雙氧水是一種綠色化工產品，被廣泛應用于制藥、軍工、紡織、化學品合成、農業(yè)、電子生產等領域，但蒽醌法制備過程中會產生含有重芳烴、磷酸三辛酯、2-乙基蒽醌等污染物的生產廢水，會傷害皮膚黏膜、引發(fā)身體造血器官的損害。同時廢水中的磷酸鹽排入受納水體會引發(fā)水體富營養(yǎng)化的問題，對水環(huán)境造成嚴重危害。因此，雙氧水生產廢水的污染問題及處理工藝設計受到廣泛關注。
某產量為15×104t/a的雙氧水生產項目，采用2-乙基蒽醌法生產工藝。廢水主要來自雙氧水主裝置、雙氧水儲罐區(qū)和灌裝車間等工段。該公司的廢水處理裝置由除油處理單元、催化氧化單元、沉淀單元和生物處理單元組成，設計開工時間為8400h/a，廢水處理規(guī)模為600m3/d。通過一套設計合理、運行效率高的工藝流程對雙氧水生產廢水進行處理，保證出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的一級排放標準。
1、設計進、出水水質
該廢水處理工程設計進、出水水質見表1。
廢水呈酸性（pH值=5~6），主要污染物為有機物，包括重芳烴、磷酸三辛酯、2-乙基蒽醌及其降解物，還含有少量過氧化氫。進水COD約4000mg/L，BOD5約2500mg/L，SS約200mg/L，石油類約220mg/L。設計出水水質需達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的一級排放標準，即COD≤100mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤70mg/L，石油類≤5mg/L。
2、工藝流程
2.1 工藝設計
由于雙氧水生產廢水污染物濃度高，如果只采用物化法處理，只能將生產廢水中的有機物轉移到泥渣中，并沒有真正降解掉廢水中的COD。高級氧化法雖然處理性能良好，但運行成本過高。而傳統(tǒng)的活性污泥法難以處理含有高濃度污染物和難反應重芳烴的雙氧水生產廢水。因此，目前國內只能采用以上幾種技術聯(lián)合的工藝對雙氧水生產廢水進行處理，即物理化學技術預處理與高級氧化法聯(lián)用，先實現(xiàn)難生物降解有機污染物的去除，之后再設置生物處理單元對廢水進一步處理，使水質達到排放標準。
目前國內對雙氧水生產廢水的處理工藝各不相同，重力隔油+催化氧化+絮凝沉淀工藝流程略為簡單，只適用于處理COD為2000mg/L左右的雙氧水生產廢水，而處理COD較高的雙氧水生產廢水時達不到排放要求。由重力隔油+混凝氣浮+催化氧化+活性炭吸附的工藝流程不僅降低了催化氧化的處理負荷，也進一步降低了廢水中的有機物，但由于沒有生物處理單元，處理雙氧水生產廢水時出水水質不穩(wěn)定，同時有機物處理不徹底。重力隔油+混凝氣浮+催化氧化+絮凝沉淀+接觸氧化工藝添加了生物處理單元，能進一步去除有機物，保證廢水達標排放。但錢東等的研究表明，生物接觸氧化池對有機物的去除率有限。當有機物濃度較高時會導致出水水質不穩(wěn)定。本工程廢水中有機物濃度較高，設計進水COD為4000mg/L左右，因此生物接觸氧化法并不是本次設計的最佳選擇。而曝氣生物濾池是集生物氧化和截留懸浮固體為一體的新工藝。Desbos等的研究結果顯示，曝氣生物濾池對SS的去除率能達到80%以上，而對COD的去除率也可達到70%以上。因此采用曝氣生物濾池代替生物接觸氧化池。
催化氧化單元采用芬頓氧化法。芬頓氧化法通過生成具有較強氧化能力的羥基自由基來氧化大多數有機物，從而降低廢水中有機污染物的濃度。芬頓氧化法處理效果較好且藥劑來源穩(wěn)定，因此采用芬頓氧化法對雙氧水生產廢水進行催化氧化。
2.2 工藝流程
經過上述工藝比選，最終采用平流隔油池+豎式氣浮池+芬頓氧化池+斜管沉淀池+曝氣生物濾池的廢水處理工藝方案。
針對該廢水的特點，先利用重力分離法隔油去除大部分浮油（粒徑>100μm）和分散油（粒徑為10~100μm），然后加入混凝劑去除乳化油（<10μm）和懸浮顆粒，再由氣浮設備進行浮選。經過隔油+混凝氣浮預處理后，將減輕后續(xù)處理的壓力。浮選后的廢水用過氧化氫催化氧化法打開苯環(huán)，降解大部分的芳香烴類有機物。經過混凝沉淀處理之后，再通過曝氣生物濾池去除有機物，使出水水質達標。該工藝能較好地處理高COD的雙氧水生產廢水，并且能在保證出水水質穩(wěn)定的基礎上減少工程投資，降低成本。
污泥處理采用濃縮+機械脫水主體工藝。產生的污泥經重力濃縮后進入貯泥池，接著通過注泥泵注入脫水機房，在帶式壓濾機的作用下進行脫水，最終形成泥餅外運。
廢水處理工藝流程如圖1所示。
2.3 主要構筑物及設備
①提升泵房
設1座提升泵房，與進水井合建，半地下鋼筋混凝土結構。設2臺潛水排污泵（Q=25m3/h，H=100kPa，N=3.0kW，轉速為1430r/min），1用1備。設電動單梁懸掛起重機。提升泵房尺寸（L×B×H）=6m×6m×8m，進水井尺寸（L×B×H）=6m×2m×6.5m。
②平流式隔油池
設1座平流式隔油池，2格，鋼筋混凝土結構。隔油池中油珠設計上浮速度0.103mm/s，廢水在隔油池中的水平流速0.6mm/s，隔油池表面積的修正系數為1.37。隔油池單個隔間尺寸（L×B×H）=16m×3m×2m，長寬比為5.33。隔油池表面積68m2，過水斷面面積12m2。
③混凝氣浮池
設1座混凝氣浮池，鋼筋混凝土結構，包括2格機械混合池、2格旋流式絮凝池、1格豎式氣浮池。機械混合池直徑1m，水深0.64m，攪拌器葉數2個，攪拌器直徑0.5m，寬0.1m，層數為1層，攪拌機功率0.2kW。旋流式絮凝池直徑1.6m，池深2.1m。進水管噴嘴直徑50mm，噴嘴流速2m/s。出水口管徑150mm，出口流速0.3m/s，水頭損失為3.43kPa。豎式氣浮池分離室停留時間10min，反應時間6min。試驗時溶氣罐壓力0.3~0.35MPa，溶氣水量占25%~30%，填料罐過流密度3000m3（/m2·d）。氣浮池直徑2.7m，水深1.2m。集水系統(tǒng)采用4根均勻分布的支管，支管直徑25mm，出水總管直徑125mm。氣浮所需空氣量為0.011m3/min，選用標準直徑300mm的壓力溶氣罐1臺。
④芬頓氧化池
設1座芬頓氧化池，防腐材質。池前設1座機械混合槽，投加H2SO4調整廢水的pH值為3左右。設計處理能力600m3/d，反應時間為0.5h，混合槽的有效容積為12.5m3，池體尺寸（L×B×H）=2.5m×2.5m×2.3m。池后設1座pH調節(jié)槽，氧化反應結束后，廢水仍為酸性，需投入一定堿劑進行中和反應，使pH值達到6.5；設計投加堿劑NaOH，反應時間0.5h，混合槽的有效容積為12.5m3，池體尺寸（L×B×H）=2.5m×2.5m×2.3m。芬頓氧化池水力停留時間4h，池容100m3。依次投入硫酸亞鐵和雙氧水，FeSO4投加量為60kg/d，雙氧水960kg/d。
⑤斜管沉淀池
設1座上向流斜管沉淀池，半地下鋼筋混凝土結構，池寬2.1m，池長2.0m，池深3.9m，斜管區(qū)高1.04m。顆粒沉降速度為0.4m/s，上升流速為2.5mm/s，采用60°傾角的蜂窩六邊形的斜管，斜管長1.2m。沉淀池采用配水槽進水、淹沒孔集水槽出水。
⑥曝氣生物濾池
設1座曝氣生物濾池，半地下鋼筋混凝土結構，6格，4用2備，單格尺寸（L×B×H）=4.5m×3m×5.5m。容積負荷為3.0kgBOD5（/m3濾料·d），實際水力停留時間為2.16h，濾速為1.16m/h。采用陶粒濾料，粒徑為5mm，填料層厚2.5m。濾池內平均溶解氧濃度冬季為10.27mg/L，夏季為8.55mg/L，實際總需氧量為1295.8kgO2/d，單池供氣量為3.75m3/min，曝氣管為DN150。曝氣鼓風機獨立供氣，設三葉羅茨鼓風機7臺，6用1備，每臺風量約4m3/min，風壓50kPa。
濾池采用氣-水聯(lián)合反沖洗系統(tǒng)，反沖洗工序：氣沖-氣水聯(lián)用-水沖。氣沖歷時8min，氣水聯(lián)用歷時10min，水沖歷時12min，工作周期為24h，氣沖洗強度為15L/（m2·s），水沖洗強度為6L/（m2·s）。氣沖系統(tǒng)選用三葉羅茨鼓風機2臺，1用1備，每臺風量約13m3/min，風壓50kPa。水反沖洗管道和空氣反沖洗管道均采用DN300的鋼管。
⑦污泥處理單元
設2座重力濃縮池，半地下鋼筋混凝土結構，直徑5.5m，總深3.0m。設2座貯泥池，半地下鋼筋混凝土結構，池體尺寸（L×B×H）=4m×2.5m×1.3m。污泥脫水車間尺寸（L×B）=13m×7.5m，選用2臺滾壓帶式壓濾機，1用1備，壓濾機帶寬1m，L×B×H=4620mm×1580mm×2380mm。每天工作8h，以4h為一個周期。污泥泵房設2臺潛水排污泵，1用1備，單臺泵設計流量25m3/h。泵房設1臺電動單梁懸掛起重機。污泥泵房尺寸（L×B×H）=6m×4m×8m。
3、廢水處理效果
廢水處理廠建成投產后，經過3年的調試和運行，各處理單元均正常運行，進水水質較為穩(wěn)定。出水水質監(jiān)測結果表明，該工藝對廢水中有機物去除效果明顯，COD實際處理效率達到90%以上，BOD5實際去除效率達到95%以上。出水SS約60mg/L，平均去除率為97%。石油類濃度約為4mg/L，平均去除率為98%。出水水質優(yōu)于《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的一級排放標準。
2020年2月—6月系統(tǒng)進、出水水質監(jiān)測結果見表2。
4、技術經濟分析
①工程投資
本工程總投資為212.87萬元，其中土建16.27萬元，設備及安裝166萬元，工程設計12.5萬元，調試4.2萬元，其他費用13.9萬元。
②直接運行成本
廢水處理廠運行期間投加工業(yè)硫酸鋁60kg/d，合計36.0元/d；投加聚丙烯酰胺（PAM）9.0kg/d，合計135.0元/d；投加NaOH48.0kg/d，合計128.0元/d；投加H2SO430.0kg/d，合計24.0元/d；投加FeSO460kg/d，合計36.0元/d；投加雙氧水960kg/d，合計360元/d。藥劑費共計719元/d。用電量為2586kW·h/d，電價按0.6元（/kW·h）計，則電費為1551.6元/d。不計人工費、污泥處置費及設備折舊費。
本工程調試和運行期間的直接運行成本為2270.6元/d，污水處理費為3.78元/m3。
5、結論
采用平流式隔油池+豎式氣浮池+芬頓氧化池+斜管沉淀池+曝氣生物濾池工藝處理雙氧水生產廢水，平流式隔油池可去除大部分浮油和分散油，豎式氣浮池可對懸浮顆粒進行浮選。浮選后的廢水用芬頓氧化法打開苯環(huán)，降解大部分芳香烴類有機物，再通過曝氣生物濾池去除水中的有機物，COD去除率達到90%以上，出水水質穩(wěn)定達標，可為類似化工廢水處理提供參考。（來源：長沙理工大學水利與環(huán)境工程學院，洞庭湖水環(huán)境治理與水生態(tài)修復湖南省重點實驗室，湖南化工設計院有限公司）
