有機硅廢水深度處理工程設計及運行

陳正

（中藍長化工程科技有限公司，湖南長沙410116）

二十世紀90年代以來，全球有機硅工業(yè)一直保持高速發(fā)展，中國成為增長最快的市場。但是有機硅工業(yè)廢水的處理一直是個難題，其單體合成工藝中產(chǎn)生的廢水含有大量的重金屬離子，而且COD濃度高，含鹽量高，酸性強，毒性大，基本不具備可生化性。目前，對于高含鹽有機硅廢水處理的研究主要集中在鐵-碳微電解法、Fenton氧化法等[1]。但是無論哪種方法都面臨著重金屬污泥泥量大，效果不穩(wěn)定，難以一次性處理合格，往往需要組合其他工藝，投資與運行成本大，難以滿足國家越來越嚴格的環(huán)保要求。因此高含鹽有機硅廢水的深度處理技術成為了有機硅技術領域的研究熱點。

江西某有機硅生產(chǎn)企業(yè)是有機硅單體產(chǎn)能亞洲第一、世界前三的龍頭企業(yè)，面對國家及地方不斷提高的環(huán)保標準，已有的污水處理工藝越來越難以滿足要求，迫切需要改造和升級現(xiàn)有工藝。經(jīng)市場調(diào)研和現(xiàn)場中試后，該公司給排水分廠采用我公司開發(fā)的HPOD深度凈化系統(tǒng)深度處理高含鹽廢水，滿足合同要求。

1 廢水水質(zhì)及設計參數(shù)

根據(jù)合同要求，本工程進水為有機硅生產(chǎn)廢水經(jīng)生化處理后的出水，廢水COD不大于110 mg/L，SS不大于20 mg/L，氨氮不大于8 mg/L，氯離子含量不大于12 000 mg/L，pH 6～9。設計水量8 000 m3/h，設計出水COD 60 mg/L。

2 工藝流程

工程工藝流程框圖如圖1。

圖1 工藝流程圖

3 主要工藝和設備

3.1 工藝

本工程主要采用HPOD深度凈化處理系統(tǒng)裝置，該工藝將催化氧化技術和多級吸收反應技術進行有機結合，并應用了高效催化劑HT-2。有機硅生產(chǎn)廢水在處理過程中，臭氧在催化劑表面產(chǎn)生羥基自由基，去除氧化水中微量的難以降解的有機物。HPOD系統(tǒng)由多級串聯(lián)反應室和鈦系催化劑組成，組件的第一級是多段逆流異相催化氧化室，第二級是大氣量循環(huán)反應室。該設備具有工藝簡單、高效穩(wěn)定、低成本、維修方便等眾多優(yōu)點，特別適用于需要對COD進行深度去除的領域，可廣泛用于難以生化降解的污水凈化和廢水回用處理等領域。

3.2 主要設備

（1）集水池

利用現(xiàn)有集水池用于收集生化處理后的出水，保證進水的穩(wěn)定性。廢水經(jīng)原水泵輸送到自清洗過濾器，揚程32 m，流量160 m3/h。設計3臺原水泵輸送流體（2用1備），以方便檢修過程不影響其他設備運行。積水池利舊。

（2）自清洗過濾器

設2臺自清洗過濾器，主要去除原水中的大顆粒膠體及懸浮物?？紤]到水中大顆粒膠體或者懸浮物會覆蓋在催化劑表面，減小催化面積，因此確保進入HPOD系統(tǒng)的廢水中沒有或者只有少量懸浮物是保持整個系統(tǒng)高效運行的必要條件。自清洗過濾器精度為50 μm。

（3）臭氧發(fā)生器

在前期的中試實驗中，我們發(fā)現(xiàn)HPOD系統(tǒng)對該廠有機硅生產(chǎn)廢水處理的OC比約為2.2，因此設計2套24 kg/h的空氣源臭氧發(fā)生器，臭氧濃度為25～30 mg/L(25℃)，配套有氣源及氣源處理系統(tǒng)、自控單元等輔助設施。臭氧發(fā)生器的空氣氣源必須經(jīng)過凈化和干燥，否則將影響臭氧生產(chǎn)量并腐蝕設備。臭氧發(fā)生器采用中頻式，單套臭氧發(fā)生器額定總功率284 kW。臭氧發(fā)生器出口安裝止回閥，防止水倒流進入發(fā)生器，工作過程中產(chǎn)生的熱量經(jīng)板式換熱器熱交換后由冷卻水帶走。冷卻水條件：溫度32℃，pH值為5～7，氯離子濃度250 mg/L，硬度450 mg/L，無明顯懸浮物，且不能在容器內(nèi)造成沉積，水量為116 t/h，壓力為0.2～0.3 MPa?？紤]該廠所處的自然和地理環(huán)境，我們還建議業(yè)主配備冷水機組，以便應對夏季的極端天氣。

（4）HPOD反應器

HPOD反應器是整個HPOD系統(tǒng)核心單元，包括兩級反應器。各級反應器均裝填有一定高度的HT-2型固體金屬多相催化劑。該催化劑有催化效率高、結構緊密、使用壽命長等特點。臭氧氣體與廢水在一級反應器中逆流接觸發(fā)生催化氧化反應，在短時間內(nèi)氧化降解大部分有機污染物。一級反應器出水進入二級反應器，在二級反應器中與一級反應器剩余臭氧接觸反應，去除小部分有機污染物。二級反應器配套有不銹鋼高壓風機和曝氣管網(wǎng)，以實現(xiàn)氣體中剩余臭氧的循環(huán)利用，提高臭氧利用率和氧化能力，使出水水質(zhì)達到排放要求。一級反應器規(guī)格為φ8×4 m,材質(zhì)為316L不銹鋼，內(nèi)堆積一定高度的墊層及HT-2型催化劑。一級反應器如圖2所示。為節(jié)約成本，二級反應器采用規(guī)格為22 m×10 m×4.5 m的混凝土水池結構，池頂安裝4臺不銹鋼循環(huán)風機及相應的循環(huán)管道，二級反應器如圖3所示。兩級反應器中均設SS304布氣、布水管道。

圖2 HPOD系統(tǒng)一級反應器

圖3 HPOD系統(tǒng)二級反應器

（5）尾氣破壞器

HPOD反應器排放的氣體中還含有少量的臭氧氣體，氣體中臭氧濃度約1.0 mg/L，經(jīng)臭氧尾氣破壞器處理后，使臭氧濃度降到0.1 mg/L以下，達到臭氧工業(yè)排放要求，不污染環(huán)境。設計臭氧尾氣破壞器4套，額定功率為15 kW。在實際運行過程中，尾氣破壞器存在催化劑中毒失效（由含鹽廢水引起），需要定期更換催化劑的問題，因此我們建議業(yè)主配備一臺尾氣吸收裝置，確保尾氣處理合格，不會產(chǎn)生新的污染。

4 處理效果

該工程于2018年6月調(diào)試完成并投產(chǎn)，運行狀況良好，處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水COD達到國家一級排放標準。從2018年12月至今，該公司與業(yè)主開展3次聯(lián)合工藝效果測試，測試結果顯示，HPOD系統(tǒng)均滿足或超過合同要求。最近一次測試結果見表1。

表1 廢水處理進、出水水質(zhì)

5 經(jīng)濟指標分析

該工程運行費用包括電耗和材料消耗。經(jīng)計算每噸水電耗為1.57元。材料消耗主要包括催化劑消耗與循環(huán)冷卻水消耗，其中催化劑消耗為每噸水0.48元，循環(huán)冷卻水消耗為每噸水0.09元，因此總的運行成本為每噸水2.24元。運行成本相對于其他工藝大幅減少。

6 結論

HPOD系統(tǒng)目前主要用于低濃度高難降解有機廢水的深度凈化處理，該技術采用臭氧多相催化氧化技術，極大地提高了臭氧的選擇性和利用率。高含鹽的有機硅廢水經(jīng)過HPOD系統(tǒng)深度處理后，取得了較好的COD降解效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達到一級排放標準。

當廢水COD在200～300 mg/L時，采用HPOD改性與生化和HPOD氧化組合技術，利用HPOD系統(tǒng)產(chǎn)生的羥基自由基，無選擇性地深度氧化、分解廢水中的難生化有機物，降低廢水COD值的同時提高廢水的BC比，再經(jīng)MBR或者BAF系統(tǒng)進一步生化處理，使排水達到國家一級排放指標或者回用指標要求。此工藝可應用于石化、醫(yī)藥、印染、農(nóng)藥企業(yè)等生產(chǎn)過程排放的毒性或難生物降解有機廢水的深度凈化處理。

當進水COD≥100 mg/L時，有機物將引起嚴重的膜系統(tǒng)污堵，影響其正常運行，采用HPOD組件對水中的有機物（包括油類物質(zhì)）進行深度氧化去除，將出水COD控制在50 mg/L以下，可確保膜系統(tǒng)的正常運行，可應用于石油開采、石化、醫(yī)藥、印染、農(nóng)藥等企業(yè)的廢水膜處理前的預處理。因此HPOD系統(tǒng)在國內(nèi)具有廣闊的技術需求和應用前景。