腈綸廢水處理工藝

1、一、基礎(chǔ)資料某大型油田化工總廠因丙烯腈工程的擴(kuò)建和3萬噸腈綸工程的新建將產(chǎn)生350m3/h含氰污水。污水水量和水質(zhì)情況： 表92 腈綸廢水水質(zhì)序號 項(xiàng) 目丙烯腈裝置   腈綸裝置 聚合溶劑回收紡絲1 流量(m3/h12570551002pH值6.814-56-126-83BOD5( mg/l4801033180114CODcr( mg/l15003030240555總碳(TOC( mg/l683180706總懸浮物(TSS( mg/l12034336117總氮(TN( mg/l0250120208氨氮(NH3-N( mg/l1500009硫氰酸鈉(NaSCN( m

2、g/l403604010丙烯腈(ACN( mg/l356 0011低聚物( SPN( mg/l200362012氰化物(Cyanide( mg/l530.60.113硫化物(SulpHate( mg/化物(Chloride( mg/l899301415溫度(常 溫35-4035-4035-40二、設(shè)計(jì)原則和工藝流程確定1 污水處理工藝的確定(1 處理要求表93 腈綸廢水主要污染物去除效果分析污染物種類進(jìn)水*（ mg/L）出水（ mg/L）去除量（ mg/L）去除率（）CODcr1323100122392.4BOD54495039988.9NH3N*13825

3、11381.9氰化物2.60.52.180.8硫化物761.07598.7所以在處理工藝的選擇上有較高的要求。(2工藝選擇及其依據(jù)根據(jù)含氰污水的水質(zhì)特性及其具有較高的濃度沖擊和毒性沖擊的特點(diǎn)。通過對其他同類型污水處理工程的類比分析，對該污水處理工程的工藝簡述如下。丙烯腈、腈綸生產(chǎn)污水是屬難處理的化工污水之一，由于某些成分對微生物有抑制和毒害作用，降解緩慢，所以要使CODcr、NH3N、氰化物等多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放要求采用單一的處理方法往往不能奏效，需采用生物、化學(xué)、生物物理等綜合處理方法；否則，如采用一種方法會造成基建或運(yùn)行費(fèi)過大的問題。如采用單一化學(xué)氧化的方法，會造成運(yùn)行費(fèi)用過高，采用單一生物法

4、會造成基建費(fèi)過高。對于難處理的石油化工污水可以采用多種方法相結(jié)合的工藝流程，對不同的處理階段和不同的污染物采用相應(yīng)的處理方法進(jìn)行有效的處理，達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)、合理。由于污水的組成復(fù)雜，本工程采用化學(xué)法進(jìn)行預(yù)處理，采用生物法進(jìn)行主體處理，采用生物物理法進(jìn)行后續(xù)處理，最終達(dá)到采用較低投資和運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)處理出水達(dá)標(biāo)的目的。預(yù)處理系統(tǒng)：為了排除高濃度及毒性的沖擊，在預(yù)處理系統(tǒng)中必須設(shè)置事故池。在含氰污水中主要防治氰根濃度的沖擊問題，一般情況下未經(jīng)含氰污水馴化后的微生物對氰根的承受能力為12 mg/L，經(jīng)含氰污水馴化后的微生物對氰根的承受能力為35 mg/L。當(dāng)污水中的氰根含量大于5 mg/L時，微生物

5、將產(chǎn)生中毒，在生化反應(yīng)池中活性污泥會產(chǎn)生離散、上浮現(xiàn)象，微生物失去活性，出水水質(zhì)惡化。由于丙烯腈、腈綸生產(chǎn)污水中氰根濃度一般小于5 mg/L，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或某工程的操作失誤會造成生產(chǎn)污水中氰根含量大于5 mg/L時，處理系統(tǒng)將這一現(xiàn)象視為事故狀態(tài)。預(yù)處理中將事故狀態(tài)的高濃度含氰污水排入事故池，采用小流量逐步排出的方法，再進(jìn)入處理系統(tǒng)。其二，通過化學(xué)混凝氣浮去除部分懸浮固體及膠狀物質(zhì)（一部分低聚合物）；混凝氣浮對去除污水中懸浮物和膠狀物是一種最有效的方法之一。在凝聚劑和助凝劑的作用下不僅能去除懸浮物和膠狀物，同時還能去除一部分大分子結(jié)構(gòu)的溶解性有機(jī)物。去除污水中的大分子結(jié)構(gòu)的溶解性有機(jī)物采

6、用混凝的化學(xué)法已被公認(rèn)，然后通過生物水解酸化作用把剩余的大部分大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，即可提高BOD/COD比值，約為20，COD的去除率可達(dá)到3040，使主體處理系統(tǒng)發(fā)揮更大的能力。主體處理系統(tǒng)：主體處理系統(tǒng)處理效果的好壞直接影響到能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。選擇具有同時去除C和N的生化工藝是比較經(jīng)濟(jì)而有效的方法。3、后續(xù)處理系統(tǒng)：根據(jù)處理后出水水質(zhì)要求達(dá)到COD100 mg/L，NH3N25 mg/L等排放標(biāo)準(zhǔn)，在預(yù)處理、主體處理系統(tǒng)后，還必須加入后續(xù)處理系統(tǒng)來保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。在化工污水的處理過程中，一般通過預(yù)處理和主體處理系統(tǒng)后污水中的易生物降解物質(zhì)均被去除，而存下一部分為難生物降解物質(zhì)，如

7、部分殘留的大分子有機(jī)物(如低聚合物等和微生物代謝物質(zhì)，而這部分物質(zhì)濃度低（接近排放標(biāo)準(zhǔn)值），這些物質(zhì)主要以COD值出現(xiàn)在水中，在普通的生化反應(yīng)池內(nèi)難以降解；在后續(xù)處理系統(tǒng)中必須選擇具有對難降解物質(zhì)能有效去除的工藝，才能保證處理后出水達(dá)標(biāo)排放，同時還需為水資源的回用打好基礎(chǔ)。(2 工藝流程圖圖92 腈綸廢水處理工藝流程(4工藝說明預(yù)處理系統(tǒng)：丙烯腈裝置生產(chǎn)污水進(jìn)入1集水池，當(dāng)污水中氰化物濃度>5 mg/L時，通過事故泵把污水打入1事故池，反之污水進(jìn)入1中和池。根據(jù)類似污水處理工程的經(jīng)驗(yàn)，污水經(jīng)中和后可直接進(jìn)行生化處理，但考慮到為生化處理減輕壓力，污水經(jīng)中和后進(jìn)入混凝氣浮池。腈綸裝置污水進(jìn)入

8、2集水池，當(dāng)污水中氰化物濃度>5 mg/L時，通過事故泵把污水打入2事故池，反之污水進(jìn)入2中和池。由于腈綸裝置生產(chǎn)污水中含有較難處理的有機(jī)物如低聚物（ SPN），根據(jù)類似污水進(jìn)行的混凝沉淀小試經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)投加適量的凝聚劑和高分子助凝劑可使污水中COD削減2030。丙烯腈、腈綸生產(chǎn)污水經(jīng)混凝氣浮后COD可從1323 mg/L降至1058 mg/L，去除率為20。根據(jù)混凝氣浮的原理通過投加適量的凝聚劑和助凝劑可使污水的懸浮物和一部分大分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物去除，如部分的低聚合物。凝聚劑采用堿式氯化鋁， 投加量為50 mg/L，堿式氯化鋁不僅有較寬的PH適應(yīng)范圍并能與污水中硫化物進(jìn)行反應(yīng)。助凝劑采用聚丙

9、烯酰胺，投加量為1 mg/L。污水經(jīng)混凝氣浮后進(jìn)入3集水池。丙烯腈和腈綸生產(chǎn)污水經(jīng)中和、混凝氣浮后進(jìn)入3集水池再用提升泵打入調(diào)節(jié)罐，污水經(jīng)調(diào)節(jié)后水質(zhì)和水量將得到穩(wěn)定，污水再進(jìn)入水解酸化池。水解酸化反應(yīng)是微生物在厭氧條件下對有機(jī)物產(chǎn)生生化反應(yīng)的前二個階段，一般微生物在厭氧條件下對有機(jī)物產(chǎn)生四個階段反應(yīng)，其中水解與酸化階段可稱為水解酸化反應(yīng)。水解酸化反應(yīng)必須在厭氧條件下有機(jī)物被水解細(xì)菌和酸化細(xì)菌分解的一種生化反應(yīng)。厭氧和兼性厭氧微生物的胞外酶對有機(jī)物進(jìn)行水解，可使大分子有機(jī)物得到分解，生成可以被微生物利用的小分子的有機(jī)物。酸化反應(yīng)是厭氧和兼性厭氧微生物對可利用的有機(jī)物使其轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸、醇、醛以及C

10、O2、H2等簡單物質(zhì)。水解酸化反應(yīng)一般可去除3040的COD，同時還能提高BOD/COD的比值，更有利于好氧生化處理。水解酸化反應(yīng)池出水COD為741 mg/L，去除率為30，NH3N的濃度將會升高，由于水解酸化反應(yīng)使大部分有機(jī)物得到分解，其中含N有機(jī)物在分解時N在氨化菌的作用下產(chǎn)生NH3N，從污水中的TN含量分析除少量用于生物機(jī)體合成，大部分的TN還存在于污水中，其濃度為138 mg/L。關(guān)于BOD的去除量，由于水解酸化反應(yīng)中BOD值有一定量的提高，用進(jìn)出水中的BOD作為去除可能不真實(shí)。在此采用BOD/COD的比值估算水解酸化出水的BOD值，原污水BOD/COD的比值為0.34，酸化出水BO

11、D/COD提高20為0.41，出水BOD為302 mg/L。在酸化反應(yīng)中由于污水可能缺磷，需要投加5 mg/L的磷，以供生物生長的需要。主體處理系統(tǒng)：丙烯腈、腈綸生產(chǎn)污水經(jīng)預(yù)處理后，在主體處理系統(tǒng)內(nèi)主要解決的污染指標(biāo)為CODcr、NH3N。采用什么樣的生化處理工藝是對COD、NH3N能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵，一般具有生物脫氮功能的工藝有：活性污泥法：(A/O工藝、氧化溝工藝、SBR工藝等;生物膜法(接觸氧化A/O工藝、塔濾、生物轉(zhuǎn)盤等。其中，SBR工藝是一種將反應(yīng)、沉淀、回流各工序放在同一個反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，提供一種以時間順序?yàn)楣ぷ髦行牡奈鬯幚砉に嚰夹g(shù)，主要用于污水水質(zhì)水量變化較大的處理系統(tǒng)。圖93 SB

12、R工作模型示意根據(jù)SBR工藝運(yùn)行模式，其操作由進(jìn)水、曝氣反應(yīng)、沉淀、排出和閑置5個基本過程，從進(jìn)水至閑置間的工作時間為一個周期。在一個周期內(nèi)的5個過程都在一個反應(yīng)池內(nèi)按程序完成，整個處理系統(tǒng)可以通過二個或二個以上的反應(yīng)池進(jìn)行組合交替完成。由于SBR工藝流程短，反應(yīng)過程在一個池內(nèi)按時間程序完成，所以在時間程序中進(jìn)水階段可以降低曝氣強(qiáng)度使池內(nèi)產(chǎn)生缺氧狀態(tài)，而曝氣階段的時間可根據(jù)實(shí)際反應(yīng)時間而定。通過時間順序可以對缺氧、好氧的比例進(jìn)行調(diào)整，使處理系統(tǒng)更適應(yīng)水質(zhì)的變化和達(dá)到期望的出水標(biāo)準(zhǔn)；通過時間程序可控制沉淀出水水質(zhì)，根據(jù)活性污泥的實(shí)際沉淀時間使出水SS濃度更低。圖94 SBR工藝運(yùn)行周期采用SBR

13、工藝更適應(yīng)本工程實(shí)施并具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）SBR工藝由于具備可調(diào)性、管理靈活性更適應(yīng)水質(zhì)的變化，同時SBR工藝具有較強(qiáng)的脫氮能力和耐沖擊能力，使出水水質(zhì)更為穩(wěn)定。（2）SBR工藝流程簡單，構(gòu)筑物少，更適合改造工程的實(shí)施，可減少工程投資和運(yùn)行管理費(fèi)用。（3）由于SBR工藝不僅具有缺氧、好氧功能，更重要的是具有嚴(yán)格的推流型反應(yīng)過程更適應(yīng)對難分解有機(jī)物的降解。在SBR反應(yīng)池內(nèi)需投加硝化反應(yīng)中必須的堿度和反硝化反應(yīng)中易被生物分解的甲醇。后續(xù)處理系統(tǒng)：為了出水水質(zhì)能更有保證達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)處理系統(tǒng)的設(shè)置是必不可少的。后續(xù)處理系統(tǒng)采用臭氧生物活性炭工藝和壓力陶粒過濾裝置，臭氧生物活性炭工作原理為：污水中

14、難分解的有機(jī)物通過活性炭的吸附作用，進(jìn)入活性炭的內(nèi)孔，再通過臭氧分解與活性炭內(nèi)孔的好氧和兼性微生物進(jìn)行長時間的分解，并使活性炭內(nèi)孔恢復(fù)吸附能力。生物活性炭具有吸附、分解、再生、吸附的循環(huán)過程，活性炭不需要更換，可長期使用直至活性炭破碎流失。壓力陶粒過濾裝置與普通的砂濾器不同，陶粒為多孔材料，具有較大的吸附力，材料強(qiáng)度近次于石英砂，但質(zhì)量輕于石英砂；采用陶粒作為過濾材料具有濾速高、不易堵塞、反沖洗強(qiáng)度低和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。壓力陶粒過濾裝置主要去除臭氧生物活性炭反應(yīng)裝置流出的SS。三、全工藝過程設(shè)計(jì)與計(jì)算1 丙烯腈污水 1集水池設(shè)計(jì)1集水池用于收集丙烯腈生產(chǎn)污水。設(shè)計(jì)最高時污水流量為125m3/h，設(shè)計(jì)

15、水力停留時間HRT4h，則其有效容積為125×4500m3。設(shè)2只池子，則每只為250m3。設(shè)計(jì)尺寸為：L20m，B5.0m，H有效2.5m，超高0.5m。總尺寸為：20(長×5(寬×3(深m×2。攪拌推進(jìn)裝置：2臺，功率：1.5KW。1中和池設(shè)計(jì)1中和池調(diào)節(jié)丙烯腈污水的PH。設(shè)計(jì)流量為125m3/h，設(shè)計(jì)HRT1h，設(shè)計(jì)有效容積為125m3。設(shè)計(jì)尺寸為：20×2.5×3.0，超高為0.5m。攪拌推進(jìn)裝置：1臺，功率：1.5KW。1事故池設(shè)計(jì)1事故池當(dāng)丙烯腈生產(chǎn)污水中CN>5 mg/L時，污水進(jìn)入事故池，隨后采用小流量逐步排出的

16、方法，進(jìn)入1集水池。設(shè)計(jì)HRT4h，則有效容積為500m3，有效尺寸：8×1.1m，超高為1.0m，則實(shí)際容積為502.4m3。 攪拌推進(jìn)裝置：1臺，功率：2.5KW。2 腈綸污水1集水池設(shè)計(jì)2集水池收集腈綸生產(chǎn)污水。設(shè)計(jì)流量為225m3/h，設(shè)計(jì)HRT4h，則有效容積為900m3。共設(shè)4個池子。每池尺寸為：20×4.5×3.0m，其中超高為0.5m。 攪拌推進(jìn)裝置：2臺，功率：1.5KW。2中和池設(shè)計(jì)2中和池調(diào)節(jié)腈綸污水的pH。設(shè)計(jì)停留時間HRT1h，設(shè)2個池子，每池設(shè)計(jì)尺寸：20×2.5×2.8m，其中超高為0.5m。攪拌推進(jìn)裝置：1臺，功

17、率：1.5KW，2事故池設(shè)計(jì)2事故池當(dāng)腈綸生產(chǎn)污水中CN>5 mg/L時，污水進(jìn)入事故池，隨后采用小流量逐步排出的方法，進(jìn)入2集水池。設(shè)計(jì)2個池子，每池尺寸為：8×1.1m，超高為1m，實(shí)際有效容積為10004.8m3，實(shí)際HRT為4.47h。攪拌推進(jìn)裝置：1臺，功率：2.5KW。3 混合污水混合污水：設(shè)計(jì)流量為350m3/h，進(jìn)水水質(zhì)為：COD1323g/l，BOD5449 mg/l，TSS135 mg/l，CN=2.6 mg/l，NH3N138 mg/l。混凝氣浮池設(shè)計(jì)設(shè)2個混凝氣浮池，每池處理量為175m3/h，采用全加壓式工藝，溶氣時間為3min，則每個溶氣罐的容積為1

18、75×3/608.75m3。設(shè)溶氣罐的總高度為5m，則直徑為1.5m，實(shí)際溶氣時間為3.03min。若溶氣所需的空氣量按照被處理污水量的3進(jìn)行計(jì)算，則總需空氣量為350×310.5m3/h，每個溶氣罐所需空氣量為5.3m3/h。每個溶氣罐實(shí)際溶氣量為：(60-17.4×350/2×20007.46m3/h。設(shè)溶氣效率為60，則每罐需要7.46/0.612.4m3/h的空氣流量。氣浮池池體設(shè)計(jì)：取表面水力負(fù)荷率q'4m3/m2.h，HRT 40min，則總?cè)莘e為350×40/60233.4m3，設(shè)2個池子，每池容積為116.7m3。每池表

19、面積A175/443.8m2,H有效116.7/43.82.67m，取超高為0.3m，取B5m，則L43.8/58.76m則每池總尺寸為：8.76×5×3mm3。集水管數(shù)：175/257根，釋放器個數(shù)：175/443.75個，取44個，分為2排布置，每側(cè)22個?；炷齽篜FS，投加量：50 mg/L，助凝劑：聚丙烯酰胺，投加量：1 mg/L。去除率：COD25，BOD530，NH3N5，CN20，TSS85。則出水水質(zhì)為：COD992.3 mg/l，BOD5314.3 mg/l，NH3N131.1 mg/l，CN2.08 mg/l，TSS20.3 mg/l。水解酸化反應(yīng)池設(shè)

20、計(jì)設(shè)計(jì)流量為350 m3/h，設(shè)計(jì)HRT4h，則所需容積為1400 m3,設(shè)4個池子，則每池需要350m3，總尺寸為：20×6×3.5m，其中超高為0.5m。攪拌推進(jìn)裝置：4臺，功率：1.5KW。去除率：COD30，BOD515，NH3N5，CN70。則出水水質(zhì)為：COD694.4 mg/l，BOD5267.2 mg/l，NH3N124.5 mg/l，CN0.62 mg/l。磷酸投加量（PO4m3）：按10 mg/L投加量計(jì)，SBR反應(yīng)池設(shè)計(jì)共計(jì)設(shè)計(jì)5個池子，每池容積為840m3 ，有效尺寸為： 50×4.5×4.3m，超高為0.5m。SBR反應(yīng)池分5組

21、交替運(yùn)行，每天工作周期：4（詳見運(yùn)行周期圖），每周期工作時間：6h，進(jìn)水：1.2h，曝氣反應(yīng)：3.8h（進(jìn)水同時曝氣可達(dá)5h），沉淀 0.5h，排水 0.5h，排出比：23，反硝化投加甲醇比：1.25 mg甲醇/ mg.NOx-N，硝化投加堿度（以CaCO3計(jì)）：7.14 mgCaCO3/ mgN，總需氧量：8757 kgO2/d，微孔曝氣系統(tǒng)氧利用率： 15，供氣量：160m3/min，COD污泥產(chǎn)率：0.2 kgCOD/ kgMLSS，污泥泥齡：30天，排泥量：1215 kg/d。每次進(jìn)水量為1.2×350420m3，每次COD量420×0.6944291.6 kg，每

22、次BOD5量為420×267.2112.2 kg。而SBR池內(nèi)MLSS總量為：5×2.5gMLSS/l×84010500 kgMLSS。則Ls(COD291.6×24/10500×3.80.18 kgCOD/ kgMLSS.d；Ls(BOD5112.2×24/10500×3.80.067 kgBOD5/ kgMLSS.d。生物活性炭反應(yīng)池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸：8000×5000mm，總有效容積：800m3活性炭：480m3COD容積負(fù)荷：1.55 kgCOD/m3.d，出水COD：103 mg/L，去除率：30，出水BOD

23、5：5 mg/L，需氧量：258 kgO2/d。微孔曝氣系統(tǒng)氧利用率： 15%，供氣量：3m3/min壓力陶粒過濾裝置設(shè)計(jì)壓力過濾裝置8座，陶粒：60m3，粒徑：24mm，出水COD： 93 mg/L，去除率：10，出水BOD5： 25 mg/L，出水SS： < 40 mg/L4 處理后最終出水水質(zhì)CODcr 93 mg/L，BOD5 25 mg/L，NH3-N 17 mg/L， CN 0.4 mg/L， TSS 40 mg/L5 運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算主要機(jī)電設(shè)備實(shí)際用電量計(jì)算主要機(jī)電設(shè)備的實(shí)際使用率和事故狀態(tài)使用率(按10%計(jì)算列表如下：表94 腈綸廢水處理主要機(jī)電設(shè)備的實(shí)際使用率序號名 稱電機(jī)功率(KW數(shù) 量(臺使用率(%實(shí)際使用功率(KW1液下攪拌推進(jìn)裝置1.510100152液下攪拌推進(jìn)裝置2.52100.53(1.鼓風(fēng)機(jī)1751100   175(2.鼓風(fēng)機(jī)17512340.254鼓風(fēng)機(jī)7.511007.55事故泵3021066(1.3#集水井污