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        環(huán)己酮法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺廢水處理工程實(shí)例

        2022-06-29 04:04:28常明
        工業(yè)用水與廢水 2022年3期

        常明

        (中國天辰工程有限公司, 天津 300400)

        1 工程概況

        某化工廠新建30 萬t/a 己內(nèi)酰胺、 27 萬t/a環(huán)己酮、 45 萬t/a 硫銨和6 萬t/a 環(huán)己烷裝置, 配套建設(shè)廢水處理站等公用工程。

        該項(xiàng)目己內(nèi)酰胺生產(chǎn)工藝是采用環(huán)己酮肟化、貝克曼液相重排技術(shù), 以環(huán)己酮、 雙氧水、 氨為原料, 在煙酸存在的條件下生產(chǎn)己內(nèi)酰胺。 工藝裝置所排放的生產(chǎn)廢水中含有大量偶氮、 雜環(huán)、苯環(huán)以及其他多環(huán)類有機(jī)污染物, CODCr質(zhì)量濃度高, 約為4 000 ~8 000 mg/L, B/C 小于0.1, 生物可降解性差[1], 是當(dāng)前石化行業(yè)難處理的生產(chǎn)廢水之一。

        2 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

        該項(xiàng)目廢水處理站的設(shè)計(jì)規(guī)模為300 m3/h。 生產(chǎn)廢水主要來自肟化裝置、 重排裝置、 硫胺裝置、環(huán)己酮裝置、 雙氧水裝置。 此外, 還有少量的設(shè)備清洗水、 地面沖洗水及脫鹽水站化學(xué)廢水等。 出水水質(zhì)要求達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn), 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水量和水質(zhì)如表1 所示。

        表1 設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)Tab. 1 Design water quantity and quality

        3 廢水處理工藝

        3.1 處理工藝選擇

        目前, 環(huán)己酮肟化法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺的廢水處理是我國己內(nèi)酰胺生產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn), 工程上多采用預(yù)處理、 生化處理和深度處理組合技術(shù)[2]。

        該項(xiàng)目廢水CODCr、 氨氮、 總氮、 總磷濃度均較高, B/C 低于0.1, 屬于難生化降解廢水, 常規(guī)單獨(dú)生化工藝處理效果難以達(dá)到排放要求, 因此選擇分類分質(zhì)預(yù)處理、 水解酸化-兩級AO 綜合生化處理、 臭氧催化氧化-深度生化AO 組合工藝。

        預(yù)處理采用分類分質(zhì)處理, 主要針對肟化廢水和雙氧水廢水。 肟化廢水含大量偶氮、 雜環(huán)類難生化降解有機(jī)物導(dǎo)致其可生化性差, 利用芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的·OH 進(jìn)行強(qiáng)氧化預(yù)處理[3], 破壞偶氮、 雜環(huán)烴類的穩(wěn)定性, 起到斷鏈和提高可生化性的作用。 雙氧水廢水污染物濃度變化大、 CODCr、 石油類和總磷濃度高, 選用氣浮池做預(yù)處理, 在氣浮池中投加除磷劑進(jìn)行預(yù)除磷, 有效緩解后續(xù)總磷處理難度。

        生化處理采用水解酸化-兩級AO 綜合生化處理工藝, 利用微生物在厭氧條件下的酸化水解作用, 進(jìn)一步將大分子有機(jī)污染物降解為小分子有機(jī)質(zhì)[4]。 同時, 針對本項(xiàng)目有機(jī)污染物不易降解, 氨氮和總氮濃度均較高的特點(diǎn), 優(yōu)選兩級AO 生化處理工藝[5], 該工藝具備同時高效脫氮除碳功能且耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng), 能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。

        深度處理采用臭氧催化氧化-深度AO 生化組合工藝, 臭氧催化氧化產(chǎn)生的·OH 的強(qiáng)氧化作用[6],可將經(jīng)過兩級AO 生化處理后殘留的難生化降解的大分子有機(jī)物進(jìn)一步開環(huán)斷鏈, 提高生化尾水的可生化性[7], 為后續(xù)深度生化AO 繼續(xù)降解COD、 氨氮和總氮創(chuàng)造條件。

        3.2 工藝流程說明

        廢水處理工藝流程見圖1。 肟化廢水和雙氧水廢水分別進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池1 和廢水調(diào)節(jié)池2, 用以均質(zhì)均量, 為后續(xù)工藝安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件。 肟化廢水經(jīng)廢水調(diào)節(jié)池1 調(diào)蓄后進(jìn)入芬頓預(yù)氧化池進(jìn)行預(yù)處理, 達(dá)到開環(huán)斷鏈目的。 雙氧水廢水經(jīng)過廢水調(diào)節(jié)池2 調(diào)蓄后進(jìn)入氣浮池, 在氣浮池投加除磷劑和絮凝劑, 達(dá)到去油除磷目的。 氣浮出水和芬頓出水重力流入綜合調(diào)節(jié)池, 同其他廢水在綜合調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行均質(zhì)均量后, 送入水解酸化池內(nèi)進(jìn)一步提高廢水的可生化性。 經(jīng)預(yù)氧化處理和水解酸化后的廢水進(jìn)入兩級AO 生化池內(nèi), 通過微生物在好氧和缺氧狀態(tài)下的硝化和反硝化作用進(jìn)行脫氮除碳。 經(jīng)過兩級AO 生化處理后有機(jī)物得到有效降解, 剩余難降解的環(huán)狀大分子有機(jī)污染物通過臭氧催化氧化的強(qiáng)氧化作用進(jìn)一步開環(huán)斷鏈, 出水可生化性得到提高。 出水進(jìn)入深度AO 生化池, 繼續(xù)降解CODCr、氨氮和總氮。 最后進(jìn)入后混凝沉淀和臭氧氧化單元, 在去除有機(jī)物的同時進(jìn)一步去除色度和微生物污染物等, 確保最終出水達(dá)標(biāo)。

        圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

        4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

        (1) 芬頓預(yù)氧化池。 組合式成套設(shè)備, 1 套,其中調(diào)酸池2 座, 尺寸為1.8 m × 1.5 m × 7.0 m,HRT 為23 min, 配套攪拌機(jī)2 臺, N =2.2 kW, 漿葉半徑為900 mm; 反應(yīng)池2 座, 尺寸為6.5 m×6.5 m×7.0 m, HRT 為6 h, 配套攪拌機(jī)2 臺, N =3 kW, 漿葉半徑為900 mm; 中和池2 座, 尺寸為1.8 m×1.5 m×7.0 m, HRT 為23 min, 配套攪拌機(jī)2臺, N =2.2 kW, 漿葉半徑為900 mm; 絮凝池2 座,尺寸為1.8 m×1.5 m×7.0 m, HRT 為23 min, 配套攪拌機(jī)2 臺, N =1.1 kW, 漿葉半徑為1 100 mm;沉淀池1 座, 尺寸為φ11.0 m×7.0 m, 表面負(fù)荷為0.95 m3/(m2·h), 配套中心傳動刮泥機(jī)1 臺, 直徑為10.5 m, 刮板外緣線速度為2.0 m/min。 藥劑投加量: 98% 濃硫酸250 mg/L, FeSO4·7H2O 300 mg/L, 27.5% H2O2800 mg/L, PAM 1 mg/L, 32%NaOH 484 mg/L。

        (2) 氣浮池。 鋼制成套溶氣氣浮設(shè)備, 2 套,處理能力為30 m3/h, 30% 回流量, HRT 為30 min, 氣水比為1 ∶10, 尺寸為7.7 m × 2.0 m × 1.9 m, PAC 投加量為20 mg/L, PAM 投加量為2 mg/L。 溶氣罐2 臺, HRT 為3 min, 尺寸為0.6 m×2.4 m, 攪拌器2 臺, P =0.37 kW; 釋放器及釋放系統(tǒng)2 套; 鏈板式刮泥機(jī)2 臺, P =0.37 kW。

        (3) 綜合調(diào)節(jié)池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, HRT 為24 h, 外形尺寸為30.0 m×25.3 m×10.0 m; 提升泵3 臺, Q =150 m3/h, H =18 m, N =11 kW。

        (4) 水解酸化池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 2 座, 總HRT 為24 h, 單池外形尺寸為30.0 m×13.1 mm×10.0 m; 潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺/池, N =7.5 kW, 漿葉半徑為620 mm, 轉(zhuǎn)速為480 r/min。 專用水解酸化填料1 250 m3/池。 容積負(fù)荷為0.62 kg[CODCr]/(m3·d)。

        (5) 兩級AO 生化池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 2 座, 有效水深為7.7 m。 其中一級缺氧池HRT 為20 h, 有效容積為3 000 m3, 尺寸為20.0 m×19.5 m×8.0 m;一級好氧池HRT 為45 h, 有效容積為6 750 m3,尺寸為46.8 m×19.5 m×8.0 m; 污泥濃度為4 000 mg/L, 一級AO 池的 TN 污泥負(fù)荷為0.034 kg[TN]/(kg[MLSS]·d), 氨氮污泥負(fù)荷為0.04 kg[NH3-N]/(kg[MLSS]·d), CODCr污泥負(fù)荷為0.14 kg[COD]/(kg[MLSS]·d), 硝化液回流比400%。一級AO 池內(nèi)設(shè)潛水推流器8 臺, N =3 kW, 漿葉半徑為1 800 mm, 轉(zhuǎn)速為56 r/min。 硝化液回流泵6 臺, 4 用2 備, Q =300 m3/h, H =15 m, N =22 kW。 二級缺氧池HRT 為10 h, 有效容積為1 500 m3, 尺寸為10.7 m× 19.5 m× 8.0 m; 二級好氧池HRT 為18 h, 尺寸為20.1 m×19.5 m×8.0 m, 有效容積為2 700 m3, 污泥濃度為4 000 mg/L, 二級AO池的TN 污泥負(fù)荷為0.016 kg[TN]/(kg[MLSS]·d),氨氮污泥負(fù)荷為0.005 kg[NH3-N]/(kg[MLSS]·d),CODCr污泥負(fù)荷為0.06 kg[CODCr]/(kg[MLSS]·d)。二級AO 池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺, 漿葉半徑為620 mm, N =7.5 kW, 轉(zhuǎn)速為480 r/min。

        (6) 二沉池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 2 座, 每座外形尺寸為φ17.0 m×8.0 m, 表面負(fù)荷為0.66 m3/(m2·h), 周邊傳動刮泥機(jī)2 臺, 直徑為17 m, 刮板外緣線速度約為2.0 m/min。 污泥回流泵4 臺, 2 用2 備, Q =150 m3/h, H =18 m, N =15 kW; 剩余污泥泵2 臺,1 用1 備, Q =30 m3/h, H =30 m, N =7.5 kW。

        (7) 前混凝沉淀池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, 混凝HRT 為15 min, 尺寸為3.8 m×3.0 m×7.0 m; 絮凝HRT 為15 min, 尺寸為3.8 m × 3.0 m × 7.0 m; 沉淀表面負(fù)荷為1.1 m3/(m2·h), 尺寸為φ18.6 m×7.0 m。 混凝攪拌機(jī)1 臺, N =5.5 kW, 漿葉半徑為1 800 mm。 絮凝攪拌機(jī)1 臺, N =3 kW, 漿葉半徑為2 700 mm。 周邊傳動刮泥機(jī)1 臺, 直徑為18.6 m, 刮板外緣線速度約為2.0 m/min; 排泥泵2 臺,Q =30 m3/h, H =30 m, N =7.5 kW; 藥劑投加量:PAC 20 mg/L, PAM 1 mg/L。

        (8) 臭氧催化氧化池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, HRT為1.5 h, 外形尺寸為15.0 m×4.5 m×9.0 m; 臭氧發(fā)生器2 套, 單套產(chǎn)量為10 kg[O3]/h, 氧氣源, 配套臭氧發(fā)生室、 儲氣罐及換熱冷卻設(shè)備。 TiO2臭氧催化劑填料1 套, 225 m3, 服務(wù)面積為60 m2。

        (9) 深度AO 生化池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, 有效水深7.4 m, 其中缺氧池HRT 為5 h, 尺寸為14.5 m ×14.0 m×8.0 m, 有效容積為1 500 m3; 好氧池HRT 為8 h, 有效容積為2 400 m3, 尺寸為24.2 m×14.0 m×8.0 m; 污泥濃度為3 000 mg/L, 硝化液回流比為100%, TN 污泥負(fù)荷為0.004 kg[TN]/(kg[MLSS]·d), 氨氮污泥負(fù)荷為0.001 kg[NH3-N]/(kg[MLSS]·d), CODCr污泥負(fù)荷為0.02 kg[CODCr]/(kg[MLSS]·d)。 池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2 臺, N =7.5 kW,漿葉半徑為620 mm, 轉(zhuǎn)速為480 r/min。

        (10) 三沉池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, 外形尺寸為φ22.0 m×8.0 m, 表面負(fù)荷為0.79 m3/(m2·h), 周邊傳動刮泥機(jī)1 臺, 直徑為22 m, 刮板外緣線速度約為2.0 m/min; 污泥回流泵2 臺, 1 用1 備, Q =300 m3/h, H =18 m, N =30 kW。 剩余污泥泵2 臺,1 用1 備, Q =30 m3/h, H =30 m, N =7.5 kW。

        (11) 后混凝沉淀池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, 混凝HRT 為15 min, 尺寸為3.8 m×3.0 m×7.0 m, 絮凝HRT 為15 min, 尺寸為3.8 m × 3.0 m × 7.0 m, 沉淀表面負(fù)荷為1.1 m3/(m2·h), 尺寸為φ18.6 m ×7.0 m。 混凝攪拌機(jī)1 臺, N =5.5 kW, 漿葉半徑為1 800 mm。 絮凝攪拌機(jī)1 臺, N =3 kW, 漿葉半徑為2 700 mm。 周邊傳動刮泥機(jī)1 臺, 直徑為18.6 m, 刮板外緣線速度約為2.0 m/min; 排泥泵2 臺,Q =30 m3/h, H =30 m, N =7.5 kW, 藥劑投加量:PAC 20 mg/L, PAM 1 mg/L。

        (12) 臭氧氧化池。 鋼砼結(jié)構(gòu), 1 座, 外形尺寸為15.0 m×4.5 m×9.0 m; HRT 為1.5 h, 臭氧發(fā)生器1 套, 單套產(chǎn)量為10 kg[O3]/h, 氧氣源(氧氣壓力為0.2~0.4 MPa, 露點(diǎn)≤-60 ℃), 配套臭氧發(fā)生室、 儲氣罐及換熱冷卻設(shè)備。

        5 工程運(yùn)行效果

        該廠自2021 年5 月份達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn), 污水處理站滿負(fù)荷投運(yùn)后, 系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好, 耐沖擊負(fù)荷, 各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于GB 18918—2002 中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)要求。 實(shí)測綜合調(diào)節(jié)池和系統(tǒng)排水水質(zhì)指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)如表2 所示。

        表2 實(shí)測進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 2 Actual influent and effluent water quality

        6 投資及運(yùn)行成本

        本工程總投資8 066 萬元, 直接運(yùn)行成本(電費(fèi)、 自來水費(fèi)、 藥劑費(fèi)、 人工費(fèi))為5.86 元/m3。

        7 結(jié)語

        工程實(shí)踐表明, 采用芬頓預(yù)氧化-水解酸化-兩級AO-臭氧催化氧化-深度AO 生化-后臭氧氧化聯(lián)合工藝, 可有效處理環(huán)己酮法生產(chǎn)己內(nèi)酰胺所產(chǎn)生的廢水, 主要出水指標(biāo)可達(dá)到GB 18918—2002 中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)要求。 該工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠,耐沖擊負(fù)荷, 對肟化裝置和雙氧水裝置所排放的廢水進(jìn)行分質(zhì)預(yù)處理, 為后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行提供了可靠的保障, 值得推薦。

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