高浓度化工废水：600吨天“铁碳微电解 IC厌氧 AO”技术方案

600吨/天高浓度化工废水处理技术方案

在环保要求日益严苛的今天，高浓度、高毒性、难降解的化工废水如何实现稳定、经济地达标处理，是横亘在众多化工企业面前的一道技术难题。传统生化工艺往往“水土不服”，高级氧化技术又面临成本高昂的瓶颈。

本文将深度解析一套处理规模达600吨/天，以铁碳微电解为核心预处理单元，结合IC厌氧与A/O生化处理的综合性技术方案。该方案旨在为同类废水处理提供一条技术先进、经济可行且运行稳定的破局之路。

一、 项目背景与核心挑战

1.废水来源与特性

本项目针对某大型化工企业生产四氢呋喃（THF）、1,4-丁二醇（BDO）过程中产生的综合废水。该类废水是典型的“三高”废水：

高浓度：原水COD高达30,000 mg/L，BOD5约9,000 mg/L。

高毒性/难降解：含有杂环类、长链大分子等难生化降解有机物，且可能含有对微生物具有抑制性的中间产物，原水B/C比仅0.3左右。

高氮含量：氨氮浓度约150 mg/L，总氮约200 mg/L。

2. 设计目标与难点

设计规模：600 m?/d。

出水标准：严格执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准，并强化脱氮，确保COD≤300mg/L，TN≤70mg/L，NH3-N≤45mg/L。

核心难点：如何有效破解难降解有机物，提高可生化性，并构建一个能同时应对高负荷与毒性冲击的稳定生化系统。

二、 工艺路线选择：为何是“铁碳微电解+IC+A/O”

经过多方案技术经济比选，最终确定了 “物化预处理—资源化厌氧—深度脱氮好氧” 的三段式核心工艺路线。

最终工艺流程图：

高浓度化工废水 → 格栅 → 调节池 → 铁碳微电解反应器 → 芬顿氧化池 → 中和沉淀池 →水解酸化池(填料) → IC厌氧反应器 → 缺氧池 → 好氧池 → 二沉池 → 达标排放 →                                                                           ↑              ↑             ↑           ↓                                                                         (排泥)         (沼气利用)    (混合液回流) (污泥回流与排放)

1. 预处理工艺的抉择：铁碳微电解-芬顿的优势

相较于传统的水解酸化，铁碳微电解-芬顿组合工艺在处理难降解化工废水上更具针对性优势：

机理明确：通过电化学氧化还原、混凝、吸附等多重作用，直接破坏苯环、杂环等稳定结构。

效果显著：能大幅提高废水的B/C比（预计可从0.3提升至0.45以上），并有效破除生物抑制性。

承上启下：为后续高效的生物处理扫清障碍，是保证整个系统稳定运行的关键前提。

2.主体工艺的确定：IC与A/O的强强联合

IC厌氧反应器：以其高负荷【15kgCOD/(m?·d)】、高抗冲击性、占地面积小和沼气回收的优势，成为高浓度有机废水厌氧处理的不二之选。

A/O工艺：通过缺氧-好氧环境的交替，完美实现了反硝化-硝化过程，是去除总氮最经典、最可靠的生化脱氮技术。

三、 核心单元设计与关键技术参数

1.强化预处理系统：破链与转化

（1） 调节池

功能：不仅是水量调节，更是水质均化的“缓冲器”，为后续对pH要求苛刻的微电解提供稳定进料。

设计：有效容积600m?，HRT=24h。设穿孔管曝气系统防止沉淀。

（2） 铁碳微电解系统（核心破链单元）

反应机理：在酸性条件下，铁与碳形成电位差，产生无数微原电池，持续释放具有高反应活性的新生态【H】和Fe??。新生态【H】能与废水中的显色基团、难降解有机物发生氧化还原反应，使其断链、开环。

设计关键：

反应器形式：采用固定床式反应塔2座，并联运行，便于交替检修与填料更换。

关键参数：HRT=1.5-2.0h，进水pH严格控制在2.5-3.5。

填料选择：采用特种铸铁屑与导电性材料（如焦炭、活性炭）的混合填料，确保形成高效的微电池体系，并防止板结。

（3）芬顿氧化池（深度氧化单元）

反应机理：利用前序微电解产生的Fe??作为催化剂，与投加的H?O?构成芬顿试剂，产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，将微电解产物及残余难降解有机物无选择性地彻底氧化为CO?和H?O或小分子有机酸。

设计关键：

HRT=1.5-2.0h，pH控制范围3-4。

药剂投加：H?O?投加量需通过试验确定，初步设计按与COD质量比1:1~1:1.5。精确的pH与ORP在线监测是控制关键。

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（4）中和沉淀池（物化分离单元）

功能：将系统pH回调至7-8，使芬顿反应产生的大量Fe??形成氢氧化铁絮体，该絮体具有强大的网捕、吸附、混凝作用，能有效去除废水中的SS、胶体、部分COD及色度。

设计关键：采用机械搅拌反应+斜板沉淀池，表面负荷取1.0 m?/(m?·h)。需投加碱（NaOH/Ca(OH)?）和絮凝剂（PAM）。

2.生化处理系统：降解与脱氮

（1） 水解酸化池（生化性提升单元）

功能：在厌氧条件下，利用悬挂的弹性立体填料上附着的水解酸化菌群，将前序工段处理后废水中剩余的大分子、难降解有机物进一步转化为小分子有机酸，为后续IC厌氧反应器提供更优质的“食粮”。

设计：有效容积600m?，HRT=24h，填料填充率70%。

（2） IC厌氧反应器（能源回收核心）

技术优势：其双层三相分离器和高效内循环系统是其高负荷、抗冲击、不跑泥的核心。

设计计算：

数量：2座，单座Φ10.0×18.0m，总有效容积~3600m?。

容积负荷：15 kgCOD/(m?·d)。

COD去除率：≥85%，日去除COD量达16,110 kg。

沼气收益：按0.35 m?/kgCOD计，日沼气产量约5,000 m?，相当于3.5吨标准煤，可用于锅炉或发电，产生显著经济效益。

（3） A/O生化池（深度脱氮核心）

A池（缺氧池）：

功能：反硝化。利用好氧池回流的混合液（提供NO??-N）和进水中的有机物作为碳源，在缺氧条件下将硝态氮还原为氮气排出。

设计：有效容积600m?，HRT=24h。混合液回流比200%-300%，配备潜水搅拌器。

（3）O池（好氧池）：

功能：有机物降解与硝化。好氧异养菌降解剩余有机物；硝化细菌将氨氮(NH?-N)氧化为硝态氮(NO??-N)。

设计：有效容积1800m?，HRT=72h。采用微孔曝气，气水比8~10:1。污泥浓度(MLSS)维持在4000 mg/L左右。

（4） 二沉池

功能：泥水分离，保证出水SS达标，并将浓缩污泥回流至好氧池，维持系统生物量。

设计：辐流式沉淀池，直径16m，表面负荷0.7 m?/(m?·h)。

3. 污泥处理系统

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来源：化学污泥（中和沉淀池）与生化污泥（IC反应器、二沉池）。

工艺：污泥浓缩池（直径12m） + 板框压滤机（过滤面积200m?）。

出泥：含水率≤60%，外运合规处置。

四、 经济性与效益分析

4.1 工程投资概算（总投资：2000万元）

投资项目	金额（万元）	占比
土建工程	660	33.3%
设备购置	880	44.4%
安装工程	200	10.0%
电气与自控	180	8.4%
其他费用	80	3.9%

4.2 运行成本分析（年运行330天，吨水成本：20.6元/吨）

费用项目	年费用（万元）	占比	备注
电费	180	44.1%
药剂费	150	36.8%	芬顿试剂(H?O?、酸、碱)是主要消耗
人工费	48	11.8%	按12人配置
维护费	25	6.1%
其他	5	1.2%
合计	408	100%

 

3. 综合效益评估

环境效益：年减排COD约5000吨，总氮约30吨，对保护当地水环境贡献巨大。

· 

能源效益：沼气回收利用，年节约标准煤约1960吨，实现了“以废治废”。

社会效益：为化工行业绿色转型提供了可靠的技术路径，符合国家可持续发展战略。

五、 结论与实施建议

1.技术方案总结

本方案所构建的 “铁碳微电解-芬顿 + 水解酸化 + IC厌氧 + A/O” 技术体系，是一条针对高浓度难降解化工废水的高效、完整且成熟的工艺路线。它成功地将高级氧化的彻底性、厌氧处理的经济性（能源回收）与好氧脱氮的可靠性融为一体，确保了最终出水的稳定达标。

2.关键实施建议

先试验，后设计：强烈建议在工程实施前，进行详细的废水小试与中试，以精确优化铁碳微电解-芬顿单元的工艺参数（如最佳pH、反应时间、药剂投加比），这是控制后期运行成本的关键。

2. 严选材料，重防腐：微电解与芬顿系统在强酸性条件下运行，所有相关设备、管道、阀门必须采用高等级耐腐蚀材料（如FRP、CPVC、不锈钢316L等），避免设备腐蚀带来的运行中断与安全隐患。

3. 智能化控制：

在微电解进pH、芬顿氧化ORP、好氧池DO等关键节点设置在线仪表，并与加药系统、曝气系统联动，实现精准控制，在保证处理效果的同时，最大限度地降低物耗与能耗。 

4.污泥分类处置：产生的含铁化学污泥与生化污泥性质不同，建议分开处理，并探索化学污泥在建材等领域资源化利用的可能性，实现真正的“变废为宝”。

结语

面对高浓度化工废水这一行业顽疾，通过科学合理的工艺组合与精细化的工程设计，完全能够实现环境效益与经济效益的双赢。本方案提供了一套经过实践验证的技术蓝图，旨在为同行及相关企业提供有价值的参考，共同推动化工行业的绿色、可持续发展。