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UASB厭氧反應(yīng)器技術(shù)在石油化工企業(yè)高濃度廢水預(yù)處理中的應(yīng)用

光博環(huán)保 2020-03-23

摘要：石油化工企業(yè)高濃度生產(chǎn)廢水的處理是國內(nèi)外廢水處理領(lǐng)域的一個(gè)難題。介紹了采用上流式厭氧污泥反應(yīng)器對高濃度石化廢水進(jìn)行預(yù)處理的新方法, 包括高濃度己內(nèi)酰胺廢水預(yù)處理工藝設(shè)計(jì)、預(yù)處理工藝流程和調(diào)試運(yùn)行結(jié)果等。
  關(guān)鍵詞：UASB厭氧技術(shù)，IC厭氧處理技術(shù)，上流式厭氧污泥反應(yīng)器, 高濃度廢水, 預(yù)處理
  　化工生產(chǎn)過程中, 高濃度有機(jī)廢水中的化學(xué)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(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。傳統(tǒng)的厭氧硝化裝置作為有機(jī)廢水的預(yù)處理手段, 存在效率低、投資大、停留時(shí)間長、后續(xù)處理投資大且噸水處理綜合成本高等缺點(diǎn), 難以做到穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。20 世紀(jì)70 年代, Wageningen 農(nóng)業(yè)大學(xué)的G. Lettinga 等研究開發(fā)了上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(簡稱UASB 反應(yīng)器) 用于有機(jī)廢水處理。這種方法利用微生物聚集、結(jié)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(yīng)器的效率和負(fù)荷。
  UASB 反應(yīng)器的特點(diǎn)是: (1) 反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高, 一般平均污泥質(zhì)量濃度為30～40g/L；(2)有機(jī)負(fù)荷高, 水利停留時(shí)間短, 中溫消化, COD的容積負(fù)荷一般為10～20 kg/ (m3·d)；(3) 反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)三相分離器, 被沉淀區(qū)分離的污泥能夠自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)； (4) 無混合攪拌設(shè)備；(5) 污泥床內(nèi)不填載體, 可節(jié)省造價(jià)及避免堵塞。
  因而該反應(yīng)器在世界上得到了重視和應(yīng)用。但是, UASB 反應(yīng)器啟動(dòng)過程耗時(shí)長, 對顆粒污泥的培養(yǎng)條件要求嚴(yán)格, 因此盡管UASB 技術(shù)歷史較長, 但多用于生活污水處理、部分高濃度有機(jī)廢水、廢料的處理以及以農(nóng)產(chǎn)品為原料工業(yè)的生產(chǎn)廢水的處理。UASB 技術(shù)在石油化工混合廢水處理方面的應(yīng)用才剛剛起步, 有關(guān)報(bào)道甚少。
  國內(nèi)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(nèi)酰胺和簾子布生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)及生活污水, 這些污水中含有多種有機(jī)物, 如環(huán)己酮、環(huán)己烷、環(huán)己醇、苯、環(huán)己酮肟、有機(jī)酸、己內(nèi)酰胺、氨氮等, 另外, 幾股己內(nèi)酰胺高濃度廢水由于含有環(huán)己烷、己內(nèi)酰胺、甲苯、硫酸鹽等抑制性物質(zhì), 同時(shí)具有污染物濃度高、酸性強(qiáng)的特點(diǎn), 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(wěn)定等問題, 如何處理在國內(nèi)外都是一個(gè)技術(shù)難題。
  針對生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(xiàn)有UASB 技術(shù)于1999 年對原廢水處理工藝流程進(jìn)行變革性的改造。對己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置所排放的幾股高濃度生產(chǎn)廢水用UASB 技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理, 以降低對后續(xù)A/ O 處理系統(tǒng)的負(fù)荷沖擊, 為己內(nèi)酰胺裝置持續(xù)擴(kuò)能改造創(chuàng)造了條件。
  1、UASB 反應(yīng)器的原理
  UASB 反應(yīng)器包括進(jìn)水和配水系統(tǒng)、反應(yīng)器的池體和三相分離器。整個(gè)厭氧系統(tǒng)還包括沼氣的收集和利用系統(tǒng)。其主體部分是一個(gè)無填料的空容器, 內(nèi)裝一定數(shù)量的厭氧污泥(種污泥) 。反應(yīng)器上部設(shè)置了三相分離器, 它是反應(yīng)器最重要的設(shè)備,用于氣- 液- 固相物體的分離。分離器下部是反應(yīng)區(qū)(亦稱發(fā)酵區(qū)) 上部是沉淀區(qū), 中部則根據(jù)污泥的分布分為污泥層(亦稱污泥床) 與懸浮層。
  反應(yīng)器工作時(shí), 廢水用泵送至UASB 反應(yīng)器底部以一定流量進(jìn)入U(xiǎn)ASB 反應(yīng)器, 向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床。厭氧反應(yīng)發(fā)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(jìn)行生物降解產(chǎn)生沼氣。沼氣向上流動(dòng)引起內(nèi)部循環(huán), 附著在沼氣上的污泥隨沼氣向反應(yīng)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(yīng)器頂部的三相分離器的集氣室。一些污泥顆粒會經(jīng)過分離器縫隙進(jìn)入沉淀區(qū)。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(huán)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(jī)物, 有機(jī)負(fù)荷和去除效率都較高。厭氧出水從反應(yīng)器上部集水槽排出, UASB 反應(yīng)器中產(chǎn)生的沼氣從反應(yīng)器頂部排出。UASB 反應(yīng)器示意圖見圖1 。
    UASB技術(shù)在石油化工企業(yè)高濃度廢水預(yù)處理中的應(yīng)用_愛我環(huán)保學(xué)社(1)

UASB技術(shù)在石油化工企業(yè)高濃度廢水預(yù)處理中的應(yīng)用_愛我環(huán)保學(xué)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(yù)處理工藝設(shè)計(jì)
  2.1 　設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)
  工廠進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)的高濃度廢水主要有7種, 具體水量水質(zhì)見表1 。
  表1 　高濃度廢水的水量水質(zhì)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(jù)表中水量水質(zhì)情況進(jìn)行加權(quán)平均, 考慮不均勻系數(shù)與耐沖擊水量的要求, 設(shè)計(jì)水量按實(shí)際平均流量的115 倍考慮, 確定設(shè)計(jì)水量水質(zhì)條件如下。
  (1) 設(shè)計(jì)水量　75 m3/ h 。
  (2) 設(shè)計(jì)水質(zhì)　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(zhì)要求
  為有效降低后續(xù)好氧系統(tǒng)的處理負(fù)荷, 節(jié)約能耗, 確保廢水處理穩(wěn)定達(dá)標(biāo), 確定設(shè)計(jì)處理后的水質(zhì)要求為:
  進(jìn)水COD ≤8 000 mg/ L 時(shí), 預(yù)處理出水COD去除率為85 %以上;
  進(jìn)水COD > 8 000 mg/ L 時(shí), 預(yù)處理出水COD≤1 500 mg/ L 。
  2.3 預(yù)處理工藝流程
  高濃度廢水預(yù)處理工藝流程簡圖見圖2 。
    UASB技術(shù)在石油化工企業(yè)高濃度廢水預(yù)處理中的應(yīng)用_愛我環(huán)保學(xué)社(2)

UASB技術(shù)在石油化工企業(yè)高濃度廢水預(yù)處理中的應(yīng)用_愛我環(huán)保學(xué)社(2)

  圖2 　高濃度廢水預(yù)處理工藝流程簡圖
  預(yù)處理系統(tǒng)包括粗格柵、細(xì)格柵或水力篩、沉砂池、調(diào)節(jié)(酸化) 池、營養(yǎng)鹽和pH 值調(diào)控系統(tǒng)。格柵和沉砂池的目的是去除粗大固體物和有機(jī)的可沉固體, 保護(hù)反應(yīng)器的布水管免于堵塞。廢水進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)池后, 用低壓蒸汽調(diào)溫至(35 ±2 ) ℃, 用液堿調(diào)pH 值至5.5～6.5。然后用泵提升至UASB 反應(yīng)器。產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入集氣罐,可作為鍋爐的輔助燃料, 出水經(jīng)二級沉淀后進(jìn)入后續(xù)(好氧系統(tǒng)) 工序進(jìn)行深度處理。污泥用泵回流到綜合調(diào)節(jié)池, 再與廢水一起進(jìn)入U(xiǎn)ASB 反應(yīng)器。
  2.4 　主要構(gòu)筑物和設(shè)備
  2.41 綜合調(diào)節(jié)池
  實(shí)際廢水水量與水質(zhì)不均勻性很強(qiáng), 設(shè)置綜合調(diào)節(jié)池進(jìn)行均衡, 同時(shí)調(diào)整pH 值, 并通入低壓蒸汽保證廢水后續(xù)中溫厭氧的溫度要求。綜合調(diào)節(jié)池利用原有的一組好氧池進(jìn)行改造而成, 有效容積為1 100 m3 。提升泵兩臺, 一用一備, 設(shè)計(jì)參數(shù)為Q = 165 m3/ h , H = 29 m。
  2.42 UASB 反應(yīng)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(yīng)器采用中溫厭氧反應(yīng), 溫度控制范圍為30～38 ℃。設(shè)計(jì)兩座UASB 反應(yīng)器,并聯(lián)運(yùn)行, 利用罐結(jié)構(gòu), 單座尺寸為< 10 m ×15m。配套水封罐兩個(gè), 尺寸為

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