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UASB厌氧反应器技术在石油化工企业高浓度废水预处理中的应用

光博环保 2020-03-23

摘要：石油化工企业高浓度生产废水的处理是国内外废水处理领域的一个难题。介绍了采用上流式厌氧污泥反应器对高浓度石化废水进行预处理的新方法, 包括高浓度己内酰胺废水预处理工艺设计、预处理工艺流程和调试运行结果等。
  关键词：UASB厌氧技术，IC厌氧处理技术，上流式厌氧污泥反应器, 高浓度废水, 预处理
  　化工生产过程中, 高浓度有机废水中的化学需氧量COD、生化需氧量BOD 等含量高, 毒害性大,如不处理会对环境带来严重的污染。传统的厌氧硝化装置作为有机废水的预处理手段, 存在效率低、投资大、停留时间长、后续处理投资大且吨水处理综合成本高等缺点, 难以做到稳定达标排放。20 世纪70 年代, Wageningen 农业大学的G. Lettinga 等研究开发了上流式厌氧污泥床反应器(简称UASB 反应器) 用于有机废水处理。这种方法利用微生物聚集、结块性能, 使微生物聚集成颗粒, 形成了具有良好性能的污泥颗粒, 大大提高了污泥浓度(菌体浓度) ,因而提高了反应器的效率和负荷。
  UASB 反应器的特点是: (1) 反应器内污泥浓度高, 一般平均污泥质量浓度为30～40g/L；(2)有机负荷高, 水利停留时间短, 中温消化, COD的容积负荷一般为10～20 kg/ (m3·d)；(3) 反应区内设三相分离器, 被沉淀区分离的污泥能够自动回流到反应区； (4) 无混合搅拌设备；(5) 污泥床内不填载体, 可节省造价及避免堵塞。
  因而该反应器在世界上得到了重视和应用。但是, UASB 反应器启动过程耗时长, 对颗粒污泥的培养条件要求严格, 因此尽管UASB 技术历史较长, 但多用于生活污水处理、部分高浓度有机废水、废料的处理以及以农产品为原料工业的生产废水的处理。UASB 技术在石油化工混合废水处理方面的应用才刚刚起步, 有关报道甚少。
  国内某石化厂原建有一套A/ O 废水处理装置,主要用于处理己内酰胺和帘子布生产过程中产生的工业及生活污水, 这些污水中含有多种有机物, 如环己酮、环己烷、环己醇、苯、环己酮肟、有机酸、己内酰胺、氨氮等, 另外, 几股己内酰胺高浓度废水由于含有环己烷、己内酰胺、甲苯、硫酸盐等抑制性物质, 同时具有污染物浓度高、酸性强的特点, 成为难以处理的高浓度废水。原有的处理方法难以从根本上解决处理效果不稳定等问题, 如何处理在国内外都是一个技术难题。
  针对生产过程中产生的高浓度废水, 该厂于1992 年建成一套A/ O 废水处理装置, 通过利用现有UASB 技术于1999 年对原废水处理工艺流程进行变革性的改造。对己内酰胺生产装置所排放的几股高浓度生产废水用UASB 技术进行预处理, 以降低对后续A/ O 处理系统的负荷冲击, 为己内酰胺装置持续扩能改造创造了条件。
  1、UASB 反应器的原理
  UASB 反应器包括进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。整个厌氧系统还包括沼气的收集和利用系统。其主体部分是一个无填料的空容器, 内装一定数量的厌氧污泥(种污泥) 。反应器上部设置了三相分离器, 它是反应器最重要的设备,用于气- 液- 固相物体的分离。分离器下部是反应区(亦称发酵区) 上部是沉淀区, 中部则根据污泥的分布分为污泥层(亦称污泥床) 与悬浮层。
  反应器工作时, 废水用泵送至UASB 反应器底部以一定流量进入UASB 反应器, 向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在污水与污泥颗粒的接触过程中, 料液污泥菌体得以充分接触并进行生物降解产生沼气。沼气向上流动引起内部循环, 附着在沼气上的污泥随沼气向反应器顶部上升, 碰击到三相分离器气体反射板, 引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后, 污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面, 气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。一些污泥颗粒会经过分离器缝隙进入沉淀区。由于三相分离器的作用, 使混合液中的污泥有沉淀分离和再絮凝的环境, 有利于提高污泥的沉淀性能, 并会有足够的污泥量来消化废水中可溶性有机物, 有机负荷和去除效率都较高。厌氧出水从反应器上部集水槽排出, UASB 反应器中产生的沼气从反应器顶部排出。UASB 反应器示意图见图1 。
    UASB技术在石油化工企业高浓度废水预处理中的应用_爱我环保学社(1)

  1 —污泥- 水混合物入口; 2 —气体隔板; 3 —沉淀污泥回流孔
  2、高浓度废水预处理工艺设计
  2.1 　设计水量及水质
  工厂进入预处理系统的高浓度废水主要有7种, 具体水量水质见表1 。
  表1 　高浓度废水的水量水质表

来源	COD mg/L	BOD mg/L	SS mg/L	NH3 —N mg/L	SO42 - mg/L	Cl mg/L	pH 值	水温 ℃	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	常温	4.2
4	3800	5301	150	18.1	13.3		8.2	常温	7
5	73000	13250	1345	4382.3	11853		5.2	90	4
6	3000	429	9			21.1	7.1	常温	3
7	10000								10

  根据表中水量水质情况进行加权平均, 考虑不均匀系数与耐冲击水量的要求, 设计水量按实际平均流量的115 倍考虑, 确定设计水量水质条件如下。
  (1) 设计水量　75 m3/ h 。
  (2) 设计水质　COD 为11 000 mg/ L ; BOD 为5 000 mg/ L ; SS ≤150 mg/ L ; NH3 —N 为470 mg/L ; SO42 -为1 000 mg/ L ; Cl - 为200 mg/ L 。
  2.2 处理后的水质要求
  为有效降低后续好氧系统的处理负荷, 节约能耗, 确保废水处理稳定达标, 确定设计处理后的水质要求为:
  进水COD ≤8 000 mg/ L 时, 预处理出水COD去除率为85 %以上;
  进水COD > 8 000 mg/ L 时, 预处理出水COD≤1 500 mg/ L 。
  2.3 预处理工艺流程
  高浓度废水预处理工艺流程简图见图2 。
    UASB技术在石油化工企业高浓度废水预处理中的应用_爱我环保学社(2)

  图2 　高浓度废水预处理工艺流程简图
  预处理系统包括粗格栅、细格栅或水力筛、沉砂池、调节(酸化) 池、营养盐和pH 值调控系统。格栅和沉砂池的目的是去除粗大固体物和有机的可沉固体, 保护反应器的布水管免于堵塞。废水进入综合调节池后, 用低压蒸汽调温至(35 ±2 ) ℃, 用液碱调pH 值至5.5～6.5。然后用泵提升至UASB 反应器。产生的沼气进入集气罐,可作为锅炉的辅助燃料, 出水经二级沉淀后进入后续(好氧系统) 工序进行深度处理。污泥用泵回流到综合调节池, 再与废水一起进入UASB 反应器。
  2.4 　主要构筑物和设备
  2.41 综合调节池
  实际废水水量与水质不均匀性很强, 设置综合调节池进行均衡, 同时调整pH 值, 并通入低压蒸汽保证废水后续中温厌氧的温度要求。综合调节池利用原有的一组好氧池进行改造而成, 有效容积为1 100 m3 。提升泵两台, 一用一备, 设计参数为Q = 165 m3/ h , H = 29 m。
  2.42 UASB 反应器
  <font color="#000"><font face="Tahoma, Helvetica, Arial, sans-serif "><font style="font-size: 12px"><font style="font-size: 14px">厌氧UASB 反应器采用中温厌氧反应, 温度控制范围为30～38 ℃。设计两座UASB 反应器,并联运行, 利用罐结构, 单座尺寸为< 10 m ×15m。配套水封罐两个, 尺寸为

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