化工廢水因種類多、排放量大、濃度高、水質復雜、處理難度大而受到廣泛的關注。對于可生物降解性較好的化工廢水，國內外廣泛采用生物處理工藝〔1〕。由于兩相厭氧技術具有處理效率高、運行穩定等優點〔2〕，在各類化工廢水處理中的研究較多〔3, 4, 5, 6〕。二級好氧技術的第一級以高負荷運行，第二級以低負荷運行，通過互不相關的兩套回流系統，使第一級和第二級的微生物群體特性不同，有助于有機物的降解。筆者將兩者組合形成兩相厭氧—二級好氧處理技術，通過現場中試確定工藝參數，并應用于高濃度化工廢水處理工程。
1 材料與方法
1.1 實驗裝置
兩相厭氧—二級好氧中試裝置設計規模為480L/d。兩相厭氧裝置中的產酸相采用CSTR 反應器，設有攪拌器，產甲烷相采用EGSB 反應器，設有循環系統；二級好氧均采用活性污泥法，其中一級好氧為高負荷設計，二級好氧為低負荷設計，設有獨立的污泥回流系統。
中試裝置工藝流程如圖 1 所示。
圖 1 中試裝置工藝流程
中試裝置主要設備規格如表 1 所示。
表 1 中試裝置主要設備規格
1.2 運行參數
實驗在蘇南某化工企業現場進行。中試裝置置于室外，對原水溫度不進行調控，實驗期水溫在20~28.5 ℃之間。進水量為20 L/h，24 h 連續進水，連續出水。兩相厭氧系統COD 負荷為5.6 kg/（m3·d），產甲烷反應器循環回流比700%； 一級好氧系統COD負荷為1.472 kg/（m3·d），二級好氧系統COD 負荷為0.035 kg/（m3·d），一、二級好氧污泥回流比均為500%。2009 年9 月6 日至2009 年11 月8 日為實驗期。
1.3 實驗水質
該化工企業在油漆、涂料、樹脂和高沸點溶劑等產品生產過程中產生高濃度有機廢水。通過檢測發現，廢水中含有多種有機物質，主要有：甲醇、丁內酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、3-己烯酸二甲酯、2-己烯酸二甲酯、三羥甲基丙烷-1，2，3 - 三甲酸三乙酯、辛二酸二甲酯等。此外，企業還有水環真空泵排水、初期雨水、少量廠內生活污水等低濃度廢水排放。實驗原水為該化工企業高濃度有機廢水經混凝沉淀后與低濃度廢水的混合廢水。實驗原水COD 為5 700~7 400 mg/L，BOD 為2 000~3 000 mg/L，pH 為7.08~8.10。COD 采用國家標準方法測定，pH 采用玻璃電極法測定。
2 中試結果
2009 年6 月底啟動兩相厭氧裝置，酸化反應器接種污泥取自一化工廠的水解酸化池，投加量約100 L，產甲烷反應器接種污泥取自另一化工廠厭氧池，投加量約100 L；啟動初期進水用廢水配置而成，COD 3 000 mg/L 左右，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=200∶5∶1 添加N、P 等營養鹽，控制pH 為7 左右，進水量280 L/h；16 d 后將進水量增加至480 L/d，進水COD 提高到6 000 mg/L 左右，約15 d 后出水COD穩定在2 200~3 000 mg/L。隨后啟動二級好氧裝置，好氧接種污泥取自該廠原曝氣池，兩相厭氧出水直接進入好氧系統，連續運行1 個月后好氧各項運行參數正常，出水水質穩定。2009 年9 月6 日起進入正常實驗階段。
2.1 兩相厭氧系統
兩相厭氧系統進出水COD 如圖 2 所示。
圖 2 兩相厭氧系統進出水COD
實驗期間兩相厭氧平均進水COD 為6 541.2 mg/L，酸化階段平均出水COD 為6 186.8 mg/L，產甲烷階段平均出水COD 為3 071.2 mg/L；酸化階段COD 平均去除率為5.4%，產甲烷階段COD 平均去除率為50.4%，整個兩相厭氧階段COD 平均去除率為53.0%。
2.2 二級好氧系統
二級好氧系統進出水COD 如圖 3 所示。
圖 3 二級好氧系統進出水COD
名稱尺寸規格有效容積/L 備注產酸反應器D560×1 600 360 配攪拌器1 臺產甲烷反應器D400×1 970 200 配循環計量泵1 臺一級好氧池800×800×2 000 1 000 安裝微孔曝氣頭1 只中沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺二級好氧池800×1 600×2 000 2 000 安裝微孔曝氣頭2 只終沉池D300×825 豎流式沉淀池，配回流計量泵1 臺工業水處理 2013－09，33（9） 鄒敏，等：化工廢水兩相厭氧—二級好氧處理技術研究及應用47由圖 3 可見，實驗期間二級好氧平均進水COD為3 071.2 mg/L，第一級好氧平均出水COD 為146.1mg/L，第二級好氧平均出水COD 為93.4 mg/L；第一級好氧COD 平均去除率為95.2%，第二級好氧COD平均去除率為36.1%，整個二級好氧系統COD 平均去除率為97.0%。
2.3 兩相厭氧—二級好氧生化系統
實驗結果表明：當中試裝置進水溫度維持在20 ℃以上時，溫度變化對兩相厭氧—二級好氧生化系統COD 去除率影響較小，整個生化系統的COD去除率均高于95%。系統出水COD 較穩定，在60~120 mg/L 之間，平均值為93.4 mg/L，尚不能穩定達到江蘇省地方標準《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》（DB 32/T1072—2007）的要求，因此，需要結合深度處理技術，進一步降低水中污染物。
3 工程化應用
根據現場中試結果，以“兩相厭氧—二級好氧”為關鍵處理技術，對該化工企業現有廢水處理系統進行提標改造，處理出水達到DB 32/T1072—2007的要求。該工程高濃度工藝廢水預處理設計處理能力為50 m3/d，綜合廢水總設計處理能力為350 m3/d。
3.1 處理工藝
提標改造后的工藝流程如圖 4 所示。
圖 4 改造工程工藝流程
由圖 4 可見，高濃度工藝廢水經混凝沉淀去除膠體物質和懸浮物后，與低濃度廢水在混配池中混合后進入兩相厭氧—二級好氧生化處理系統，經生物降解后進入由活性炭濾池和硅藻土處理池組成的深度處理系統，確保處理出水達標排放。兩相厭氧—二級好氧生化處理系統依照中試結果確定的工藝參數進行設計。酸化池、產甲烷池和第一級好氧池新建，第二級好氧池由原有生化池改造而成。
3.2 運行效果
經過3 a 的運行，總體上處理系統穩定，對水質水量變化的適應性強，具有很強的耐沖擊負荷的能力。活性炭濾池中裝填的活性炭是企業生產過程中使用過的廢活性炭，且從未進行更換。2011 年一次現場采樣檢測的水質實測數據如表 2 所示。
表 2 處理系統水質實測數據 注：除色度（倍）、pH 外，其他檢測項目單位均為mg/L。
由表 2 可見，處理系統的COD、BOD 去除率均很高，顯示出該系統對有機污染物具有良好的去除能力。長期運行結果表明：當廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統COD 平均去除率可達到98%以上。當廢水溫度低于20 ℃時，需進行加熱以確保生化系統處理效果。而經深度處理后的最終出水各項指標均達到了DB 32/T1072—2007的要求。
3.3 運行成本
以兩相厭氧—二級好氧為核心的集成處理工藝不僅具有良好的處理效果，而且運行費用較低，具有高效低耗的特點。當綜合廢水實際處理水量為300m3/d 時，人工費為600 元/d（定員6 人，工資3 000元/月）、電費為1 536 元/d〔電價0.8 元/（kW·h）〕、藥劑費用為398 元/d，則直接運行成本為2 534 元/d，折噸水處理成本為8.45 元。其中兩相厭氧—二級好氧單元的處理成本約為3.4 元/t，相當于去除1 kgCOD 約為0.50~0.58 元，與提標改造前相比降低約12%~24%，具有較好的經濟性。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
4 結論
（1）針對特定的化工廢水，兩相厭氧—二級好氧中試結果表明：當兩相厭氧系統COD 負荷為5.6kg/（m3·d），一級好氧系統COD 負荷為1.47 kg/（m3·d），二級好氧系統COD 負荷為0.035 kg/（m3·d），且廢水溫度高于20 ℃時，兩相厭氧系統平均COD 去除率為53%，二級好氧系統平均COD 去除率為97%，整個兩相厭氧—二級好氧生化系統的平均COD 去除率高于95%。
（2）采用“混凝沉淀+兩相厭氧—二級好氧+深度處理” 的集成工藝應用于高濃度化工廢水處理工程，工程化應用表明：該集成工藝具有處理效果好、耐沖擊、運行穩定、處理成本低的優點，當廢水溫度維持在20 ℃以上時，兩相厭氧—二級好氧生化系統COD 平均去除率達98%以上，再經深度處理后，最終處理出水可以達到DB 32/T 1072—2007 的要求。
