

UASB反應(yīng)器［6，7］也是一種高效厭氧處理裝置，在此，廢水中的有機(jī)物進(jìn)一步降解，轉(zhuǎn)換成CH4，出水進(jìn)入中間水池。經(jīng)沉淀后的廢水自流入接觸氧化池進(jìn)行后續(xù)處理，在有氧條件下，廢水中的可降解污染物在好氧微生物作用下，一部分合成為微生物細(xì)胞，另一部分分解為CO2、H2O，得以徹底去除，從而使水質(zhì)得到凈化。接觸氧化池［8］出水自流入混凝沉淀池，終沉池將接觸氧化池出水所帶的污泥沉淀，二沉池的沉淀物排入污泥池。

終沉池出水自流入清水池，廢水由提升泵輸入過濾器，以保障出水穩(wěn)定達(dá)到排放。

污泥池污泥通過泵打入板框壓濾機(jī)壓濾，濾液回流至調(diào)節(jié)池，泥餅外運(yùn)處置。

3 各構(gòu)筑物具體參數(shù)

鑒于目前生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量為60t/d，原設(shè)計(jì)水量為最大75t/d，但是污水COD濃度已達(dá)設(shè)計(jì)值的一倍以上，實(shí)驗(yàn)也表明，污水原水很難取得滿意的處理效果，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)叵♂?，再采用新的工藝才能處理到滿意結(jié)果。不過稀釋以后，若要將產(chǎn)生的廢水完全處理，這樣總的處理水量增加了一倍，原設(shè)計(jì)的處理單元的水力停留時(shí)間均無法滿足要求，需要全面改造。所以，本方案為完全處理的方案（處理稀釋后的全部水量）。

3.1 格柵渠

格柵池為地下鋼混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)參數(shù)如下。池體尺寸：2.0m×0.5m×1.5m；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：人工格柵；尺寸：1.5m×0.5m；柵隙：5mm；數(shù)量：1臺(tái)。

3.2 調(diào)節(jié)池（新建）

池體尺寸：5.0m×8.0m×4.5m；有效容積：150m3；水力停留時(shí)間：24h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①提升泵型號(hào)：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數(shù)量：2臺(tái)（一用一備）；②液位計(jì)：2套；③潛水?dāng)嚢铏C(jī)：2臺(tái)。

3.3 混凝沉淀池（兩級(jí)沉淀，利用原有沉淀池和中間池改造）

由于水量增加一倍，原有沉淀池水力停留時(shí)間縮短一倍，沉淀效果下降，必須保證沉淀效果。

（1）反應(yīng)池（原有）池體尺寸：3.4m×1.0m×2.5m；有效容積：7.0m3，水力停留時(shí)間：0.7h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地上式；池?cái)?shù)：1座。主要設(shè)備：①加藥裝置，型號(hào)：JY－1，數(shù)量：3套FeCl3、PAC、PAM；②攪拌器，轉(zhuǎn)速：100rad/min，功率：0.37kW，數(shù)量：3臺(tái)；

（2）初沉池（兩級(jí)串聯(lián)，第一級(jí)原有），池體尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容積：20m3；水力停留時(shí)間：1.0h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地上式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①導(dǎo)流筒及配件，1組；②溢流堰，1組；③污泥泵，型號(hào)：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數(shù)量：1臺(tái)。

（3）第2級(jí)沉淀池（原中間水池改造），池體尺寸：3.4m×3.0m×3.0m；有效容積：27m3；水力停留時(shí)間：1.3h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，數(shù)量：2臺(tái)（一用一備），②液位計(jì)：2套，③污泥泵：型號(hào)：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數(shù)量：1臺(tái)。

3.4 鐵炭微電解反應(yīng)池（原清水池改造）

池體尺寸：3.4m×3.0m×4.0m；有效容積：35.0m3；水力停留時(shí)間：5.5h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地上式；池?cái)?shù)：1座。

3.5 中和＋水解酸化池（原調(diào)節(jié)池改造）

池體尺寸：4.0m×7.5m×3.0m；有效容積：75m3；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地下式；池?cái)?shù)：1座；

主要設(shè)備：①提升泵，型號(hào)：50QW10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數(shù)量：2臺(tái)（一用一備）；②潛水?dāng)嚢铏C(jī)：型號(hào) QJB1.5/8－320/3，功率1.5kW，數(shù)量：2臺(tái)。

3.6 IC反應(yīng)器（新增）

容積負(fù)荷：5.0kgCOD/m3·d；有效容積：400m3；水力停留時(shí)間：60h；池體尺寸：Φ6.0m×15.0m；結(jié)構(gòu)形式：鋼，地上式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①三相分離器，數(shù)量：2組，材質(zhì)：鋼，②布水系統(tǒng)，數(shù)量：1套，③水封器，數(shù)量：1套，④出水堰，數(shù)量：1套，材質(zhì)：pp。

3.7 UASB水池（原有利用）

容積負(fù)荷：4.0kgCOD/m3·d；有效容積：100m3；水力停留時(shí)間：16h；池體尺寸：4.5m×4.5m×6.5m；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①三相分離器，數(shù)量：1組，材質(zhì)：PP，②布水系統(tǒng)，數(shù)量：1套，③水封器，數(shù)量：1套，④沼氣收集系統(tǒng)，數(shù)量：1套，⑤出水堰，數(shù)量：1套材質(zhì)：pp。

3.8 氣浮機(jī)（新增）

再一次混凝反應(yīng)，高效去除廢水中的懸浮物，降低部分COD，并實(shí)現(xiàn)廢水脫色。（采用氣浮機(jī)，處理能力10t/h·座在UASB和接觸氧化池之間的中間水池上。）

3.9 接觸氧化池（原有接觸氧化池＋沉淀池）

池體尺寸：6.5m×4.5m×4.0m ＋3.4m×3.0m×4.0m，有效容積：130m3；水力停留時(shí)間：20.0h；

結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①立體彈性填料，直徑：Φ＝150mm，長(zhǎng)度：L＝2000mm，數(shù)量：100m3；②填料支架：材質(zhì)：6＃角鋼及尼龍繩，數(shù)量：2套；③曝氣器，型號(hào)：PD3，數(shù)量：120套。

3.10 斜管沉淀池（新建）

池體尺寸：6.0m×2.5m×4.0m，有效容積：48.0m3，水力停留時(shí)間：2.0h，結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地下式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①斜管填料，數(shù)量：1組；②溢流堰，數(shù)量：1組；③污泥泵，型號(hào)：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW，數(shù)量：1臺(tái)。

3.11 清水池（新建）

池體尺寸：6.0m×4.0m×4.5m；有效容積：96.0 m3；水力停留時(shí)間：15.0h；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，半地上式；池?cái)?shù)：1座；主要設(shè)備：①提升泵，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝15m，功率：N＝1.1kW，數(shù)量：2臺(tái)，②過濾器，處理能力：10m3/h，介質(zhì)：石英砂和活性炭；材質(zhì)：碳鋼防腐，數(shù)量：1套。

3.12 污泥濃縮池

池體尺寸：3.4m×3.0m×4.5m；有效容積：40.0 m3；結(jié)構(gòu)形式：鋼混，地上式；池?cái)?shù)：1座；

主要設(shè)備：污泥泵：型號(hào)：50WQ10－10－0.75，流量：Q＝10m3/h，揚(yáng)程：H＝10m，功率：N＝0.75kW；數(shù)量：1臺(tái)。

4 廢水處理效果

土建項(xiàng)目從2013年10月正式動(dòng)工，2014年3月基本完工，5月初所有設(shè)備全部安裝完畢，全面開始工藝調(diào)試并進(jìn)入試轉(zhuǎn)，2014年7月初由當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測(cè)站取樣檢測(cè)，一次性全部指標(biāo)合格，經(jīng)過3個(gè)多月的試運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)部門對(duì)該工程進(jìn)行了驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。其中一個(gè)月的監(jiān)測(cè)效果數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 廢水處理效果

5 結(jié)語

采用混凝沉淀＋微電解＋芬頓預(yù)處理，結(jié)合IC反應(yīng)器、氣浮池等工藝，改造后運(yùn)行效果顯著，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，操作運(yùn)行簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度較高，運(yùn)行方式靈活，對(duì)水質(zhì)波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)，出水水質(zhì)中COD、SS、色度等指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

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