丛涛泉， 李长波， 赵国峥

(辽宁石油化工大学 环境与生物工程学院， 辽宁 抚顺 113001)

0 引 言

随着高校不断扩招以及经济的快速发展，学生人数激增、科研实验增多，实验室废水产生量也与日俱增，并且排放周期不定、水质成分复杂。废水中不仅含有洗涤剂、常用溶剂等有机物，还含有较多的酸碱、重金属以及有毒有害物质，且伴有许多新生物质，性质很难确定。我国大部分教学科研单位实验室废水均没有进行妥善处理而直接排放，对周边河流水体污染极为严重[1-4]。

本文以某石油高校实验室为对象，分析其实验室废水排放特征和水质性质[5-6]，提出了具体的工程设计方案和设计参数，并形成了一套完整的实验室废水处理工艺流程，希望能为我国石油化工类教学科研单位实验室废水处理提供参考。

1 实验室废水的种类

某高校化学化工与环境学部现有化工基础实验教学、化工工艺实验教学、化工分析测试实验教学、化工仿真实验教学四大平台，并拥有5个省级重点实验室和5个省级工程技术研究中心。根据实验室废水中所含主要污染物的性质，实验室废水可分为有机实验室废水、无机实验室废水和微生物实验室废水三大类。无机实验室废水主要含有酸碱、重金属、重金属络合物、硫化物、卤素离子、氰化物及其他无机离子等；有机实验室废水含有常用的有机溶剂、有机酸、醚类、有机磷化合物、酚类、石油类、油脂类、多氯联苯等物质。实验室废水按所含污染物的主要成分可分为酸性废水、碱性废水、含氰废水、含重金属废水、含酚废水、卤素类废水等；微生物实验室废水主要由生物实验室化验废水、生物培养液、培养基和少量实验器具冲刷水[7-10]。

2 实验室废水的工艺设计

2.1 工艺流程图

工艺流程图见图1。

实验室废水首先经过细格栅(3mm)流入调节沉淀池Ⅰ，出水进入吹脱浮油塔；表面活性剂和破乳剂经投药装置加入吹脱浮油塔，分离出的气体和油点燃；出水经湿式氧化工艺处理；絮凝剂、氧化钙、硫化钠等物质与湿式氧化出水混合进入沉淀池，出水完成物化处理，流入生化系统的调节沉淀池Ⅱ；教学楼及生活区废水经10 mm细格栅流入调节沉淀池Ⅱ，同物化处理的水混合，再经A2/O工艺脱氮除磷和去除BOD；最后通过压力滤罐去除水中没有出去的物质，整个流程产生的污泥及沉淀物经脱水后卫生填埋。

实验室废水还可以根据废水水质在物化处理的不同阶段与生活废水混合后使用人工湿地的方法进行处理，但人工湿地处理的影响因素较多，如温度、降雨等，效果不也稳定[7]，考虑到某校地处北方地区，故放弃湿地处理的方案。

2.2 各工艺单元的设计

据统计某校实验室废水量为50 m3/d，学校师生人数3万人，每人每天产生生活废水100 L。

2.2.1细格栅

格栅的作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用(见图2)，是污水处理的必要组成部分[11]。

实验室废水通过管道输送首先通过细格栅(3～10 mm)，其中物化部分采用3 mm细格栅，生化部分采用10 mm细格栅(考虑到废水水质)。

以生化部分为例(物化部分可按以下方式计算)，以下为生化部分细格栅设计：最大设计流量Qmax=0.3 m3/s；格栅安置的倾角α=60°；栅前水深h=0.4 m；过栅速度v=0.9 m/s；栅条净间隙b=0.01 m；栅条宽度S=0.01 m；进水槽宽B1=0.4 m；格栅阻力系数k=3；渐宽部位夹角α1=20°；阻力系数ζ=1.1；栅前渠道超高h2=0.3 m；栅前槽高H1=m。

2.2.2调节沉淀池

调节沉淀池是调节池、中和池和初沉池的结合体，三池的结合起到了节约占地面积的效果，调节沉淀池起调节水量(内线调节)、调节水质和沉淀固体的作用。它形如竖流式沉淀池，但储液体积较大。其中物化部分体积较生化部分的小(由于水量不同)。调节池和初沉池是废水处理的必要组成部分。

废水由中心管流入，在反射板的作用下发散到池内，由于池体较大，废水停留时间较长，易沉淀物质沉淀到池底，由排泥管排出，同时起到调节水质水量的目的。池内有排水监测系统，由浮筒、排水管、监测装置和固定滑道组成，排水监测系统利用浮筒漂浮在水面，固定滑道将浮筒固定在池壁附近，防止浮筒漂移，排水管采用软管设计，固定于浮筒插入水面以下(见图3)，检测装置由pH计和警报器组成，pH计深入水中，时时监测水的pH，当pH超出安全范围时警报响起。

图3 调节沉淀池尺寸标注图(m)图4 调节沉淀池结构图

通过真空泵即可将废水从调节沉淀池(调节沉淀池Ⅰ)中排出，进入下一工艺。

2.2.3吹脱浮油塔

吹脱浮油塔是由吹脱塔改进而来，废水从调节沉淀池Ⅰ而来，从吹脱浮油塔中部进入，空压机将空气鼓如塔内，微小的气泡均匀的从塔底上浮，将挥发性气体、溶解性气体带出，将油提到液面上。气体由上部排出，油因为密度比水小漂浮在液面上，进而排出，处理后的废水由下部排出。吹脱出的气体很可能带有毒性和可燃性，与分离出来的油一起点燃，一部分加热吹脱塔;另一部分预加热湿式氧化的废水。本装置的设计针对石油化工类大学油类物质产生量大、易燃气较多的特点而增加及改进，采用此种结构将气浮和吹脱相结合，一塔多用，不仅节约了占地面积还节约了成本，效率高，维修简便。从中部进水，下部出水，气-液相逆流，使效率更高。排出的可燃气及有毒有害气体与分离的油被点燃为吹脱浮油塔和湿式氧化的废水提供热量，使吹脱浮油塔效率更高，使湿式氧化工艺节约能源(见图5)。表面活性剂和破乳剂的加入使油水更易分离，吹脱后废水溶解氧较多，减小了湿式氧化空压机的负荷，湿式氧化效率显著。

图5 吹脱浮油塔结构原理图

2.2.4湿式氧化

在较高的温度和压力下，用空气中的氧来氧化废水中的溶解和悬浮的有机物和还原性物质[12]。

图6的装置已广泛应用，本流程采用此装置后可将大分子有机物分解为小分子，还原性物质得到氧化，为下一步沉淀做出准备，同时实验室里的微生物也会被消灭。此装置出水具有良好的沉淀分离性能，且具有尺寸小、能耗低、二次污染小等特点。

2.2.5沉淀池

沉淀池采用横向流斜板斜管式，占地更小、效率更高、停留时间更短。絮凝剂、氧化钙、硫化钠的加入使重金属等物质沉淀。

经过以上工艺(物化处理)出水水质达到与生活废水混合后可生化处理的标准。

2.2.6A2/O工艺

考虑到某校的氮磷排放量较大，A2/O工艺不仅达到脱氮除磷的目的，而且同时COD及BOD也得到下降[13]。它是由厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池组成(见图7)，该工艺已广泛应用。

2.2.7压力滤罐

经过A2/O处理的废水最后通过压力滤罐的吸附将废水中不能处理的物质吸附，出水可排入人工湿地(一般高校都有)，也可排入河流当中(见图8)。

以上流程在实际中动力来源可用泵提供，由于废水水质复杂，建议使用真空泵。物化部分沉淀池和生化部分A2/O产生的污泥和沉淀可经过PAM脱水、压滤机脱水后进行安全填埋。经过此流程处理的废水出水可以达到国家排放标准。研究表明，湿地可以有效处理低浓度废水[14-15]，高校大多以建设人工湿地，南方高校可以考虑不采用压力滤罐，而直接排放到人工湿地，北方高校可以只在冬季采用压力滤罐，或排放不达标时开启压力滤罐，达到节能的目的。

3 结 语

根据某石油高校实验室废水的水量和水质设计了实验室废水处理的工艺流程，首先经过细格流入调节沉淀池Ⅰ，出水经过吹脱隔油塔(分离出的气体和油点燃)，处理后的水经湿式氧化工艺处理，最后通过沉淀池完成非化处理工艺，物化处理废水与生活用水混合经A2/O工艺脱氮除磷和降低BOD，最后通过压力滤罐去除水中无法处理的物质，整个流程产生的污泥及沉淀物经脱水后卫生填埋。对流程中的每一工艺装置做了说明，流程中调节沉淀池、吹脱浮油塔等构筑物均为作者自行设计，希望可以对我国石油石化类教学科研单位实验室废水处理提供一定参考和启迪。

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