伴隨化工行業(yè)的高速發(fā)展，化工生產(chǎn)廢水處理體量也達(dá)到了空前規(guī)模，如果化工廢水得不到有效處理，將對環(huán)境造成嚴(yán)重危害。該類廢水中常含有生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)物、衍生物和最終產(chǎn)品等多種成分�；U水處理一直是行業(yè)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，其中高鹽、高COD化工廢水處理更是重中之重。高鹽、高COD廢水指總?cè)芙夤腆w（TDS）質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于1%，且在一定條件下用強(qiáng)氧化劑處理時(shí)消耗氧量較高的廢水，通常采用以生化法為主，輔以必要物化預(yù)處理的技術(shù)路線。由于高鹽所帶來的高滲透壓及高濃度Na+本身對微生物具有毒性，非嗜鹽微生物直接暴露于其中會大量死亡，導(dǎo)致微生物酶活性降低甚至失去活性。高鹽、高COD廢水若采用生化法進(jìn)行低成本處理，必須在生物處理單元前對高濃度無機(jī)鹽進(jìn)行去除或回收。單獨(dú)的好氧工藝或者厭氧工藝通常不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，一般將兩種生物處理技術(shù)聯(lián)合使用。聯(lián)合工藝能處理濃度比較高的廢水，凈能耗與運(yùn)行成本也較低，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
河南某化工廠生產(chǎn)工業(yè)增稠劑——羥乙基纖維素丙醚（HEC），該產(chǎn)品以精制棉、硝酸、氫氧化鈉為原材料，以丙酮、叔丁醇、異丙醇為稀釋劑，通過酸化、醚化、中和、脫溶、洗滌、干燥、精餾等過程來生產(chǎn)。在洗滌過程中會有大量高鹽、高COD廢水產(chǎn)生，必須經(jīng)過合理的工藝處理達(dá)標(biāo)后才能排放。
1、工程概況
該化工廠廢水的主要污染物為COD及高濃度無機(jī)鹽NaNO3，處理后出水要求達(dá)到河南省《化工行業(yè)水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB41/1135—2016）和某園區(qū)南部組團(tuán)污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)。廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
高鹽、高COD廢水量為125m3/d，處理工藝分為物化和生化兩部分，其中生化處理部分因混入廠區(qū)生活污水（25m3/d）和其他生產(chǎn)廢水，處理水量為300m3/d。
2、工藝流程
對該廢水進(jìn)行預(yù)處理、電滲析分鹽和可生化性試驗(yàn)，綜合考慮占地面積、運(yùn)行成本及排放標(biāo)準(zhǔn)，確定采用磁混凝沉淀+機(jī)械過濾+超濾+兩級電滲析+（濃水）壓汽蒸發(fā)（MVR）+（淡水）三級UASB+A/O組合工藝，工藝流程如圖1所示。
廠區(qū)生產(chǎn)廢水經(jīng)過投加氫氧化鈉中和后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，控制pH為7~8，然后由泵提升至物化處理系統(tǒng)，核心工藝電滲析主要是將水中硝酸鈉和COD進(jìn)行分離，經(jīng)處理后電滲析淡水中主要含COD，濃水中主要含硝酸鈉；電滲析濃水蒸發(fā)結(jié)晶后產(chǎn)出硝酸鈉產(chǎn)品；電滲析淡水與蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的蒸餾水、廠區(qū)生活污水、反滲透除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水混合后進(jìn)入生化處理系統(tǒng)。為了滿足生化系統(tǒng)水溫要求，廠區(qū)來水和蒸餾水通過換熱器控制水溫<40℃。
3、主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
3.1 預(yù)處理單元
①調(diào)節(jié)池。
調(diào)節(jié)時(shí)間12h，有效容積75m3，有效水深3.2m，平面尺寸6m×4m。配置2臺提升泵（耐腐潛污泵，1用1備），Q=10m3/h，H=150kPa，N=1kW。
②磁混凝沉淀池。
采用一體化磁混凝沉淀設(shè)備，主體尺寸3.5m×1.2m×1.8m，反應(yīng)時(shí)間10min，沉淀時(shí)間20min。反應(yīng)攪拌+高速剪切機(jī)+磁分離磁鼓機(jī)總功率3.3kW。PAC投加量50mg/L，PAM投加量1mg/L，磁粉定期補(bǔ)充，投加量為5mg/L。加藥系統(tǒng)裝機(jī)功率3kW，運(yùn)行功率1kW。
③機(jī)械過濾池。
采用鋼制，平面尺寸1.3m×1.3m，濾池總高度3m。采用石英砂濾料，濾料高度0.7m，濾速6m/h。反洗泵2臺，1用1備，流量25m3/h，揚(yáng)程150kPa，功率2kW，水反洗強(qiáng)度4L/（m2·s）。氣洗空氣源與曝氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)共用，氣洗強(qiáng)度6L/（m2·s），氣量0.6m3/min。
④中間水池。
機(jī)械過濾產(chǎn)水進(jìn)入中間水池，平面尺寸3m×2m，有效水深2.5m，容積15m3，調(diào)節(jié)時(shí)間1h。
3.2 膜處理單元
①超濾。
處理水量125m3/d，采用陶瓷膜，共8支，膜孔徑50nm，總膜面積97m2，膜通量77.1L/（m2·h）。配置供水泵：流量16m3/h，揚(yáng)程300kPa，功率2.2kW；反洗泵：流量32m3/h，揚(yáng)程300kPa，功率5kW。超濾產(chǎn)水箱尺寸3m×2m×3m，容積18m3。
②電滲析。
電滲析裝置膜對數(shù)600對，膜片尺寸110cm×550cm，設(shè)備尺寸442cm×131cm×92cm，處理水量125m3/d。一級電滲析裝置2臺，設(shè)計(jì)脫鹽500kg/h，平均電流200A，設(shè)計(jì)電壓240V，電極形式為鈦涂釕銥板，交流功率107kW。二級電滲析裝置2臺，設(shè)計(jì)脫鹽174.5kg/h，平均電流70A，設(shè)計(jì)電壓600V，電極形式為鈦涂釕銥板，交流功率為93kW。配置原水箱，一、二級淡水箱，一、二級濃水箱，極水箱，清洗水箱及相關(guān)水泵。
3.3 厭氧生化處理單元
多級UASB具有單位容積微生物保有量高、能夠承受較高沖擊負(fù)荷、占地面積小、投資少和動(dòng)力消耗小的特點(diǎn)。設(shè)置三級UASB且每一級UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷逐級遞減，能夠盡可能緩解高COD廢水所帶來的沖擊負(fù)荷且最大程度節(jié)省總?cè)莘e比例，降低處理成本，滿足后續(xù)A/O工藝的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)要求。
①一級UASB。
2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單池尺寸13.25m×10m×8m，2座總?cè)莘e2120m3，有機(jī)負(fù)荷8kgCOD/（m3·d），常溫發(fā)酵，HRT為84.8h。配置UASB進(jìn)水泵2臺，1用1備，Q=12.5m3/h，H=150kPa，N=0.75kW；循環(huán)泵6臺，其中2臺變頻，Q=40m3/h，H=100kPa，N=2.2kW。排泥泵采用單螺桿泵，2臺，1用1備，Q=8.9m3/h，H=0.6MPa，N=4kW。配置pH調(diào)節(jié)加藥裝置、磷補(bǔ)加裝置各2臺。
②二級UASB。
1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸18m×10m×8.0m，總?cè)莘e1440m3，有機(jī)負(fù)荷5.5kgCOD/（m3·d），常溫發(fā)酵，HRT為57.6h。配置循環(huán)泵3臺，1臺變頻，Q=60m3/h，H=100kPa，N=3.7kW。排泥泵采用單螺桿泵，2臺，1用1備，Q=8.9m3/h，H=0.6MPa，N=4kW。
③三級UASB。
1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸10m×8.0m×6.5m，總?cè)莘e520m3，有機(jī)負(fù)荷4.0kgCOD/（m3·d），常溫發(fā)酵，HRT為41.6h。配置UASB循環(huán)泵2臺，1臺變頻，Q=30m3/h，H=100kPa，N=1.5kW。排泥泵與二級厭氧池共用。
④中間水池。
2座，尺寸10.0m×8.0m×1.5m，總池容120m3。
⑤厭氧沉淀池。
豎流式，1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸10m×8.0m×2.0m，總池容160m3。配置污泥回流及排泥泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=100kPa，N=0.75kW。
⑥厭氧操作間。
1座，尺寸10m×6m×4.2m，放置污泥回流泵、水封及閥門等，磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)置甲烷報(bào)警器。
⑦沼氣柜。
干式雙膜沼氣柜1套，容積1000m3。沼氣供給5t熱水鍋爐燃燒。
3.4 好氧生化處理單元
①A/O池。
鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積550m3，其中，缺氧池有效容積140m3，尺寸5m×5m×6.0m；好氧池有效容積410m3，尺寸15.5m×5m×6.0m，COD負(fù)荷為0.15kg/（kgMLSS·d），MLSS為3000mg/L。配置缺氧池潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺；鼓風(fēng)機(jī)2臺，1用1備，氣量5.72m3/min，轉(zhuǎn)速1540r/min，功率11kW；混合液回流泵2臺，1用1備，Q=50m3/h，H=60kPa，N=2.2kW。
②好氧沉淀池。
豎流式，1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸4.0m×5.0m×6.0m，總池容120m3。配置污泥回流及排泥泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=100kPa，N=0.75kW。
3.5 蒸餾結(jié)晶部分
蒸餾結(jié)晶處理來自電滲析的濃水（主要含硝酸鈉），采用肥城金塔機(jī)械有限公司MVR蒸發(fā)器，其蒸發(fā)量5000kg/h，裝機(jī)總功率420kW；設(shè)備空間尺寸9.5m×6.0m×15.0m。離心壓縮機(jī)組材質(zhì)TC4/2205，進(jìn)汽溫度90℃，飽和溫升20℃，蒸汽消耗250kg/h。
3.6 污泥處理單元
①污泥濃縮池。
1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸4.0m×7.0m×6.0m，總池容168m3。
②污泥脫水機(jī)房。
1座，磚混結(jié)構(gòu)，尺寸10.0m×8.0m×4.2m。配置螺桿泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=0.3MPa，N=3kW；配置疊螺脫水機(jī)1臺，處理量60~100kgDS/h，N=1.2kW。
3.7 除臭單元
除臭單元為生物滴濾一體化除臭裝置，包括單體加蓋密封、收集管道、生物濾池。在所用生化處理設(shè)施上加蓋抽風(fēng)，水處理車間安裝抽風(fēng)機(jī)。管道采用玻璃鋼，生物填料塔吸收凈化臭氣。離心風(fēng)機(jī)2臺，1用1備，Q=12000m³/h，H=2.2kPa，N=15kW。生物濾池尺寸6m×7m×2m，總池容84m3。循環(huán)泵流量20.0m3/h，揚(yáng)程100kPa，功率1.5kW。
4、運(yùn)行效果
該工程于2023年5月投入試運(yùn)營。調(diào)試期間出現(xiàn)的主要問題及解決措施：
①物化兩級電滲析的濃室出水COD濃度較高，對后續(xù)MVR分鹽單元產(chǎn)品硝酸鈉純度有一定影響，調(diào)整電壓電流后，濃水COD下降至設(shè)計(jì)值（<1500mg/L）。
②UASB單元出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，通過控制進(jìn)水負(fù)荷并投加氫氧化鈉得以解決。
經(jīng)過5個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，各處理單元出水水質(zhì)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行至今。該系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到河南省《化工行業(yè)水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB41/1135—2016）和園區(qū)污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)。
2023年10月—12月各處理單元監(jiān)測數(shù)據(jù)均值如表2所示。
5、經(jīng)濟(jì)分析
5.1 投資成本
該工程占地3900m2，總投資2089.17萬元，其中土建費(fèi)442.82萬元，設(shè)備費(fèi)1287.6萬元，安裝費(fèi)87.01萬元，設(shè)計(jì)調(diào)試費(fèi)120萬元，其他費(fèi)用151.74萬元。
5.2 運(yùn)行成本
運(yùn)行成本按高鹽、高COD生產(chǎn)廢水125m3/d計(jì)算，包括藥劑費(fèi)、電力費(fèi)、人工費(fèi)、維修費(fèi)、其他費(fèi)用。
①藥劑費(fèi)（見表3）合計(jì)0.39元/m3。
②電費(fèi)的統(tǒng)計(jì)裝機(jī)總?cè)萘繛?/span>901.1kW，其中超濾、電滲析、蒸發(fā)結(jié)晶工藝后續(xù)單獨(dú)核算運(yùn)行成本。預(yù)處理、生化處理、除臭、污泥處理等裝機(jī)功率191.6kW，用電負(fù)荷系數(shù)按0.80計(jì)，實(shí)際功率153.3kW，則電耗為29.5kW·h/m3，按當(dāng)?shù)鼐C合電價(jià)0.52元（/kW·h）計(jì)，則電費(fèi)為15.34元/m3。
③人工費(fèi)按平均3500元（/月·人）、勞動(dòng)定員15人計(jì)，為14元/m3。
④維修費(fèi)按固定資產(chǎn)價(jià)值的1.5％計(jì)，為0.41元/m3。
⑤超濾部分運(yùn)行功率3kW，電耗0.5kW·h/m3，電費(fèi)0.26元/m3，包括膜更換費(fèi)用（更換率20%，2萬元/a），合計(jì)運(yùn)行成本為0.78元/m3。
⑥電滲析總運(yùn)行功率330kW，能耗48.5kW·h/m3，電費(fèi)25.22元/m3，包括膜更換費(fèi)用（使用壽命2年，40萬元/a），合計(jì)運(yùn)行成本為34.07元/m3。
⑦蒸發(fā)結(jié)晶部分運(yùn)行功率370kW，電費(fèi)37元/m3；蒸汽量250kg/h，蒸汽單價(jià)200元/t，蒸汽費(fèi)9.6元/m3；冷卻水20m3/h，補(bǔ)水10m3/d，水價(jià)5元/m3，冷卻水價(jià)0.4元/m3，合計(jì)運(yùn)行成本為47元/m3。
⑧其他費(fèi)用按以上費(fèi)用的10％計(jì)算，共11.38元/m3。
綜上所述，運(yùn)行成本為123.37元/m3。回收硝酸鈉約10t/d，單價(jià)1600元/t，收益576萬元/a，沼氣約3000m3/d用于熱水鍋爐，節(jié)約燃煤費(fèi)用約61萬元/a，扣除運(yùn)行費(fèi)用，收益約82萬元/a，效能收益17.97元/m3，經(jīng)濟(jì)效益良好。
6、結(jié)論
工程實(shí)踐表明，采用磁混凝沉淀+機(jī)械過濾+超濾+兩級電滲析+（濃水）壓汽蒸發(fā)（MVR）+（淡水）三級UASB+A/O組合工藝處理高鹽、高COD化工廢水，工程總投資為2089.17萬元，運(yùn)行成本為123.37元/m3，效能收益為17.97元/m3，經(jīng)濟(jì)效益良好；核心工藝兩級電滲析將高鹽（硝酸鈉）與COD分離，消除了后續(xù)生化處理單元的高鹽環(huán)境，提高了高鹽、高COD廢水的可生化性，使得三級UASB+A/O組合工藝能夠有效去除高濃度COD；整個(gè)工藝對原水COD、TN、TP的總?cè)コ史謩e為99.73%、99.79%、85.71%，出水水質(zhì)達(dá)到河南省《化工行業(yè)水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB41/1135—2016）和某園區(qū)南部組團(tuán)污水處理廠納管標(biāo)準(zhǔn)。（來源：河北工程大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北省水污染控制與水生態(tài)修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新中心，污水處理及資源化利用河北省工程研究中心，冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北利仕化學(xué)科技有限公司）
