化工廢水因種類多、排放量大、濃度高、水質復雜、處理難度大而受到廣泛的關注。對于可生物降解性較好的化工廢水，國內(nèi)外廣泛采用生物處理工藝〔1〕。由于兩相厭氧技術具有處理效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點〔2〕，在各類化工廢水處理中的研究較多〔3, 4, 5, 6〕。二級好氧技術的第一級以高負荷運行，第二級以低負荷運行，通過互不相關的兩套回流系統(tǒng)，使第一級和第二級的微生物群體特性不同，有助于有機物的降解。筆者將兩者組合形成兩相厭氧—二級好氧處理技術，通過現(xiàn)場中試確定工藝參數(shù)，并應用于高濃度化工廢水處理工程。
1 材料與方法
1.1 實驗裝置
兩相厭氧—二級好氧中試裝置設計規(guī)模為480L/d。兩相厭氧裝置中的產(chǎn)酸相采用CSTR 反應器，設有攪拌器，產(chǎn)甲烷相采用EGSB 反應器，設有循環(huán)系統(tǒng)；二級好氧均采用活性污泥法，其中一級好氧為高負荷設計，二級好氧為低負荷設計，設有獨立的污泥回流系統(tǒng)。
中試裝置工藝流程如圖 1 所示。
圖 1 中試裝置工藝流程
中試裝置主要設備規(guī)格如表 1 所示。
表 1 中試裝置主要設備規(guī)格
1.2 運行參數(shù)
實驗在蘇南某化工企業(yè)現(xiàn)場進行。中試裝置置于室外，對原水溫度不進行調控，實驗期水溫在20~28.5 ℃之間。進水量為20 L/h，24 h 連續(xù)進水，連續(xù)出水。兩相厭氧系統(tǒng)COD 負荷為5.6 kg/（m3·d），產(chǎn)甲烷反應器循環(huán)回流比700%； 一級好氧系統(tǒng)COD負荷為1.472 kg/（m3·d），二級好氧系統(tǒng)COD 負荷為0.035 kg/（m3·d），一、二級好氧污泥回流比均為500%。2009 年9 月6 日至2009 年11 月8 日為實驗期。
1.3 實驗水質
該化工企業(yè)在油漆、涂料、樹脂和高沸點溶劑等產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生高濃度有機廢水。通過檢測發(fā)現(xiàn)，廢水中含有多種有機物質，主要有：甲醇、丁內(nèi)酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、3-己烯酸二甲酯、2-己烯酸二甲酯、三羥甲基丙烷-1，2，3 - 三甲酸三乙酯、辛二酸二甲酯等。此外，企業(yè)還有水環(huán)真空泵排水、初期雨水、少量廠內(nèi)生活污水等低濃度廢水排放。實驗原水為該化工企業(yè)高濃度有機廢水經(jīng)混凝沉淀后與低濃度廢水的混合廢水。實驗原水COD 為5 700~7 400 mg/L，BOD 為2 000~3 000 mg/L，pH 為7.08~8.10。COD 采用國家標準方法測定，pH 采用玻璃電極法測定。
2 中試結果
2009 年6 月底啟動兩相厭氧裝置，酸化反應器接種污泥取自一化工廠的水解酸化池，投加量約100 L，產(chǎn)甲烷反應器接種污泥取自另一化工廠厭氧池，投加量約100 L；啟動初期進水用廢水配置而成，COD 3 000 mg/L 左右，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=200∶5∶1 添加N、P 等營養(yǎng)鹽，控制pH 為7 左右，進水量280 L/h；16 d 后將進水量增加至480 L/d，進水COD 提高到6 000 mg/L 左右，約15 d 后出水COD穩(wěn)定在2 200~3 000 mg/L。隨后啟動二級好氧裝置，好氧接種污泥取自該廠原曝氣池，兩相厭氧出水直接進入好氧系統(tǒng)，連續(xù)運行1 個月后好氧各項運行參數(shù)正常，出水水質穩(wěn)定。2009 年9 月6 日起進入正常實驗階段。
2.1 兩相厭氧系統(tǒng)
兩相厭氧系統(tǒng)進出水COD 如圖 2 所示。
圖 2 兩相厭氧系統(tǒng)進出水COD
實驗期間兩相厭氧平均進水COD 為6 541.2 mg/L，酸化階段平均出水COD 為6 186.8 mg/L，產(chǎn)甲烷階段平均出水COD 為3 071.2 mg/L；酸化階段COD 平均去除率為5.4%，產(chǎn)甲烷階段COD 平均去除率為50.4%，整個兩相厭氧階段COD 平均去除率為53.0%。
2.2 二級好氧系統(tǒng)
二級好氧系統(tǒng)進出水COD 如圖 3 所示。
圖 3 二級好氧系統(tǒng)進出水COD
名稱尺寸規(guī)格有效容積/L 備注產(chǎn)酸反應器D560×1 600 360 配攪拌器1 臺產(chǎn)甲烷反應器D400×1 970 200 配循環(huán)計量泵1 臺一級好氧池800×800×2 000 1 000 安裝微孔曝氣頭1 只中沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺二級好氧池800×1 600×2 000 2 000 安裝微孔曝氣頭2 只終沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺工業(yè)水處理 2013－09，33（9） 鄒敏，等：化工廢水兩相厭氧—二級好氧處理技術研究及應用47由圖 3 可見，實驗期間二級好氧平均進水COD為3 071.2 mg/L，第一級好氧平均出水COD 為146.1mg/L，第二級好氧平均出水COD 為93.4 mg/L；第一級好氧COD 平均去除率為95.2%，第二級好氧COD平均去除率為36.1%，整個二級好氧系統(tǒng)COD 平均去除率為97.0%。
2.3 兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)
實驗結果表明：當中試裝置進水溫度維持在20 ℃以上時，溫度變化對兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 去除率影響較小，整個生化系統(tǒng)的COD去除率均高于95%。系統(tǒng)出水COD 較穩(wěn)定，在60~120 mg/L 之間，平均值為93.4 mg/L，尚不能穩(wěn)定達到江蘇省地方標準《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/T1072—2007）的要求，因此，需要結合深度處理技術，進一步降低水中污染物。
3 工程化應用
根據(jù)現(xiàn)場中試結果，以“兩相厭氧—二級好氧”為關鍵處理技術，對該化工企業(yè)現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)進行提標改造，處理出水達到DB 32/T1072—2007的要求。該工程高濃度工藝廢水預處理設計處理能力為50 m3/d，綜合廢水總設計處理能力為350 m3/d。
3.1 處理工藝
提標改造后的工藝流程如圖 4 所示。
圖 4 改造工程工藝流程
由圖 4 可見，高濃度工藝廢水經(jīng)混凝沉淀去除膠體物質和懸浮物后，與低濃度廢水在混配池中混合后進入兩相厭氧—二級好氧生化處理系統(tǒng)，經(jīng)生物降解后進入由活性炭濾池和硅藻土處理池組成的深度處理系統(tǒng)，確保處理出水達標排放。兩相厭氧—二級好氧生化處理系統(tǒng)依照中試結果確定的工藝參數(shù)進行設計。酸化池、產(chǎn)甲烷池和第一級好氧池新建，第二級好氧池由原有生化池改造而成。
3.2 運行效果
經(jīng)過3 a 的運行，總體上處理系統(tǒng)穩(wěn)定，對水質水量變化的適應性強，具有很強的耐沖擊負荷的能力。活性炭濾池中裝填的活性炭是企業(yè)生產(chǎn)過程中使用過的廢活性炭，且從未進行更換。2011 年一次現(xiàn)場采樣檢測的水質實測數(shù)據(jù)如表 2 所示。
表 2 處理系統(tǒng)水質實測數(shù)據(jù) 注：除色度（倍）、pH 外，其他檢測項目單位均為mg/L。
由表 2 可見，處理系統(tǒng)的COD、BOD 去除率均很高，顯示出該系統(tǒng)對有機污染物具有良好的去除能力。長期運行結果表明：當廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 平均去除率可達到98%以上。當廢水溫度低于20 ℃時，需進行加熱以確保生化系統(tǒng)處理效果。而經(jīng)深度處理后的最終出水各項指標均達到了DB 32/T1072—2007的要求。
3.3 運行成本
以兩相厭氧—二級好氧為核心的集成處理工藝不僅具有良好的處理效果，而且運行費用較低，具有高效低耗的特點。當綜合廢水實際處理水量為300m3/d 時，人工費為600 元/d（定員6 人，工資3 000元/月）、電費為1 536 元/d〔電價0.8 元/（kW·h）〕、藥劑費用為398 元/d，則直接運行成本為2 534 元/d，折噸水處理成本為8.45 元。其中兩相厭氧—二級好氧單元的處理成本約為3.4 元/t，相當于去除1 kgCOD 約為0.50~0.58 元，與提標改造前相比降低約12%~24%，具有較好的經(jīng)濟性。具體參見http://wlmqsb.com更多相關技術文檔。
4 結論
（1）針對特定的化工廢水，兩相厭氧—二級好氧中試結果表明：當兩相厭氧系統(tǒng)COD 負荷為5.6kg/（m3·d），一級好氧系統(tǒng)COD 負荷為1.47 kg/（m3·d），二級好氧系統(tǒng)COD 負荷為0.035 kg/（m3·d），且廢水溫度高于20 ℃時，兩相厭氧系統(tǒng)平均COD 去除率為53%，二級好氧系統(tǒng)平均COD 去除率為97%，整個兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)的平均COD 去除率高于95%。
（2）采用“混凝沉淀+兩相厭氧—二級好氧+深度處理” 的集成工藝應用于高濃度化工廢水處理工程，工程化應用表明：該集成工藝具有處理效果好、耐沖擊、運行穩(wěn)定、處理成本低的優(yōu)點，當廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統(tǒng)COD 平均去除率達98%以上，再經(jīng)深度處理后，最終處理出水可以達到DB 32/T 1072—2007 的要求。
