伴隨化工行業的高速發展，化工生產廢水處理體量也達到了空前規模，如果化工廢水得不到有效處理，將對環境造成嚴重危害。該類廢水中常含有生產原料、中間產物、衍生物和最終產品等多種成分。化工廢水處理一直是行業的難點和熱點問題，其中高鹽、高COD化工廢水處理更是重中之重。高鹽、高COD廢水指總溶解固體（TDS）質量分數大于或等于1%，且在一定條件下用強氧化劑處理時消耗氧量較高的廢水，通常采用以生化法為主，輔以必要物化預處理的技術路線。由于高鹽所帶來的高滲透壓及高濃度Na+本身對微生物具有毒性，非嗜鹽微生物直接暴露于其中會大量死亡，導致微生物酶活性降低甚至失去活性。高鹽、高COD廢水若采用生化法進行低成本處理，必須在生物處理單元前對高濃度無機鹽進行去除或回收。單獨的好氧工藝或者厭氧工藝通常不能實現達標排放，一般將兩種生物處理技術聯合使用。聯合工藝能處理濃度比較高的廢水，凈能耗與運行成本也較低，具有更好的經濟效益。

河南某化工廠生產工業增稠劑——羥乙基纖維素丙醚（HEC），該產品以精制棉、硝酸、氫氧化鈉為原材料，以丙酮、叔丁醇、異丙醇為稀釋劑，通過酸化、醚化、中和、脫溶、洗滌、干燥、精餾等過程來生產。在洗滌過程中會有大量高鹽、高COD廢水產生，必須經過合理的工藝處理達標后才能排放。

1、工程概況

該化工廠廢水的主要污染物為COD及高濃度無機鹽NaNO3，處理后出水要求達到河南省《化工行業水污染物間接排放標準》（DB41/1135—2016）和某園區南部組團污水處理廠納管標準。廢水水質及排放標準如表1所示。

高鹽、高COD廢水量為125m3/d，處理工藝分為物化和生化兩部分，其中生化處理部分因混入廠區生活污水（25m3/d）和其他生產廢水，處理水量為300m3/d。

2、工藝流程

對該廢水進行預處理、電滲析分鹽和可生化性試驗，綜合考慮占地面積、運行成本及排放標準，確定采用磁混凝沉淀+機械過濾+超濾+兩級電滲析+（濃水）壓汽蒸發（MVR）+（淡水）三級UASB+A/O組合工藝，工藝流程如圖1所示。

廠區生產廢水經過投加氫氧化鈉中和后進入調節池，控制pH為7~8，然后由泵提升至物化處理系統，核心工藝電滲析主要是將水中硝酸鈉和COD進行分離，經處理后電滲析淡水中主要含COD，濃水中主要含硝酸鈉；電滲析濃水蒸發結晶后產出硝酸鈉產品；電滲析淡水與蒸發結晶產生的蒸餾水、廠區生活污水、反滲透除鹽系統產生的濃水混合后進入生化處理系統。為了滿足生化系統水溫要求，廠區來水和蒸餾水通過換熱器控制水溫<40℃。

3、主要構筑物及設備參數

3.1 預處理單元

①調節池。

調節時間12h，有效容積75m3，有效水深3.2m，平面尺寸6m×4m。配置2臺提升泵（耐腐潛污泵，1用1備），Q=10m3/h，H=150kPa，N=1kW。

②磁混凝沉淀池。

采用一體化磁混凝沉淀設備，主體尺寸3.5m×1.2m×1.8m，反應時間10min，沉淀時間20min。反應攪拌+高速剪切機+磁分離磁鼓機總功率3.3kW。PAC投加量50mg/L，PAM投加量1mg/L，磁粉定期補充，投加量為5mg/L。加藥系統裝機功率3kW，運行功率1kW。

③機械過濾池。

采用鋼制，平面尺寸1.3m×1.3m，濾池總高度3m。采用石英砂濾料，濾料高度0.7m，濾速6m/h。反洗泵2臺，1用1備，流量25m3/h，揚程150kPa，功率2kW，水反洗強度4L/（m2·s）。氣洗空氣源與曝氣鼓風機系統共用，氣洗強度6L/（m2·s），氣量0.6m3/min。

④中間水池。

機械過濾產水進入中間水池，平面尺寸3m×2m，有效水深2.5m，容積15m3，調節時間1h。

3.2 膜處理單元

①超濾。

處理水量125m3/d，采用陶瓷膜，共8支，膜孔徑50nm，總膜面積97m2，膜通量77.1L/（m2·h）。配置供水泵：流量16m3/h，揚程300kPa，功率2.2kW；反洗泵：流量32m3/h，揚程300kPa，功率5kW。超濾產水箱尺寸3m×2m×3m，容積18m3。

②電滲析。

電滲析裝置膜對數600對，膜片尺寸110cm×550cm，設備尺寸442cm×131cm×92cm，處理水量125m3/d。一級電滲析裝置2臺，設計脫鹽500kg/h，平均電流200A，設計電壓240V，電極形式為鈦涂釕銥板，交流功率107kW。二級電滲析裝置2臺，設計脫鹽174.5kg/h，平均電流70A，設計電壓600V，電極形式為鈦涂釕銥板，交流功率為93kW。配置原水箱，一、二級淡水箱，一、二級濃水箱，極水箱，清洗水箱及相關水泵。

3.3 厭氧生化處理單元

多級UASB具有單位容積微生物保有量高、能夠承受較高沖擊負荷、占地面積小、投資少和動力消耗小的特點。設置三級UASB且每一級UASB反應器容積負荷逐級遞減，能夠盡可能緩解高COD廢水所帶來的沖擊負荷且最大程度節省總容積比例，降低處理成本，滿足后續A/O工藝的設計進水水質要求。

①一級UASB。

2座，鋼筋混凝土結構，單池尺寸13.25m×10m×8m，2座總容積2120m3，有機負荷8kgCOD/（m3·d），常溫發酵，HRT為84.8h。配置UASB進水泵2臺，1用1備，Q=12.5m3/h，H=150kPa，N=0.75kW；循環泵6臺，其中2臺變頻，Q=40m3/h，H=100kPa，N=2.2kW。排泥泵采用單螺桿泵，2臺，1用1備，Q=8.9m3/h，H=0.6MPa，N=4kW。配置pH調節加藥裝置、磷補加裝置各2臺。

②二級UASB。

1座，鋼筋混凝土結構，尺寸18m×10m×8.0m，總容積1440m3，有機負荷5.5kgCOD/（m3·d），常溫發酵，HRT為57.6h。配置循環泵3臺，1臺變頻，Q=60m3/h，H=100kPa，N=3.7kW。排泥泵采用單螺桿泵，2臺，1用1備，Q=8.9m3/h，H=0.6MPa，N=4kW。

③三級UASB。

1座，鋼筋混凝土結構，尺寸10m×8.0m×6.5m，總容積520m3，有機負荷4.0kgCOD/（m3·d），常溫發酵，HRT為41.6h。配置UASB循環泵2臺，1臺變頻，Q=30m3/h，H=100kPa，N=1.5kW。排泥泵與二級厭氧池共用。

④中間水池。

2座，尺寸10.0m×8.0m×1.5m，總池容120m3。

⑤厭氧沉淀池。

豎流式，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸10m×8.0m×2.0m，總池容160m3。配置污泥回流及排泥泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=100kPa，N=0.75kW。

⑥厭氧操作間。

1座，尺寸10m×6m×4.2m，放置污泥回流泵、水封及閥門等，磚混結構，內置甲烷報警器。

⑦沼氣柜。

干式雙膜沼氣柜1套，容積1000m3。沼氣供給5t熱水鍋爐燃燒。

3.4 好氧生化處理單元

①A/O池。

鋼混結構，有效容積550m3，其中，缺氧池有效容積140m3，尺寸5m×5m×6.0m；好氧池有效容積410m3，尺寸15.5m×5m×6.0m，COD負荷為0.15kg/（kgMLSS·d），MLSS為3000mg/L。配置缺氧池潛水攪拌機1臺；鼓風機2臺，1用1備，氣量5.72m3/min，轉速1540r/min，功率11kW；混合液回流泵2臺，1用1備，Q=50m3/h，H=60kPa，N=2.2kW。

②好氧沉淀池。

豎流式，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸4.0m×5.0m×6.0m，總池容120m3。配置污泥回流及排泥泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=100kPa，N=0.75kW。

3.5 蒸餾結晶部分

蒸餾結晶處理來自電滲析的濃水（主要含硝酸鈉），采用肥城金塔機械有限公司MVR蒸發器，其蒸發量5000kg/h，裝機總功率420kW；設備空間尺寸9.5m×6.0m×15.0m。離心壓縮機組材質TC4/2205，進汽溫度90℃，飽和溫升20℃，蒸汽消耗250kg/h。

3.6 污泥處理單元

①污泥濃縮池。

1座，鋼筋混凝土結構，尺寸4.0m×7.0m×6.0m，總池容168m3。

②污泥脫水機房。

1座，磚混結構，尺寸10.0m×8.0m×4.2m。配置螺桿泵2臺，1用1備，Q=10m3/h，H=0.3MPa，N=3kW；配置疊螺脫水機1臺，處理量60~100kgDS/h，N=1.2kW。

3.7 除臭單元

除臭單元為生物滴濾一體化除臭裝置，包括單體加蓋密封、收集管道、生物濾池。在所用生化處理設施上加蓋抽風，水處理車間安裝抽風機。管道采用玻璃鋼，生物填料塔吸收凈化臭氣。離心風機2臺，1用1備，Q=12000m³/h，H=2.2kPa，N=15kW。生物濾池尺寸6m×7m×2m，總池容84m3。循環泵流量20.0m3/h，揚程100kPa，功率1.5kW。

4、運行效果

該工程于2023年5月投入試運營。調試期間出現的主要問題及解決措施：

①物化兩級電滲析的濃室出水COD濃度較高，對后續MVR分鹽單元產品硝酸鈉純度有一定影響，調整電壓電流后，濃水COD下降至設計值（<1500mg/L）。

②UASB單元出現酸化現象，通過控制進水負荷并投加氫氧化鈉得以解決。

經過5個月的調試運行，各處理單元出水水質均達到設計要求，系統連續運行至今。該系統出水水質達到河南省《化工行業水污染物間接排放標準》（DB41/1135—2016）和園區污水處理廠納管標準。

2023年10月—12月各處理單元監測數據均值如表2所示。

5、經濟分析

5.1 投資成本

該工程占地3900m2，總投資2089.17萬元，其中土建費442.82萬元，設備費1287.6萬元，安裝費87.01萬元，設計調試費120萬元，其他費用151.74萬元。

5.2 運行成本

運行成本按高鹽、高COD生產廢水125m3/d計算，包括藥劑費、電力費、人工費、維修費、其他費用。

①藥劑費（見表3）合計0.39元/m3。

②電費的統計裝機總容量為901.1kW，其中超濾、電滲析、蒸發結晶工藝后續單獨核算運行成本。預處理、生化處理、除臭、污泥處理等裝機功率191.6kW，用電負荷系數按0.80計，實際功率153.3kW，則電耗為29.5kW·h/m3，按當地綜合電價0.52元（/kW·h）計，則電費為15.34元/m3。

③人工費按平均3500元（/月·人）、勞動定員15人計，為14元/m3。

④維修費按固定資產價值的1.5％計，為0.41元/m3。

⑤超濾部分運行功率3kW，電耗0.5kW·h/m3，電費0.26元/m3，包括膜更換費用（更換率20%，2萬元/a），合計運行成本為0.78元/m3。

⑥電滲析總運行功率330kW，能耗48.5kW·h/m3，電費25.22元/m3，包括膜更換費用（使用壽命2年，40萬元/a），合計運行成本為34.07元/m3。

⑦蒸發結晶部分運行功率370kW，電費37元/m3；蒸汽量250kg/h，蒸汽單價200元/t，蒸汽費9.6元/m3；冷卻水20m3/h，補水10m3/d，水價5元/m3，冷卻水價0.4元/m3，合計運行成本為47元/m3。

⑧其他費用按以上費用的10％計算，共11.38元/m3。

綜上所述，運行成本為123.37元/m3。回收硝酸鈉約10t/d，單價1600元/t，收益576萬元/a，沼氣約3000m3/d用于熱水鍋爐，節約燃煤費用約61萬元/a，扣除運行費用，收益約82萬元/a，效能收益17.97元/m3，經濟效益良好。

6、結論

工程實踐表明，采用磁混凝沉淀+機械過濾+超濾+兩級電滲析+（濃水）壓汽蒸發（MVR）+（淡水）三級UASB+A/O組合工藝處理高鹽、高COD化工廢水，工程總投資為2089.17萬元，運行成本為123.37元/m3，效能收益為17.97元/m3，經濟效益良好；核心工藝兩級電滲析將高鹽（硝酸鈉）與COD分離，消除了后續生化處理單元的高鹽環境，提高了高鹽、高COD廢水的可生化性，使得三級UASB+A/O組合工藝能夠有效去除高濃度COD；整個工藝對原水COD、TN、TP的總去除率分別為99.73%、99.79%、85.71%，出水水質達到河南省《化工行業水污染物間接排放標準》（DB41/1135—2016）和某園區南部組團污水處理廠納管標準。（來源：河北工程大學能源與環境工程學院，河北省水污染控制與水生態修復技術創新中心，污水處理及資源化利用河北省工程研究中心，冀中能源峰峰集團有限公司，河北利仕化學科技有限公司）