己内酰胺生产废水处理系统设计探究

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　　摘  要：现有项目需要进行己内酰胺生产废水处理系统设计工作，通过设计成功处理这种组成复杂的废水，在实际的废水处理系统中，重点针对双氧水废水、肟化废水和离交废水进行预处理，分别运用了气浮分离技术与酸解还原技术，处理综合水时运用两级生化工艺技术，进行深层处理，最终出水水质达到预设标准，设计方案具有可用性，成功地完成了处理己内酰胺废水的任务。
　　关键词：己内酰胺;化工废水;处理系统;设计要点
　　中图分类号： TQ31        文献标志码：A
　　1 工程概况
　　现有山东华鲁恒生化工股份有限公司30萬吨/年酰胺及尼龙新材料项目，该项目投资资金超过亿元，主要原料为氢气与苯，主体建设部分包括已内酰胺、环己酮与环己醇装置，同时还需进行配套建设，包括硫酸、甲酸、双氧水装置。污水处理站也是配套装置，服务费用与乙供设备造价共计2 700万，处理量可达到8 600 m3/d，需结合该项目的主要技术难点来进行己内酰胺生产废水的处理系统的设计工作。
　　2 废水成分分析
　　该废水具有复杂水质，包括四股废水，分别为综合废水、肟化废水、双氧水废水和离交废水，所有的水都经过了极为复杂的化工反应，水质各不相同，水质水量均有较大的波动，己内酰胺废水中还含有不少磷酸盐、硝酸盐、氨氮、氧化物以及苯环等，包括无机物与有机物，考虑到废水中的总磷、总氮以及大量的COD等，需合理设置治理标准。废水水质内各种污染指标浓度均相对偏高。
　　3 标准确立
　　出水需要符合山东梅河的二级排放标准，整体设计则运用化工标准。废水中关键的污染物质浓度偏高，COD处于3 000 mg/L～6 000 mg/L，氨氮范围300 mg/L～500 mg/L，总氨范围为500 mg/L～1 000 mg/L，有机氮为100 mg/L～200 mg/L，总磷多处于双氧水废水中，不同的装置的数据差偏大，具体范围为200 mg/L～500 mg/L。标准中，COD要求达到60 mg/L，处理程度应满足98.5%，总氮处理需达到20 mg/L，处理程度应当满足96.5%，总磷要求达到0.5 mg/L，处理程度应满足97.5%[1]。
　　4 工艺应用
　　4.1 A/0工艺
　　该项目处理己内酰胺生产废水时，采用A/O工艺去除总氮，并A/O工艺的厌氧段具有脱氮功能，开展己内酰胺生产废水处理工作期间，考虑进水氨氮为550 mg/L，废水中碳氮占有率不高的特点，采用二段A/O+一段A/O的生化设计方式，以达到该项目要求的去除总氮效果，采用缺氧好氧工艺法，将A段设计为厌氧段，去除己内酰胺生产废水中的磷和氮，达到脱磷脱氮的目的，缺氧段介于好氧段与厌氧段之间，在缺氧条件下，利用异氧菌的反硝化作用能够有效处于去除好氧回流中的NO3-，将其还原成为分子态氮N2，达到有效去除生态中总氮的目的。另外，该项目设置缺氧池的目的主要降低好氧池的荷载，避免好氧池投入使用后出现污泥膨胀情况;运用易氧菌的反硝化作用去除己内酰胺生产废水中的总氮，设计人员综合考虑后，选择在好氧处理工艺采用缺氧处理工艺，以提升两级生化处理效果[2]。
　　4.2 臭氧氧化
　　该项目废水经由一级A/O工艺之后，可以进行生化处理的有机物质得到降低，COD显示废水中的有机物分子大部分都具有难生化讲解的特点，废水进行二级A/O进水时可生化性大幅度降低，二级A/O处理单元的COD降解效果没有达到预期，该项目设计人员在二级A/O进水前端加设一套臭氧氧化装置，经由一级A/O生化处理之后，废水中会残留很多难以生化降解处理的有机大分子，臭氧氧化装置能够对有机大分子进行开环断链处理，以达到提升二级A/O进水生化性的目的，提高二级A/O进水的可降解效率，降低出水的COD。同时，臭氧氧化装置还能降低后续己内酰胺生产废水处理单元的压力[3]。
　　5 污水处理系统设计
　　5.1 工艺流程设计
　　通过多个预处理系统对一些废水存在可生化性差的问题进行解决，结合废水具体特点来进行预处理，使难降解的有机物被解决。主体生化工艺应用中，最大程度地将总氮与COD消减，精准控制生化处理出水指标，强化整体运行稳定程度。废水被输送到深度处理系统中，其中有机物都属于难以降解的物质，通过深度生化路线与改性路线来完成处理，在进行改性处理的同时，发挥出微污染生化设备的作用，对深度处理加以协调，达到最终处理目标。
　　在该项目中，已内酰胺废水的不少成分的可生化偏差，B/C范围为0.1～0.2，属于难生化类废水;四股水在调节池与事故池中停留时间应超过24 h，以此对运行状态进行保持，依照具体水的水质，来对预处理系统进行设置。首先对肟化废水与离交废水实施酸解还原，将B/C比值提升，通过运用双氧水对废水的原有pH值实施调节，通过气浮系统之后，废水进入到综合调节池中，借助工艺技术将B/C提升，同时实施生化技术，提升去除率。
　　四股水混合后的综合废水处理工艺流程为：初沉+水解酸化+升流式厌氧+一级两段AO+二沉+混凝沉淀+臭氧催化氧化+二级AO+三沉+混凝沉淀。
　　5.2 预处理系统设计
　　针对肟化废水，其含有较多的杂环以及偶氮等难以降解生化的有机物，因此生化性偏差，需要实施预处理，提升B/C比值，将部分COD去除，使之后生化处理均可以正常实施。目前国内常见的己内酰胺行业肟化废水预处理技术为酸解还原技术，将肟化废水输送到调酸反应罐，加入偶氮类与多环类有机物，同时还要运用浓硫酸，形成酸解反应，降解废水的大分子类物质，COD的实际去除率降低至35%，酸解可以将偶氮类与多环类别的有机物去除，其均难以降解，提升B/C的效果也是非常明显的，虽然去除COD的效果比较差，但是优势体现在B/C的提升上。B/C超过0.3，生化出水的整体COD量为100 mg/L～130 mg/L。运用铁碳芬顿技术时，生化出水量范围是90 mg/L～120 mg/L，运用纯粹加酸还原技术时，总体生化出水量范围是100 mg/L～130 mg/L。该项目选择预处理系统技术时，考虑到运行费用、投资、最终处理效果后，最终选择酸还原作为己内酰胺生产废水的预处理工艺。 　　针对双氧水废水实施预处理，双氧水设备形成废水具有独特的特点，污染物浓度存在变动，废水偏酸性，石油类物质浓度、CODCr值均比较高，废水之中还存在一定的过氧化氢。装置区域安装了多级分离隔油装置，对其进行隔油处理之后进行外送。气浮池通过排水与给水工艺技术，去除油脂，同时也能够将微小型悬浮物精准去除，主要运用气浮分离技术，组合气浮不需占据过多的使用空间，可节省电能消耗，操作比较简单[4]。
　　针对综合废水使用生化技术，这种技术在水处理的过程中具有较高的使用频率，其需要的实际运行成本也不多，针对氨氮量与COD比较多的工业废水，需将多个生化工艺结合应用。在生化处理系统，重点关注水解厌氧环节，预处理环节虽然已经对肟化废水实施了处理，但是综合废水的B/C比值偏低，必须提升AO系统的反应效率，在此水质条件中，进行水解可以对B/C进行提升，应用双重厌氧技术，启动内循环式升流型厌氧污泥池，同时运用水解酸化技术，强化系统具备的耐冲击性，对生化风险实施控制，对A/O生化系统的原有负荷进行缩减，对高浓度的COD造成的短时冲击加以规避。
　　在处理综合废水时，不能忽视总氮的处理需要，通过A/O技术对总氮加以去除，厌氧系统本身也具备脱氧的作用，进水氨氮量统计是550 mg/L，碳素比偏低，选择的生化模式为二段A/O加一段A/O，A/O工艺法是好氧缺氧工艺技术，A为厌氧段，可除磷脱氮，好氧池能够对氨氮与COD进行降解，运用反应器中的好氧微生物消减氨氮与COD，同时还有硝化的作用，氨氮经过氧化可以转变为硝态氮与亚硝酸氮，硝酸菌与亚硝酸菌共同发挥了作用。氧化氨氮完成后，硝化液通过回流的方式回到缺氧池中，去除总氮。
　　5.3 深度处理综合水
　　完成一级的生化处理后，可以被生化处理的有机物量缩减，但是还需关注到难以生化降解的有机物分子，其会使二级A/O进水的可生化性产生负面转变，影响到最终降解COD的效果，因此选择在二级A/O进水系统的前端部位安装臭氧氧化设备，对有机物性大分子物质实施断链开环处理，提升进水的实际可生化性，二级A/O处理即可形成更高的降解COD效率，将出水COD减少，避免后续处理单元中形成过高的运行压力。将A/O技术当作生化处理环节中的主体技术进行应用，二级A/O存在难以培养污泥、缺少碳源，B/C比值偏低。因此选择从外部投加碳源，同时废水中存在的水解BOD也能够发挥出碳源的作用，将总氮与COD去除。在好氧装置形成的回流污泥之中添加生物载体，含炭型污泥内部的生物载体具有吸附作用，活性污泥内部的微生物同样具备附着作用，均能够在去除污染物时发挥效用。生物载体的使用难度低，价格不高，但能够切实地强化最终的生化结果，将二级A/O技术所具备的生化性增强。
　　在末端处理环节中主要应用沉淀混凝技术，将混凝剂添加到废水中，混凝剂发挥出电解质的效用，在废水中呈现胶团状态，胶体物质与其接触之后，将形成电中和现象，产生绒粒沉降的结果。通过混凝沉淀技术将细小粒径的悬浮颗粒去除，解决有机物、微生物、油分以及出色度方面的问题，出水即可达到预设指标。
　　5.4 保温系统设计
　　针对项目所处的位置，需要进行保温工作，设置保温系统。水解酸化池应当建设到均质池上，其要求污水形成比较高的温度，约为30℃，需要将装置建设到室内环境中，设置采暖装置，强化门窗密封性，应用透气装置。针对接触氧化处理装置，需要将压缩空气输入到污水中，热空气可以调节水温，需对池体实施保温工作，池口保持通透，对池底进行保温，连接氧化池体进行密封，内衬使用保温材料，应用采暖设施。
　　6 系统调试与运行效果分析
　　该项目系统调试阶段，针对系统运行效果进行了90 d的连续监测。
　　6.1 对COD的去除效果
　　系统运行过程中进、出水COD的变化及去除率如图1所示。由图1可以看出，15 d以后出水COD浓度在210 mg/L～495 mg/L，平均值为321 mg/L，COD去除率稳定在89%～95%。
　　6.2 对NH3-N的去除效果
　　系统运行过程中进、出水氨氮浓度变化及去除率如图2所示。
　　由图2可知，随着进水COD浓度提高，增加了系统的C/N比值，促进了硝化反硝化的效果，保证了出水达标排放。系统稳定运行后，出水NH3-N浓度稳定在6.6 mg/L～9.8 mg/L，去除率为84%～89%。
　　6.3 对SS的去除效果
　　运行过程中进、出水SS浓度变化及去除率如图3所示。
　　由图3可知，在原料泄漏后出水SS浓度及去除率并未发生较大波动，出水SS浓度稳定在62 mg/L～86 mg/L，去除率为80%～87%。
　　7 结语
　　该文主要结合某废水处理项目，对处理己内酰胺废水的处理系统设计进行研究，确定废水处理问题以及处理系统的基本设计要点，针对成分复杂的水质，分别针对肟化废水、双氧水废水实施预处理，通过生化工艺来处理综合废水，同时也考虑了系统保温的需求，成功地完成了己内酰胺废水处理任务，使出水达到相应标准，由此可以确定该废水处理系统设计方案的可行性。
　　参考文献
　　[1] 商欢涛，叶露阳，邓丽军，等.己内酰胺生产废水处理研究[J].化工设计通讯，2019，45（9）：153-154.
　　[2] 付林忠.氨肟化法己内酰胺生产废水处理技术研究及应用现状[J].信息记录材料， 2018， 19（11）：247-248.
　　[3]肖銘.我国己内酰胺废水和废液处理技术研究进展[J]. 精细与专用化学品， 2019（7）：40-42.
　　[4]李宁.己内酰胺化工废水处理工程处理实例[J].建材与装饰， 2019（17）：123-125.
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