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UASB厭氧反應器技術在石油化工企業高濃度廢水預處理中的應用

光博環保 2020-03-23
摘要：石油化工企業高濃度生產廢水的處理是國內外廢水處理領域的一個難題。介紹了采用上流式厭氧污泥反應器對高濃度石化廢水進行預處理的新方法, 包括高濃度己內酰胺廢水預處理工藝設計、預處理工藝流程和調試運行結果等。
  關鍵詞：UASB厭氧技術，IC厭氧處理技術，上流式厭氧污泥反應器, 高濃度廢水, 預處理
  　化工生產過程中, 高濃度有機廢水中的化學需氧量COD、生化需氧量BOD 等含量高, 毒害性大,如不處理會對環境帶來嚴重的污染。傳統的厭氧硝化裝置作為有機廢水的預處理手段, 存在效率低、投資大、停留時間長、后續處理投資大且噸水處理綜合成本高等缺點, 難以做到穩定達標排放。20 世紀70 年代, Wageningen 農業大學的G. Lettinga 等研究開發了上流式厭氧污泥床反應器(簡稱UASB 反應器) 用于有機廢水處理。這種方法利用微生物聚集、結塊性能, 使微生物聚集成顆粒, 形成了具有良好性能的污泥顆粒, 大大提高了污泥濃度(菌體濃度) ,因而提高了反應器的效率和負荷。
  UASB 反應器的特點是: (1) 反應器內污泥濃度高, 一般平均污泥質量濃度為30～40g/L；(2)有機負荷高, 水利停留時間短, 中溫消化, COD的容積負荷一般為10～20 kg/ (m3·d)；(3) 反應區內設三相分離器, 被沉淀區分離的污泥能夠自動回流到反應區； (4) 無混合攪拌設備；(5) 污泥床內不填載體, 可節省造價及避免堵塞。
  因而該反應器在世界上得到了重視和應用。但是, UASB 反應器啟動過程耗時長, 對顆粒污泥的培養條件要求嚴格, 因此盡管UASB 技術歷史較長, 但多用于生活污水處理、部分高濃度有機廢水、廢料的處理以及以農產品為原料工業的生產廢水的處理。UASB 技術在石油化工混合廢水處理方面的應用才剛剛起步, 有關報道甚少。
  國內某石化廠原建有一套A/ O 廢水處理裝置,主要用于處理己內酰胺和簾子布生產過程中產生的工業及生活污水, 這些污水中含有多種有機物, 如環己酮、環己烷、環己醇、苯、環己酮肟、有機酸、己內酰胺、氨氮等, 另外, 幾股己內酰胺高濃度廢水由于含有環己烷、己內酰胺、甲苯、硫酸鹽等抑制性物質, 同時具有污染物濃度高、酸性強的特點, 成為難以處理的高濃度廢水。原有的處理方法難以從根本上解決處理效果不穩定等問題, 如何處理在國內外都是一個技術難題。
  針對生產過程中產生的高濃度廢水, 該廠于1992 年建成一套A/ O 廢水處理裝置, 通過利用現有UASB 技術于1999 年對原廢水處理工藝流程進行變革性的改造。對己內酰胺生產裝置所排放的幾股高濃度生產廢水用UASB 技術進行預處理, 以降低對后續A/ O 處理系統的負荷沖擊, 為己內酰胺裝置持續擴能改造創造了條件。
  1、UASB 反應器的原理
  UASB 反應器包括進水和配水系統、反應器的池體和三相分離器。整個厭氧系統還包括沼氣的收集和利用系統。其主體部分是一個無填料的空容器, 內裝一定數量的厭氧污泥(種污泥) 。反應器上部設置了三相分離器, 它是反應器最重要的設備,用于氣- 液- 固相物體的分離。分離器下部是反應區(亦稱發酵區) 上部是沉淀區, 中部則根據污泥的分布分為污泥層(亦稱污泥床) 與懸浮層。
  反應器工作時, 廢水用泵送至UASB 反應器底部以一定流量進入UASB 反應器, 向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應發生在污水與污泥顆粒的接觸過程中, 料液污泥菌體得以充分接觸并進行生物降解產生沼氣。沼氣向上流動引起內部循環, 附著在沼氣上的污泥隨沼氣向反應器頂部上升, 碰擊到三相分離器氣體反射板, 引起附著氣泡的污泥絮體脫氣。氣泡釋放后, 污泥顆粒將沉淀到污泥床的表面, 氣體被收集到反應器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會經過分離器縫隙進入沉淀區。由于三相分離器的作用, 使混合液中的污泥有沉淀分離和再絮凝的環境, 有利于提高污泥的沉淀性能, 并會有足夠的污泥量來消化廢水中可溶性有機物, 有機負荷和去除效率都較高。厭氧出水從反應器上部集水槽排出, UASB 反應器中產生的沼氣從反應器頂部排出。UASB 反應器示意圖見圖1 。
   UASB技術在石油化工企業高濃度廢水預處理中的應用_愛我環保學社(1)
  1 —污泥- 水混合物入口; 2 —氣體隔板; 3 —沉淀污泥回流孔
  2、高濃度廢水預處理工藝設計
  2.1 　設計水量及水質
  工廠進入預處理系統的高濃度廢水主要有7種, 具體水量水質見表1 。
  表1 　高濃度廢水的水量水質表
  
來源
COD

mg/L
BOD

mg/L
SS

mg/L
NH3 —N

mg/L
SO42 -

mg/L
Cl

mg/L
pH

值
水溫

℃
流量

m3/h
1
29000
8860
 
 
 
 
2.7
60
3
2
580
260
 
171.3
 
 
4.2
40
18
3
3900
3095
190.5
4.3
2.75
2100
12
常溫
4.2
4
3800
5301
150
18.1
13.3
 
8.2
常溫
7
5
73000
13250
1345
4382.3
11853
 
5.2
90
4
6
3000
429
9
 
 
21.1
7.1
常溫
3
7
10000
 
 
 
 
 
 
 
10

  根據表中水量水質情況進行加權平均, 考慮不均勻系數與耐沖擊水量的要求, 設計水量按實際平均流量的115 倍考慮, 確定設計水量水質條件如下。
  (1) 設計水量　75 m3/ h 。
  (2) 設計水質　COD 為11 000 mg/ L ; BOD 為5 000 mg/ L ; SS ≤150 mg/ L ; NH3 —N 為470 mg/L ; SO42 -為1 000 mg/ L ; Cl - 為200 mg/ L 。
  2.2 處理后的水質要求
  為有效降低后續好氧系統的處理負荷, 節約能耗, 確保廢水處理穩定達標, 確定設計處理后的水質要求為:
  進水COD ≤8 000 mg/ L 時, 預處理出水COD去除率為85 %以上;
  進水COD > 8 000 mg/ L 時, 預處理出水COD≤1 500 mg/ L 。
  2.3 預處理工藝流程
  高濃度廢水預處理工藝流程簡圖見圖2 。
   UASB技術在石油化工企業高濃度廢水預處理中的應用_愛我環保學社(2)
  圖2 　高濃度廢水預處理工藝流程簡圖
  預處理系統包括粗格柵、細格柵或水力篩、沉砂池、調節(酸化) 池、營養鹽和pH 值調控系統。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和有機的可沉固體, 保護反應器的布水管免于堵塞。廢水進入綜合調節池后, 用低壓蒸汽調溫至(35 ±2 ) ℃, 用液堿調pH 值至5.5～6.5。然后用泵提升至UASB 反應器。產生的沼氣進入集氣罐,可作為鍋爐的輔助燃料, 出水經二級沉淀后進入后續(好氧系統) 工序進行深度處理。污泥用泵回流到綜合調節池, 再與廢水一起進入UASB 反應器。
  2.4 　主要構筑物和設備
  2.41 綜合調節池
  實際廢水水量與水質不均勻性很強, 設置綜合調節池進行均衡, 同時調整pH 值, 并通入低壓蒸汽保證廢水后續中溫厭氧的溫度要求。綜合調節池利用原有的一組好氧池進行改造而成, 有效容積為1 100 m3 。提升泵兩臺, 一用一備, 設計參數為Q = 165 m3/ h , H = 29 m。
  2.42 UASB 反應器
  <font color="#000"><font face="Tahoma, Helvetica, Arial, sans-serif "><font style="font-size: 12px"><font style="font-size: 14px">厭氧UASB 反應器采用中溫厭氧反應, 溫度控制范圍為30～38 ℃。設計兩座UASB 反應器,并聯運行, 利用罐結構, 單座尺寸為< 10 m ×15m。配套水封罐兩個, 尺寸為

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