工业废水处理新技术的经济和环保效益

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随着我国工业化和城市化的快速推进，工业废水种类和数量迅猛增加，废水排放量占全国总量40%以上，目前大量的工业废水未能达标排放，既影响重复利用，也一定程度污染环境。“十二五”期间，国家在水环境保护方面工作力度进一步加大，强化水中污染物的减排和治理，将氨氮首次纳入约束性指标；并要求继续提高污水处理率和设备负荷率。未来的几年内，工业废水处理将进入攻坚阶段。为了实现节能减排的要求，处理工艺的进步是最重要的途径。为了响应国家节能减排和循环经济的要求，我公司北京博汇特环保科技有限公司与德国EBV公司合作提出了一种新型的节能降耗的工业废水处理技术—BioDopp工艺。该工艺体现了“高效化、集成化、智能化及减量化”的特点。

1BioDopp工艺简介及其技术优势

1.1工艺简介BioDopp工艺是结合了氧化沟的全液内回流及一体化结构理念，利用A2/O的不同功能分区形式，借助CASS工艺前置选择区模式，辅以高效的曝气技术，通过创新的空气提推技术作为源动力，将水解酸化、生物选择区、除碳、脱氮、沉淀甚至除磷等多个功能单元结合在一起的生物处理工艺。该工艺有效节省了占地面积，缩短了工艺流程，减少了土建及管道投资，并且也大大缩短了巡检路线，便于建成后运营管理。BioDopp一体化结构见图1。BioDopp工艺的微生物驯化技术是其关键技术，工艺中其它技术设计及运行的宗旨是为微生物的驯化创造贴近自然界的生存条件。BioDopp工艺的污泥驯化，主要遵循一项原则和两个基本点：原则：空气提推技术确保池内高回流比，完成对进水瞬间稀释，确保整个流程内浓度梯度负荷最小化，创造贴近自然态的生长环境。基本点1：控制污泥比增长速率及其世代时间，使其污浓尽量高，生长尽量慢。基本点2：借助微氧理论，控制好氧池内溶氧不超过0.5mg/L，溶氧浓度的控制是溶氧仪连接变频风机PLC自控单元来自控控制。

1.2技术优势BioDopp工艺采用了低溶氧高污泥浓度的微生物技术、短程同步硝化反硝化的脱氮技术、大表面积曝气微混合技术、大水力循环的一体化结构。基于这些特点，该工艺较传统生物处理工艺有如下创新点：（1）节能降耗措施的创新BioDopp工艺，在低溶氧（0.1～0.3mg/L）较高污泥浓度（8～122g/L）的运行工况下，通过气提方式代替传统的泵内外回流方式实现了工艺所需的高比倍循环稀释要求，达到了节能降耗；在满足工艺自身曝气需要的前提下，通过曝气方式的创新实现了污水厂的节能降耗。（2）运行维护方面的创新通常污水生化处理都面临水下设备多、维护维修难，曝气设备堵塞、更换难等比较棘手的问题，BioDopp工艺均实现了突破，给予了很好的解决。BioDopp工艺采用的曝气软管，在设计上既有自动“清洗”的功能，又能保证在不停车、不影响生产的条件下，可更换或者维修。同时BioDopp池内几乎无机械设备，可做到方便提升更换。（3）混合液循环方式的创新BioDopp工艺直接用空气提推将混合液从末端循环到进水段，强化了泥水的有效混合过程，并实现对进水的高倍比稀释，减少了回流设备同时也节约了维修费用，进一步提高了系统运行的安全和方便性。同时高倍比回流使得反应池内进出污染物浓度差很小，相当于完全混合反应器，保证了反应器内微生物处于相对稳定的生存环境中，使其充分发挥去除污染物的效能。（4）高效的曝气系统BioDopp曝气软管高密度均布方式与打孔技术使鼓出气泡更为均匀，其直径更小，缓慢曲线上升的流速保证其有足够时间与水体接触传质，有效增大了氧转移效率；除此之外，曝气管采取可提升方式，使曝气管的检修与维护更加简单，易操作。（5）高速澄清器BioDopp高速澄清器是是一种泥水分离装置，通过底部污泥高速回流使污泥不在底部沉积，借助组合填料，设计独特的澄清漏斗和专属填料布置方式，完成高效快速澄清。其特殊的设计结构，配以空气提推技术，即降低了回流能耗，还节省了污泥回流泵房。（6）高污泥浓度使系统具有优越的抗冲击负荷能力在低溶氧、高活性污泥浓度条件下使曝气池有机负荷（F/M）较低，系统具有更加优越的抗冲击负荷的能力。同时由于食物不太充足，微生物增长较慢或基本不增长，甚至可能减少，更进一步消除了剩余污泥中大部分原组织物质，那些易产生异臭味气体的成分也被消除了，如此被“固化”的污泥味道闻起来像新鲜的泥土。

2工程实例

2.1大唐国际多伦煤气化废水处理工程大唐国际发电股份有限公司多伦年产46万吨煤基烯烃项目为世界上最大的煤化工工程化项目。其污水处理站主要处理全厂生活污水，化工区煤气化装置、甲醇装置、丙烯装置和聚丙烯装置的生产污水，装置冲洗排水和污染区内的初期雨水。经处理后澄清水作化工区循环水系统补水，总体实现零排放。（1）设计规模：7200m3/d（2）主要工艺流程：来水——破氰除氟系统——BioDopp生化反应池——多介质过滤和活性炭吸附——循环水回用（3）进出水水质为：（4）项目运行评价大唐国际多伦煤化工项目作为国内最大的煤化工项目之一，全厂为了达到“零排放”的目的，采用以BioDopp生化系统为主体工艺处理厂内各类污水，辅以多介质过滤和活性炭吸附深度处理，使排放污水达到循环冷却水系统补充水标准，作为循环水补充水进行回用，不仅降低了企业的排放总量，还达到了节约用水、节能降耗的效果。所有有机污水在厂内污水处理站集中处理达标后作为循环水补充水，不仅降低了企业的排放总量，还达到了节约用水的效果。BioDopp生化系统总运行成本1.82元/吨，其中直接运行成本是0.91元/吨，直接成本包括电费、药费、人工及维修（电费0.58元/吨，药剂0.15元/吨，人工0.10元/吨，维修0.08元/吨）。BioDopp生物池的建设，有效节约了占地，可将运行成本降低40%，最大限度的提高了运行稳定性。

2.2中石油吉化丙烯腈污水处理站改造工程该项目属扩容提标改造项目，废水中由于含有丙烯腈、氢氰酸、丙酮氰醇及甲甲脂等剧毒高难降解化学物质，曾用传统工艺改造过三次，都出现出水CODCr较高，出水氨氮较进水高的现象，这是含氰废水的特点。采用BioDopp工艺进行技改后，同样占地面积处理水量翻倍，管理维护非常简便。实现了剧毒废水无害化治理，解决了含氰废水脱氮的难题，在国内乃至世界范围内填补了空白。（1）设计规模：4800m3/d（2）改造工艺：将已建的1#、2#、3#SBR污水处理池进行改造，将1#、2#SBR池改造为BioDoppA池，将3#SBR池改造为BioDoppB池。（3）进出水水质为：以下，而BioDopp池出水基本稳定在50mg/L～200mg/L，由于出水指标偏低，目前吉化海特部分高浓废水通过丙烯腈出水稀释后达标排放至吉化污水处理厂。氨氮的硝化为含氰废水的处理难点，因为废水中含有大量的剧毒物质—氰化物，氰化物对硝化菌的生长存在巨大的抑制作用，而对于BioDopp工艺来讲，大比例循环稀释系统使得池内负荷相对均匀，可将梯度负荷降到最低，再加上其独特的驯化方式，使硝化菌能够在此相对稳衡的环境下生长，大量的菌株聚合在一起，形成协同效应，所以能适应一定浓度的CN-环境。吉化要求出水氨氮需控制在45mg/L以下，BioDopp池出水可将氨氮稳定在20mg/L以下。CN-进水基本在5mg/L以下，出水要求控制在0.5mg/L以下，而BioDopp工艺出水CN-可降解到0.01mg/L以下，使有毒废水无害化。该项目不仅对含氰废水处理效果好，而且成本较低，能耗及药耗均较其他工艺低。其总成本为1.94元/吨，其中直接运行成本是0.99元/吨，直接成本包括电费、药费、人工及维修（电费0.23元/吨，药剂0.25元/吨，人工0.21元/吨，维修0.30元/吨）。《BioDopp工艺处理含氰废水的应用及研究》已在国内最权威的工程类国家核心期刊发表。BioDopp工艺为含氰废水采用生化法治理打开了局面。（4）项目运行评价项目自建成以来，运行良好，由于池内控制点只有DO和pH值两个控制点，且DO信号为PLC变频自控调节，故管理非常简便。曝气系统因为具备自清洗的特点，所以不会堵塞，建成五年多以来，曝气均匀，氧利用率高，动力效率一直较为恒定处于高位。吉林石化公司要求出水COD需满足300mg/L煤化工行业污水治理呈现两高两难态势，即污水排放量大，处理难度大，污染浓度高，运行成本高。河南省煤气（集团）有限责任公司义马气化厂响应国家节能减排号召，结合厂内现有以SBR生化处理为主工艺的污水处理站运行成本相对较高，处理效果不够稳定，二期改造占地有限等局面，最终将一座SBR改造为BioDopp生化工艺。该工艺较传统工艺节省一半占地，节约一半能耗，管理维护更加简单。（1）设计规模：840m3/d（2）改造工艺：将已建的SBRA池改造为BioDopp池。（3）进出水水质见表3。（4）项目运行评价项目自建成以来，运行良好，即便是在原水水质波动很大的情况下，出水水质都基本稳定，可见BioDopp工艺的抗冲击、可恢复性很强。而且各出水指标明显优于原SBR工艺，运行管理方便，节省了大量的药剂消耗和人工费用。该项目直接运行费用为3.03元/吨，远低于原厂SBR的8.25元/吨。而且每处理一吨鲁奇加压气化废水能够减少COD排放约5kg、氨氮约0.2kg、总氮约0.2kg、酚类物质约1.0kg，其他需控制污染物1.5kg，并能够得到同等体积的可回用水。BioDopp工艺在真正实现了节能减排的同时还为煤气化行业污水处理提供了一条成熟可靠、投资少、运行费用低、适用性强的技术。BioDopp技术依据自身结构特点和微生物技术，建立了短流程脱氮体系、实现了高效彻底的生化降解效果，大大节约了运行成本，在河南煤化工引起了轰动，目前已依托河南煤化工在河南省科技厅获得科技成果，在鲁奇炉和BGL炉废水领域已被认定为河南省重点推介技术。

3经济效益和环保效益评价这里以河南煤化工义马气化厂污水处理站改造工程为例，对BioDopp工艺的技术经济指标和该工艺的社会环保效益进行分析。

3.1经济效益评价

3.1.1技术经济分析在义马气化厂改造工程中，BioDopp工艺吨水电耗约为1.6～2.0kW•h/t，相对于传统工艺约吨水电耗2.4～4.2kWh/t，可实现能耗节省约33.3%～52.4%。BioDopp技术的立足点就是节能、高效，该技术依靠先进的曝气方式和工艺流程大大降低了对电能消耗，比如软管曝气、空气提推的设计。通过物料衡算可知BioDopp工艺节能主要体现在系统脱氮形式上，大部分通过短程硝化的形式得到去除。这就比其他活性污泥工艺有一定的节能优势。其他活性污泥全程脱氮的硝化过程反应式为：NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2ONO2-+1/2O2→NO3-而短程硝化将硝化控制在亚硝化阶段，则节省25%O2。且BioDopp工艺一直维持在低氧条件下，最高溶氧不超过0.45mg/L，与传统工艺曝气区大于2.0mg/L相比，本工艺节能成果显著。与常规活性污泥法相比，节省O2的量为：1-0.45/2×(1-57.77%×25%)=80.75%鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的40～50%（计算取45%），曝气池是二级生物处理厂耗能最大的构筑物。则至少能节省费用：45%×80.75%=36.34%。与义马气化厂SBR生化系统（吨水耗电6.2kW•h）相比，BioDopp工艺每年可节省费用至少为：35×24×（6.2-2.0）×0.6×365=772.63万元/年另外，短程脱氮过程中反硝化直接由亚硝酸盐开始，则节省62.5%碳源，同时提高了反硝化速率。BioDopp工艺与常规活性污泥法相比，节省脱氮碳源为57.77%×62.5%=36.11%，反硝化速率提高47.36%，反应器容积也相应缩小，节省了占地面积和土建费用。由于BioDopp工艺实现了短程同步脱氮，硝化过程中消耗碱度和反硝化过程产生碱度的大部分过程均在曝气区中发生，两者中和能够有效地保持反应器中pH值稳定，同时可以降低硝酸盐氮浓度以减少速澄区污泥漂浮及回流污泥对厌氧释磷的影响。

3.1.2经济效益分析（1）BioDopp工艺与厂内SBR工艺直接运行费用比较见表4。（2）BioDopp工艺在义马气化厂污水改造过程中的经济指标：①节省占地30～50%，节省一定土建投资及征地费用；②节省供氧量40%，节省碳源25%以上，能耗及药耗总和节省超过50%；③系统剩余污泥量减少40%以上，且运行时无臭味。（3）BioDopp工艺与其他常见气化废水处理生化工艺相比较，其经济性能有较大优势，具体表现如图2。

3.2社会和环保效益评价

本改造工程运行结果展示出良好的社会与环保效益，改造工程工艺应义马气化厂“节能减排”的目的而设计，其处理结果完全达到义马气化厂的要求。义马气化厂属于“九五”国家重点项目，并多次扩建，是国内煤气化行业的标杆企业，其节能减排目标的提前顺利完成不仅显示了其作为一个大型国有企业的社会职责，而且在集团内部树立了标杆作用，同时为行业企业做出了良好榜样作用。应用BioDopp工艺流程每处理一吨Lurgi碎煤加压气化污水能够减少COD排放约5kg、氨氮约0.2kg、总氮约0.2kg、酚类物质约1.0kg，其他需控制污染物1.5kg，并能够得到同等体积的可回用水；同时使用BioDopp工艺流程来处理Lurgi碎煤加压气化污水，比同等工艺吨水处理能耗低2～4kW•h，间接减少二氧化碳排放当量为1.2～2.5kg/t，如果同时计算药耗与其他费用，可间接减少二氧化碳排放当量为2～4kg/t，真正地实现了节能减排的要求。综上，BioDopp工艺流程简单，占地小，运行成本低，而且出水水质有保证，甚至可以达到回用水标准。这不仅降低了工业大户的用水成本，而且避免了周边水体受污染，使居民能够安心用水。既响应了国家节能减排和循环经济的政策方针，又达到了经济效益和社会效益的和谐统一。

4结论

多个工业废水处理工程实例的成功运行证明了BioDopp工艺本身的价值和优越性，在当前处理出水要求高、节能减排任务重的条件下，BioDopp工艺是一种极具推广价值的创新工艺，具体表现为：（1）BioDopp工艺实现了短程同步脱氮，同时保证去除有机污染物和脱氮效果，出水指标相比其它传统工艺大幅度降低，这归因于一体化生物池内独一无二的生物和生化反应的控制参数。（2）BioDopp工艺节省一半占地、能为客户节约大量的宝贵的土地资源；其处理流程短，管理相当简单；（3）BioDopp工艺节省能耗、抗冲击能力强、系统恢复快；（4）BioDopp工艺仅有一个核心溶解氧控制点，并且是变频PLC联动控制，自动化程度高，维护管理简单。（5）BioDopp工艺可实现不停车更换曝气管，使用寿命至少是其它曝气系统的2到5倍。操作维护量少，维护维修非常方便。（6）BioDopp工艺所需人工较少，可节约一定的人力成本。（7）BioDopp工艺污泥龄长，剩余污泥排放量少，大幅降低污水劳动强度。