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上海化学工业区污水处理厂PACT处理工艺设计


上海化学工业区污水处理厂 PACT 处理工艺设计
作者:钱月琴 [ 2006-03-05 ]

摘要:上海化学工业区污水处理场(简称 WTP)接纳的污水组成成份复杂,排放的不确定性因素较 多,浓度和负荷变动幅度大,但污水基本属可生化处理的,因而采用 SBR/LD-PACT 工艺,以适应和 满足运行方式灵活、应变能力较强、出水达标率较高的要求。SBR/

LD-PAC 工艺,由上海石化环境保 护研究所开发的低剂量粉末活性炭处理工艺(LD-PACT),并结合序批式反应器(SBR)的基本工艺 路线,使废水处理达到最满意的处理效果。 关键词:处理工艺;SBR/LD-PACT 工艺;废水处理

上海化学工业区(简称 SCIP)是上海市市级工业区,其开发建设是化工产业结构调整的战略部署, 是市业实现可持续发展的重大决策,也是环境综合整治的战略转移。化工区总占地面积为 23.4 平方 公里,其中一期工程占地 10 平方公里,一期工程分二阶段建设,第一阶段的生产装置将是陆续建成 投入使用,在 2002 年先期投产的项目有高化 20 万吨/年苯酚丙酮装置,天原化工的 PVC 装置,拜耳 公司的双酚-A 装置和多聚异氰酸酯装置。 根据国家环保“三同时”的政策规定, 为了满足先期投产项目 的生产废水、 生活污水的处理达标排放, 需同期建设相应的 SCIP 污水集中处理场 (WTP) , 并在 2002 年 12 月建成投入生产运行,为 SCIP“持续、快速、安全、健康”的发展要求提供保障。 1 水量水质状况及分析 1.1 水量状况 各生产装置工业污水水量的分布状况见表 1-1。 表 1-1 各生产装置的工业污水水量状况表

生产装置名称

污水量(m3/h)*

百分比(%)

高化苯酚丙酮

157.4

78.7

天原 PVC

25.0

12.5

拜耳双酚-A

17.0

8.5

拜耳多聚异氰酸酯

0.5

0.3

合计

199.9

100.0

* 未计算初期雨水量。

除上述工业污水 4800m3/d(199.9m3/h)外,估计施工期生活污水量约为 500 m3/d(按每套装置 500 人× 50 升/人.日× 20 套装置同时施工计),再考虑到其它不确定因素及初期雨水,并预留适当的余 量,本装置的生产规模确定为日处理量 7000 m3。 1.2 水质状况及分析 排入上海化学工业区污水场的各装置的排放废水,其主要污染物状况见表 1-2、表 1-3。 表 1-2 工业污水各污染物量排放分布状况(排放标准有明确规定)
拜耳多 聚 合 计算的平 均混合浓度 异氰酸 酯 计 (mg/L)

装置

高化 苯酚丙酮

天原

拜耳

PVC

双酚 -A

项目

排放量

m3/h

157.4

25.0

17.0

0.5

199.9

Kg/h CODCr %

94.00

13.075

3.910

0.075 /18.300

111.060 /129.285 555.58 /646.75

84.6

11.8

3.5

0.1

100

Kg/h BOD5 %

36.45

3.725

2.907

0.028 /6.660

43.110 /49.742 215.66 /248.83

84.6

8.6

6.7

0.1

100

Kg/h 石油类 %

0.006

0.067

0.074 0.37

8.1

91.9

100

Kg/h 苯酚 %

0.405

0.009

0.414 2.07

97.8

2.2

100

Kg/h 悬浮物 %

1.800

0.595

2.395 11.98

75.2

24.8

100

Kg/h 氨氮 %

0.490

0.490 2.45

100

100

Kg/h 甲醛 %

2.16

2.160 10.81

100

100

Kg/h 甲醇 %

2.70

0.748

3.448 17.25

78.3

21.7

100

Kg/h 苯 %

0.011

0.011 0.055

100

100

表 1-3 工业污水各污染物量排放分布状况(排放标准无明确规定)

装置

项 目

高化苯酚 丙酮

天原 PVC

拜耳 双酚-A

拜耳多聚 异氰酸酯





计算的平均混合 浓度(mg/L)

排放量

m3/h

157.4

25.0

17.0

0.5

199.9

丙酮

Kg/h

16.20

1.39

17.59

88.01

异丙苯

Kg/h

1.08

1.08

5.40

CHP

Kg/h

0.54

0.54

2.70

DBNA

Kg/h

0.54

0.54

2.70

AP

Kg/h

0.54

0.54

2.70

轻酮类

Kg/h

1.62

1.62

8.10

羟基酮

Kg/h

54.00

54.00

270.14

甲异丁酮

Kg/h

0.009

0.009

0.045

双酚-A

Kg/h

0.009

0.009

0.045

乙酸丁酯

Kg/h

0.01 /2.35

0.01 /2.35

0.05

/11.63

乙酸乙酯

Kg/h

0.026 /6.40

0.026 /6.40

0.13

/31.02

新戊酸和催 化剂

Kg/h

0.003 /0.55

0.003 /0.55

0.015

/2.75

尿素

Kg/h

0.005 /1.10

0.005 /1.10

0.025

/5.50

Na2SO4

Kg/h

264.60

264.60

1323.66

从表 1-2 和表 1-3 初步可以看出,在 WTP 进水中,无论是污水量还是各种污染物数量均主要来自 高化苯酚丙酮装置。 从排放的污水量角度而言, 苯酚丙酮装置占全部四套装置排水量的 78%,是 WTP 的主要污水来源。 从污染物总量角度而言,苯酚丙酮装置同样占全部四套装置排放污染物总量的绝大部分,其中 对排放标准有明确规定的 CODCr、 BOD5 各占全部总量的 72.9%和 84.6%, 甲醇为 78.3%, 苯酚为 97.8%, 甲醛为 100%。此外,在排放标准中无明确规定的污染物,如丙酮、异丙苯、CHP、DBNA、AP、轻 酮类、羟基酮等几乎都来自苯酚丙酮装置。 1.3 进水水质的可处理性初步分析 对于污水中的若干主要污染物,根据有关资料提供的可氧化性和可吸附性状况见表 1-4。 表 1-4 若干污染物的可处理性分析*

可氧化性 序号 污 物 染 分 量 子 溶解度 (%) BOD5 (mg/mg) CODCr (mg/mg) 原水 浓度

可吸附性

去除率 (%)

活性炭吸附容 量(g/g)

(mg/L)

1

苯酚

94.0

6.7

2.00

3.20

1000

80.6

0.161

2

甲醛

30.0



0.33~1.06

1.06

1000

9.2

0.018

3

甲醇

32.0



0.76~1.12

1.42

1000

3.6

0.007

4



79.1

0.07

0~1.20

1.60

416

95.0

0.080

5

丙酮

58.1



0.31~1.63

1.63~2.00

1000

21.8

0.043

6

乙酸乙酯

88.1

8.70

0.29~0.86

/

1000

50.5

0.100

7

乙酸丁酯

116.2

0.68

0.15~0.52

/

1000

84.6

0.169

* 参考有关资料的数据,可供参考 从表 1-11 可以看出,按业主和各企业单位提供的排放水水质资料,若各污水达到完全混合状态, 平均计算浓度为: CODcr=550~650 mg/L BOD5=220~250 mg/L BOD5/CODcr≈0.39 按一般的经验判断,污水的 BOD5/CODcr 比值≥0.3,可认为是可生化的,本工程排放的污水 BOD5/CODcr≈0.39,采用生化处理工艺应当是可行的。 从表 1-2 和 1-3 可以看出,本工程排放污水中的若干主要污染物,如苯酚、甲醛、甲醇、苯、丙 酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等均具有不同程度的可氧化性。至于羟基酮、轻酮类、CHP、DBMA、AP 等因具体名称不详,无从查证,但从其功能基因可以看出:酮基、羟基的生化反应活性在有机物各基 因生物降解排序中名列前茅,可通过生物降解生成酸类,再通过有机酸的 β-氧化和三羧酸循环等途径 最终生成 CO2 和 H20,并提供生物活动所需的能量。 从表 1-4 也可以看出,本工程排放污水中的若干主要污染物均可由活性炭不同程度吸附,其中活 性炭对于苯、苯酚、乙酸乙酯、乙酸丁酯等吸附状况均较好,对于这一特性也可以在选择污水处理工 艺中加上充分的利用。 2 处理工艺 2.1 PACT 工艺简述 低剂量粉末活性炭处理工艺(Low Dose-Powdered Activated Carbon Treatment Process),简称 LD-PACT。本工艺沿用 PACT 工艺基本图式,按我国国情和条件,由上海石油化工股份有限公司环 境保护研究所开发,具有 LD-PACT 技术软件包支持的废水处理专用技术。低剂量粉末活性炭处理工 艺(简称 LD-PACT)为上海市科技成果,登记号 931900674,登记日 1990 年 07 月。 在反应池中,活性炭(PAC)与活性污泥结合,有效增强废水的处理效果,其有关参数见下: (1)1 克 PAC 储氧能力 500-700mg 可吸附 20-200mg CODcr (2)[PAC-AS]絮体直径可达 100-400?,沉降性能显著改善 (3)脱水性能有很大改善: 比阻[AS+PAC]<[AS],降低 22-56%, 过滤产率[AS+PAC]>[AS]提高 14-52%

(4)COD 绝对去除量:

[AS+PAC]>[AS]+[PAC]

[AS+PAC]=(1.19~1.34)[AS] [AS+PAC]=(1.38~3.46)[PAC] (5) 反应速率常数 K : [AS+PAC]=2.33[PAC]

[AS+PAC]=1.40[AS] 2.1 SBR/LD-PAC 工艺 SBR/LD-PAC 工艺, 由上海石化环境保护研究所开发的低剂量粉末活性炭处理工艺 (LD-PACT) , 并结合序批式反应器(SBR)的基本工艺路线,使废水处理达到最满意的处理效果。 在 SBR 生物反应器中投加活性炭后可利用 PAC 在进水阶段的吸附作用,从而使混合液中有毒难 降解污染物浓度减少,减轻对生物的抑制作用;在反应阶段,被 PAC 吸附的有机物通过生物解吸, 降解后得以有效去除, 同时 PAC 再生; 在沉淀闲置阶段, PAC 进一步再生后仍保持一定的活性; PAC 本身也为生物的生长提供很大的空间,从而提高 SBR 池内污泥浓度;PAC 表面是高浓度基质、高浓 度氧和高浓度污泥三相共存体系, 为生化反应创造了优越条件, PAC 与污泥之间存在良好的相互作用, 增大了基质的利用率,延长了泥龄,从而提高了处理负荷和处理水质;PAC 与活性污泥结合,是絮体 直径增多,从而提高污泥沉降性能,并且也增强了污泥的脱水性能。因此,上海化学工业区污水场采 用 SBR/LD-PAC 工艺,可以预见取得很好的处理效果。 2.2 工艺流程 上海化学工业区 7000 m3/d 污水处理装置工艺流程,详见图 6-1: 上海化学工业区 7000 m3/d 污水处 理装置工艺流程图。 图 6-1: 上海化学工业区 7000 m3/d 污水处理装置工艺流程图

2.3 主要构筑物及工艺参数 主要构筑物是调节池、酸化池和 SBR 池。调节池和酸化池合建。它们的设计参数见下表 2-1 和 2-2。 表 2-1 调节单元主要工艺参数





工艺参数

有效容积

25m*17.5m*4m(有效水深)

酸化池

停留时间

>10 小时

组合填料

1750 m3

有效容积 混合调节池(苯酚丙酮装 置污水进入) 停留时间

25m*17.5m*4m(有效水深)

>10 小时

有效容积 调节池(全部进水) 混合 停留时间

50m*17.5m*4m(有效水深)

>10 小时

表 2-2

SBR 主要工艺参数一览表





主要参数

进水 COD

(mg/L)

C0 = 700

出水 COD

(mg/L)

Ce = 100

COD 去除率

(%)

η = 85.7

SBR 总容量

(m3)

VT = 14400

座 SBR 反应池



(座)

n=3

每座 SBR 容量

(m3)

V = 4800(75*16*4)

充水比

1/2

1/4

每座 SBR 进水量

(m3)

2400

1200

整个运行周期所需时间

(h)

T = (Tf -Tf’)+Ta+Ts+Tdw+Tu 24 T=12

T=

进水时间 Tf

(h)

2

1

充水同时曝气时间 Tf’ (h)

0~2

0~1

加强曝气时间

Ta’

(h)

6

4

曝气持续时间 周期运行时间 排泥时间 Tds

Ta

(h)

14

8

(h)

1~3

1~2

沉淀时间 Ts

(h)

3

1.5

排水时间 Tdw

(h)

3

1

闲置时间 Tu

(h)

2

0.5

曝气时间比 Ta/T

0.58

0.67

PAC 投加量(以进水量计)(mg/L)

Inf PAC 20

Inf PAC 15

污泥浓度

(g/L)

MLSS = 3.5

MLSS =5.5

混合液

SVI

(ml/g)

≤150

PAC 浓度

(g/L)

0.80

2.2

COD 平均容段负荷(kgCOD/m3 池) 负 荷 COD 平均污泥负荷(kgCOD/kgSS? d)

0.30

0.15

(F/M)re=0.15

(F/M)re=0.08

3 工艺控制 为了使污水处理装置达到设计要求,确保出水指标符合国家排放标准,需对影响处理结果的因素 进行控制。 3.1 进水水质

为保证整个污水处理系统正常有效地运行,保证污水处理厂的出水达标排放,在化学工业区的统 一管理下,各工厂或装置的污水必须达到接管标准后才允许排入污水处理装置。 在正常情况下,即各工厂或装置的污水均达到接管标准后排入污水装置,此时:(1)生活污水、 Bayer 公司废水和 PVC 公司废水进入混合调节池(B110); (2)高桥苯酚丙酮装置废水进入酸化池。 若 Bayer 公司废水或 PVC 公司废水出现异常,水质变差,超出接管标准,应切换闸阀使废水进 入酸化池。 3.2 营养 实际接纳废水中的氮、 磷含量是与生产废水的组成成份和生活污水排入的数量有关, 尚难以确定。 投加氮磷营养物数量,需对实际废水进行实测后方能最终确定。现暂按接纳废水中无氮、磷营养物考 虑。投加的通常要求为:BOD5∶N∶P = 100∶5∶1。根据理论计算,每天需投加尿素(CO(NH2)2) 274kg ,磷酸二氢钠(NaH2PO4· 7H2O)216kg,待处理装置正常后,视出水中氮和磷的指标高低再予 以调整。 3.3 粉末活性炭(PAC) SBR 池中投加低剂量粉末活性炭,利用其特性,有利于提高处理能力、运转稳定、出水水质、减 少污泥量、减少污泥泡沫等等。投加量由工艺运转人员根据实际需要决定。投加时间与投料泵运行同 步。

PAC 投加量(以进水量计)(mg/L)

15

20

30

40

50

一次性投加量 (kg)

36

48

72

96

120

每天需用量

(kg)

108

144

216

288

360

3.4 溶解氧(DO) 污水处理装置的 SBR 池的溶解氧(DO)一般控制在 2 mg/L 左右,酸化池的溶解氧(DO)应控制在 0.5 mg/L 以下。 4 经济分析 WTP 正常运转时,物料消耗见表 4-1 物料消耗表。 表 4-1 物料消耗表

物料名称

消耗量(Kg/d)

粉末活性炭(PAC)

144

尿素

274

磷酸二氢钠

216

PAM

2.52

由于采用低剂量粉末活性炭处理工艺,也无需 PAC 再生装置,所以整体上来说,上海化学工业 区污水处理厂采用的 SBR/LD-PAC 工艺, 与一般的 SBR 工艺的处理成本差不多。 所以从经济角度看, SBR/LD-PAC 工艺是可行的。 5 小结 用 LD-PACT 和 SBR 相结合的处理工艺,对由北京燕山石化公司苯酚-丙酮装置生产废水配制的 模拟上海化学工业区一期工程先期工业废水进行了模型试验。试验结果表明,当进水 CODCr 为 782.4mg/L,泥水比为 1:2,曝气时间为 16h 时,SBR 出水 CODCr 为 63.1~76.5mg/L,出水水质较好, CODCr 均低于 80mg/L,达到水质排放要求。高化苯酚-丙酮装置的生产废水是本污水处理场的主要污 染源,污染物量大,组成成分复杂,可生化性相对较差,生物不可降解或难降解的 CODCr 较高。本试 验采用水解酸化预处理,再通过 LD-PACT 和 SBR 相结合的工艺处理。上海化学工业区 7000m3/d 污 水处理场,除接纳各装置排放的生产废水,按现提供资料约 4800m3/d 左右外,还将接纳各装置排放 的生活污水等。本试验是以模拟工业废水为基础的,因此上海化学工业区 7000m3/d 污水处理场实际 进水的可生化性肯定要好于本试验所配制的模拟废水。可以预见,采用水解酸化及 LD-PACT 和 SBR 相结合的工艺处理上海化学工业区一期工程先期废水,可以达到上海市污水综合排放标准。 参考文献: [1] 王海东、文湘华、钱易.处理难降解有机物的新型 SBR 反应器的发展.环境科学进 展,Vol.7(6):38-43(1999) [2] 刘永淞、陈纯.SBR 法工艺特性研究.中国给水排水, Vol.6(6):5-11(1990) [3] 张自杰 .排水工程[M].中国建设工业出版社,第三版,1990

http://www.studa.net/huanjing/060305/14113010.html


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