EGSB处理扑热息痛生产废水工程应用
1.前言
扑热息痛是常用的解热镇痛药物，化学成分为对乙酰氨基笨酚(醋氨酚)，分子式为C8H9NO2，经过几十年的生产实践，扑热息痛的生产已经形成一套成熟的生产工艺，即传统的二步生产法，是以对硝基氯苯为原料，经水解、酸化还原制成对氨基苯酚，再经过酰化得到对乙酰氨基苯酚[1]。由于废水中含有对氨基苯酚、对乙酰氨基酚及其氧化产物醌、偶氮化合物等对微生物有一定的抑制和毒性作用，该类废水治理一直是难题。连云港某制药厂是一家从事对乙酰基苯酚生产的原料药企业，日产水量1000m3。原有一套UASB池+CASS池污水处理系统，由于处理工艺不合理等原因，一直无法正常运行。经技术改造后，新增EGSB厌氧反应器1套。
2.工程设计
2.1 废水特点
废水主要由酰化段离心废水、多次套用母液、精制段压滤废水、反应釜清洗废水和生活污水组成，主要污染因子有对氨基苯酚、冰醋酸、焦亚硫酸钠、粉末状活性碳、乙酰氨基酚及氧化产物醌、偶氮化合物等，由于对乙酰胺基苯酚具有共轭可变结构和生色基团，废水在酸性条件下呈红褐色，在碱性条件下呈蓝色，色度随电位升高而增大。对乙酰氨基苯酚及反应副产物较难生物降解[2]。废水具有组分复杂，浓度高，水质波动大，生物不易降解等特点。
2.2进出水水质要求
设计进水水质：CODcr：15000mg/L;BOD5:5000mg/L;NH3-N：150mg/L;SS：1000mg/L;pH：2～3;色度：2000倍。
设计出水执行《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999)，主要指标：CODcr≤500mg/L;SS：≤400mg/L;pH：6～9
2.3 处理工艺及说明
目前，扑热息痛生产废水处理方法有混凝沉淀、高级氧化、铁碳电解、膜过滤、厌氧生物处理、好氧生物法等多种组合处理工艺，根据本工程进水水质特点和处理深度要求，本工程处理工艺采分质处理技术，将企业排放废水按水质特点分类收集、预处理后汇合的处理工艺，工艺流程详见图2.2-1.
图2.2-1 工艺流程框图
母液污染程度最重，CODcr：200000mg/L，精制废水污染程度较轻，CODcr：3000～5000mg/L，但粉末状活性碳含量较高，且含有一定量的反应中间产物醌类等难生物降解成分，其他废水指生活污水、离心废水、冲洗废水等，污染程度一般。
将母液废水单独收集，通过提升泵均匀泵入综合废水调节池;精制废水设置单独收集池，经折流式沉淀池去除废水中悬浮物活性碳，与其他废水汇入综合废水调节池内，在综合废水调节池内均衡水质，经均质调节后废水进入pH调节池调节废水pH，由于本工程废水呈酸性是由水中含冰醋酸造成的，因此pH调节至4左右即可，不需调至中性以减少液碱消耗量。pH调节池出水进入水温调节池，经水温调节池稳定水温在35°±2。恒温废水泵入EGSB厌氧反应器内，在EGSB厌氧反应器去除大部分有机物。EGSB厌氧反应器从功能划分为高负荷区、精处理区、沉淀区3部分，，其中高负荷区容积负荷可达12kgCODcr/(m3·d)，精处理区容积负荷为3 kgCODcr/(m3·d)，沉淀区表面负荷为0.53m3/(㎡·h)。并设置了强制外循环系统，通过强制外循环不但保证了传质效果，又起到了原水稀释作用。
EGSB厌氧反应器顶部设置气液分离器，实现沼气与废水、污泥的分离，分离后的沼气经沼气收集管道收集并输送至沼气储罐内，由于产生沼气量较小，不具备回收利用价值，采用沼气燃烧塔燃烧后放空[3]。
EGSB厌氧反应器出水进入水解池，通过缺氧微生物的新陈代谢作用将废水中残留的部分大部分子有机物分解为小分子有机物，提高废水可生化性，为后段好氧生物处理提供有利条件。此时出水仍不能满足排放要求，因此需设置好氧系统，好氧系统采用CASS工艺，不需设置二沉池。由于废水中残留一定量的显色物质，废水的色度较重，通过折流式脱色池后达标排放。
2.4 主要建构筑物设及设计参数
本工程主要建构筑物尺寸及设计参数见表2.4-1，
表2.4-1 建构筑物设计参数及配套设备一览表
3.调试运行结果及分析
3.1 调试条件及方法
经过单机试车及清水联动后，工程开始调试，在调试期间，进水水质、污泥浓度等分析采用相应的国标法[4]。本工程启动时EGSB厌氧反应器内污泥来自同类企业EGSB厌氧反应器内含水率99%的颗粒污泥，水解池和CASS池活性污泥来自市政污水处理厂脱水后污泥，含水率80%，EGSB厌氧反应器、水解池和CASS池接种污泥量分别为2.5gVSS/L、2.5gVSS/L和3.5gVSS/L，接种后即开始进少量的污水进行培养驯化，同时进行水质监测，此后逐渐增加进水量，经过240天的调试，进水水量达800m3/d。在调试前期，由于企业二期工程正处于调试阶段，经常有事故排放，虽然进水经调解后基本稳定，但废水中难生物降解和对生物有毒害作用物质组分偏高，加之厌氧颗粒污泥对水质不适应，造成系统运行效果不佳，三个月后，随着生产的稳定及微生物不断适应，加以人为控制，系统稳定性明显提高，为后期调试提供了有利条件。
3.2运行结果分析
图3.2-1为调试过程中EGSB厌氧反应器进出水CODcr变化及去除率情况。由图可知，EGSB厌氧反应器进水CODcr：15000mg/L，调试前期，由于颗粒污泥尚未适应，出水浓度不断升高，至三个月后，出水有机物浓度不断下降，至调试末期出水CODcr稳定在2000mg/L，去除率达90%。
图3.2-1 EGSB厌氧反应器进出水CODcr数据分析
图3.2-2和图3.2-3为CASS池进出水CODc、NH3-N变化及去除率情况，由图可知，调试前期由于厌氧反应器出水不正常，导致CASS池进水浓度偏高，经过6个月的调试，运行趋于正常，CASS池进水CODcr：2000mg/L左右，出水CODcr：200mg/L，去除率为90%，进水NH3-N:120mg/L，出水NH3-N：20mg/L。去除率为83.3%。
图3.2-2 CASS池进出水CODcr浓度及去除率变化
图3.2-3 CASS池进出水NH3-N浓度计去除率变化
3.3 控制因素分析
根据厌氧消化理论可知[5]，产甲烷过程中产生一定的碱度，导致pH上升，当pH高于7.6时，厌氧微生物生长受到抑制，受抑制较明显的为产甲烷菌，由于进水中含有冰醋酸，可被甲烷菌直接利用，进而导致运行前期pH上升较快。另一方面由于污泥刚接种，产酸菌活性较差，也成为pH急剧上升的一个关键因素。通常采用投加酸的方法控制系统内pH值，本工程通过降低进水pH方法控制EGSB厌氧反应器内pH，从图3.3-1可知，前90天，EGSB反应器内pH一直较高，至120天是，进水pH从7一直下调至4.0，出水pH基本稳定在7。EGSB反应器内VFA(挥发性脂肪酸)前60一天一直处于下降状态，说明系统内产甲烷菌比产酸菌活性高，由于甲烷菌活代谢作用，导致系统内pH不断攀升，至180天，由于产酸菌逐渐适应废水水质特点，生物活性基本正常，产酸速率与产甲烷速率基本平衡，EGSB厌氧反应器内VFA维持在3.0mmol。
图3.3-1 EGSB进出水pH变化及VFA变化
由氨氮的消化反硝化理论可知[6]，硝化过程中将消耗碱度，导致pH下降，当pH低于6以后将抑制硝化反应的进行，通常采用投加碱来提高pH值，另一方面，反硝化过程中产生一定的碱度。因此良好的反硝化将有利于硝化反应的进行，本工程调试过程中，考虑到运行成本和操作简单，未投加任何碱以维持硝化pH值，而是通过调整进水量，低负荷运行，提高反硝化速率来弥补硝化消耗的碱度。由图3.3-3可见，由于调试前期，进水有机物浓度较高，生物活性较差，导致硝化无法正常进行，从60天开始，进水CODcr开始逐渐降低，为硝化反应创造了有力条件，至120天，CASS池对氨氮去除率不断提高，去除率83.3%。
4.工程投资及运行费用
本污水处理系统设计处理能力为1000m3/d，所采用建构筑物和机械设备已在表2.3-1中列出，工程总投资为855.4万元，总装机功率为179.4kw，最大使用功率90.45kw，合计用电量为2090.3kwh/d，只考虑水、电和药剂费，污水处理直接运行成本为2.38元/吨水。
5.结论
本污水处理调试结果表明，应用EGSB厌氧反应器与CASS工艺处理扑热息痛生产废水是可行的，在进水有机物(CODcr)浓度为15000mg/L、NH3-N浓度为120mg/L时，CODcr和氨氮的去除率分别为98.7%和83.3%，处理后出水达到污水排入城市下水道水质标准。
参考文献：
[1] 章思规主编，实用精细化学品手册.北京.化学工业出版社，1996;15.
[2] 杨丽萍.扑热息痛生产过程中的主要污染源、污染物及其处理方法的改进[J].化工中间体，2004,45(4);45-48.
[3] 李东明.上流式厌氧污泥床设计、应用与控制原则[J].化工给排水设计，1990,21(2)：37-42.
[4] 胡纪萃.周孟津.左剑恶.等.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2002:1-4.
[5] 周群英.王士芬.环境工程微生物学.北京：高等教育出版社，2008:1-178.
[6] (日)宗宫 功.污水除磷脱氮技术[M].张荪楠，吴之丽，译.北京：中国环境科学出版社。1987.