湖州某印染有限公司主要從事化纖布染色印花、棉布染色及砂洗業(yè)務(wù)，其廢水主要來自產(chǎn)品染色印花砂洗過程中的工藝廢水、車間清洗廢水、廢氣處理廢水、廠區(qū)內(nèi)生活污水、初期雨水等。人工合成有機(jī)物和天然有機(jī)物是印染廢水的主要污染物成分，其中很多有機(jī)物含有顯色基團(tuán)，如-N=N-、-N=O、-SO3Na、-OH、-NH2等，還混有各類鹵代物、苯胺、酚類等助劑，以及一定量的Na2S2O4等有毒物質(zhì)。
印染廢水具有成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高、色度高、水質(zhì)波動(dòng)較大、總氮較高等特點(diǎn)，且廢水處理過程產(chǎn)生的污泥量一般可達(dá)5%左右(含水率98%)。目前該企業(yè)廢水處理的難點(diǎn)主要集中在總氮、總銻等指標(biāo)的去除及污泥的減量化，對(duì)此筆者前期通過物化加藥實(shí)驗(yàn)、生物工藝參數(shù)優(yōu)化后，確定采用物化+厭氧+兼氧+兩段好氧+物化工藝進(jìn)行改造，項(xiàng)目運(yùn)行半年后各項(xiàng)污染指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且處理過程產(chǎn)生的污泥量較改造前縮減了50%。
1、工程概況
該項(xiàng)目廢水量為6000m3/d，出水執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-2012)間接排放要求，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。
原有廢水處理工藝流程見圖1。
由圖1可知，該廠原廢水處理系統(tǒng)先經(jīng)調(diào)節(jié)池，進(jìn)水端設(shè)有機(jī)械格柵，池內(nèi)有曝氣設(shè)施，撈除垃圾后由泵提升進(jìn)入加藥初沉池，通過投加聚合硫酸鐵(PFS)、消石灰、聚丙烯酰胺(PAM)將水中部分COD、色度、部分總銻去除，出水進(jìn)入?yún)捬醭�，達(dá)到提高B/C、脫色、去除部分COD與總氮的目的，出水再經(jīng)活性污泥池，達(dá)到去除部分COD、色度、大部分氨氮的目的，在進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離后，污泥回流至厭氧池，上清液進(jìn)入加藥終沉池，投加PAC與PAM，進(jìn)一步去除COD、色度等指標(biāo)，出水納管排放。該廠原廢水站最終出水中總氮與總銻并不穩(wěn)定，偶有瞬時(shí)值超標(biāo)的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)500m²的高壓板框壓濾機(jī)1d出3次泥餅(含水率約65%，濾餅厚20mm，即每天出30m3泥餅)，隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，污泥的處置費(fèi)用不斷上升，環(huán)保問題開始制約企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，亟需對(duì)廢水處理站進(jìn)行升級(jí)改造。
2、工藝改造思路
2.1 總氮達(dá)標(biāo)改造
通過對(duì)原廢水站調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)：原調(diào)節(jié)池停留時(shí)間僅5h，無法實(shí)現(xiàn)均質(zhì)均量的目的，無單獨(dú)反硝化區(qū)及混合液回流設(shè)施，硝化不徹底是總氮無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的主因。首先，建議擴(kuò)建調(diào)節(jié)池，確保HRT在20h以上；其次，原厭氧池HRT為2d，測(cè)得MLVSS為4500mg/L左右，進(jìn)厭氧池廢水的COD為1500mg/L左右，污泥負(fù)荷為0.17kgCOD/(kgVSS·d)，研究表明污泥負(fù)荷在0.29~0.51kgCOD/(kgVSS·d)范圍能加速厭氧顆粒污泥的形成，低于此范圍不利于顆粒污泥的形成，從原厭氧池內(nèi)取樣發(fā)現(xiàn)，污泥量很少且細(xì)碎，很難通過上部三相分離器分離，導(dǎo)致厭氧出水渾濁，處理效果較差；建議將原厭氧池與活性污泥池改造成為厭氧池+兼氧池+兩段好氧池，
減少厭氧池停留時(shí)間，將厭氧污泥負(fù)荷提高至0.46kgCOD/(kgVSS·d)，促進(jìn)顆粒污泥形成，進(jìn)而改善污泥沉降性能，提高出水效果，再增設(shè)兼氧池，內(nèi)設(shè)氣體攪拌設(shè)施，通過攪拌吹脫去除厭氧出水中如硫化氫等有毒氣體，改善反硝化環(huán)境，同時(shí)對(duì)好氧池內(nèi)回流混合液進(jìn)行反硝化，達(dá)到去除總氮的目的，最后延長(zhǎng)好氧池停留時(shí)間，將好氧池分隔成兩段，第一段主要用于去除有機(jī)物，第二段用于硝化，增設(shè)混合液回流泵，將脫碳作用與硝化作用分開，根據(jù)生態(tài)學(xué)中的“多樣性導(dǎo)致穩(wěn)定性原理”，兩段好氧呈現(xiàn)出的微生物多樣性更有利于水中各類污染物的去除。
2.2 除銻與污泥減量化改造
目前廢水中的重金屬銻主要通過加藥方法去除，傳統(tǒng)生物法除銻的效果不明顯，特種菌除銻雖是目前最經(jīng)濟(jì)的方法，但除銻的機(jī)理與微生物的篩選培養(yǎng)還處于研究階段。各類藥劑中，PFS對(duì)印染廢水中銻的去除效率顯著優(yōu)于鐵鋁復(fù)配混凝劑和鋁鹽混凝劑，銻去除率達(dá)97.4%，出水銻質(zhì)量濃度可達(dá)4μg/L以下，因此除銻采取投加PFS為主導(dǎo)。
原廢水站每天消耗消石灰(粉劑、純度95%以上)約3t、PFS(水劑，純度為15%)約10t、PAC(粉劑、純度為30%)約1.2t、PAM(粉劑、純度為98%)約50kg，主要用于加藥初沉池、加藥終沉池與污泥脫水，從加藥初沉池與加藥終沉池排出含水率97%的物化污泥約250m/d，物化污泥量約占總排泥量的45%，如何減少物化污泥的產(chǎn)生，是本工程研究的重點(diǎn)，筆者從藥劑的選擇、投加點(diǎn)的選取、藥劑的二次利用等方面進(jìn)行小試，由于印染廢水中銻離子一般成+3價(jià)或+5價(jià)，需要在酸性條件下還原后去除，原工藝pH調(diào)節(jié)不到位是除銻不穩(wěn)定的主因，通過一次性采集加藥初沉池與加藥終沉池的進(jìn)水進(jìn)行①~⑧組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。
由表2可知，用硫酸+PFS組合除銻產(chǎn)生的污泥量明顯小于僅用PFS除銻；用石灰回調(diào)pH產(chǎn)泥量明顯多于液堿；除銻投加點(diǎn)若選擇初沉池，勢(shì)必在終沉池還要加藥，如此產(chǎn)泥量將明顯高于一次投加在終沉池。在保證除銻效果的前提下，污泥產(chǎn)量最少是第⑥實(shí)驗(yàn)組，在第⑥組中先用硫酸調(diào)節(jié)pH至3~4，然后投加0.07%的PFS，此時(shí)pH為2~3，除銻效果最佳，再用液堿回調(diào)pH至6.5~7.5，沉淀分離的上清液能確�？備R保持在0.1mg/L以下，且污泥大幅減少，同時(shí)利用加藥終沉池產(chǎn)生的物化污泥作為藥劑二次計(jì)量投加至加藥初沉池，通過實(shí)驗(yàn)組⑨可知，此法加藥初沉池中COD去除率達(dá)到25%左右，總銻去除達(dá)到50%左右，效果明顯，且整個(gè)過程僅從加藥初沉池產(chǎn)生一次物化污泥排入污泥池。
由于原活性污泥池停留時(shí)間較短，從二沉池排出含水率99%的剩余污泥多達(dá)300m3/d，活性污泥池內(nèi)SV30達(dá)到90%，MLSS為4000mg/L左右，SVI為225，污泥膨脹嚴(yán)重，此次筆者準(zhǔn)備通過生物池改造，延長(zhǎng)活性污泥池的停留時(shí)間，并分隔為兩段好氧池，將有機(jī)負(fù)荷控制在0.03kgBOD5/(kgMLSS·d)以下，使活性污泥處于內(nèi)源呼吸代謝期，來減少剩余污泥的排放并改善脫水性能。
3、改造工藝流程設(shè)計(jì)
改造后廢水處理工藝流程見圖2。
由圖2可知，綜合廢水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，擴(kuò)建后的調(diào)節(jié)池有效容積為6000m3，池底設(shè)穿孔管曝氣攪拌，并通過水位控制，確保進(jìn)水均質(zhì)均量；出水由泵提升進(jìn)入加藥初沉池，前段反應(yīng)區(qū)的藥劑改為投加終沉池的物化污泥，經(jīng)攪拌池?cái)噭蚝笥杉铀幈糜?jì)量投加，達(dá)到去除部分COD、SS、色度、總銻的目的；出水進(jìn)入?yún)捬醭�，調(diào)整后的厭氧池容積負(fù)荷明顯提升，具備形成顆粒污泥的條件，通過厭氧菌將廢水中各類高分子有機(jī)物開環(huán)斷鏈，提高可生化性，并將部分有色基團(tuán)還原脫色，將有機(jī)氮還原成氨氮，設(shè)沉淀池回流污泥提高厭氧污泥濃度，出水自流至兼氧池，內(nèi)設(shè)微曝氣設(shè)施，將厭氧出水中少量硫化氫等有毒氣體吹脫去除，并由反硝化菌對(duì)回流污泥及混合液中硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮還原去除，保證出水總氮達(dá)標(biāo)，出水自流至兩段好氧池，先通過好氧菌吸附、代謝作用將水中大部分有機(jī)物去除，再經(jīng)硝化菌硝化作用去除氨氮，出水經(jīng)二沉池泥水分離后，再進(jìn)入加藥終沉池，前段反應(yīng)區(qū)內(nèi)先用硫酸調(diào)節(jié)pH至3~4，再依次投加PFS、液堿、PAM，主要用于去除水中的總銻與COD，確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后計(jì)量排放。
4、主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)
4.1 主要構(gòu)筑物
(1)調(diào)節(jié)池。1座，地下式，尺寸60.0mx20.0mx5.5m，有效水深5.0m，HRT=24d，表面曝氣率0.02m3/(m2·min)，前段設(shè)格柵渠、隔油區(qū)，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁防腐。
(2)加藥初沉池。1座，半地上式，反應(yīng)區(qū)：尺寸6.0mx3.0mx3.5m，有效水深3.2m，HRT=14min，分三格；沉淀區(qū)：尺寸為48.0mx6.0mx7.0m，表面負(fù)荷0.87m3/(m²·h)，有效水深6.6m，HRT=7.6h，鋼砼結(jié)構(gòu)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁防腐。
(3)厭氧池。1座，半地上式，尺寸45.0mx15.0mx7.0m，有效水深6.5m，HRT=17.5h，分六格，容積負(fù)荷2.1kgCOD/(m·d)，污泥負(fù)荷0.46kgCOD/(kgVSS·d)，鋼砼結(jié)構(gòu)，池頂加蓋。
(4)沉淀池。1座，半地上式，尺寸15.0mx15.0mx7.0m，表面負(fù)荷1.1m/(m²·h)，有效水深1.5m，HRT=1.4h，鋼砼結(jié)構(gòu)。
(5)兼氧池。1座，半地上式，尺寸45.0mx15.0mx7.0m，有效水深6.4m，HRT=17h，總氮負(fù)荷0.02kgTN/(kgMLSS·d)，鋼砼結(jié)構(gòu)。
(6)二段好氧池。1座，半地上式，尺寸55.0mx30.0mx7.0m，有效水深6.4m，HRT=42h，分兩段，表面曝氣率0.08m3/(m2·min)，容積負(fù)荷0.29kgCOD/(m·d)，污泥負(fù)荷0.02kgBOD/(kgMLSS·d)，氨氮負(fù)荷0.01kgNH3-N/(kgMLSS·d)，鋼砼結(jié)構(gòu)。
(7)二沉池。1座，半地上式，尺寸68.0mx8.0mx7.0m，表面負(fù)荷0.46m3/(m2·h)，有效水深6.2m，
HRT=13h，鋼砼結(jié)構(gòu)。
(8)加藥終沉池。1座，半地上式，反應(yīng)區(qū)：尺寸7.0mx4.0mx3.5m，有效水深3.0m，HRT=20min，分
兩格；沉淀區(qū)：尺寸64.0mx7.0mx7.0m，表面負(fù)荷0.87m3/(m²·h)，有效水深6.0m，HRT=11h，鋼砼結(jié)構(gòu)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁防腐。
(9)攪拌池。1座，地下式，尺寸10.0mx5.0mx5.5m，有效水深5.0m，有效容積250m3，分兩格，鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁防腐。
(10)污泥池。1座，地下式，尺寸20.0mx7.0mx5.5m，有效水深5.0m，有效容積700m3，分兩格，鋼
砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁防腐。
(11)輔助房。1座，尺寸50.0mx15.0mx5.0m，主要包括風(fēng)機(jī)房、加藥房、脫水機(jī)房、藥劑庫、值班化驗(yàn)室，框架結(jié)構(gòu)。
4.2 主要設(shè)備參數(shù)
(1)調(diào)節(jié)池。粗格柵除污機(jī)，柵寬1.0m，柵隙20mm，75°安裝，反撈式，1.1kW，1臺(tái)；細(xì)格柵除污機(jī)，柵寬0.6m，柵隙3mm，75°安裝，0.55kW，回轉(zhuǎn)式；污水泵，Q=250m3/h，H=110kPa，P=15kW，2臺(tái)，1用1備；穿孔曝氣管，DN50mmx3.0mm，1788m；在線pH計(jì)，量程0~14，1臺(tái)；電磁流量計(jì)，管道式DN250mm，1臺(tái)；超聲波液位計(jì)，1臺(tái)。
(2)加藥初沉池。攪拌機(jī)，B=6.3m，P=1.55kW，1臺(tái)；桁車式刮泥機(jī)，R=45r/min，P=1.5kW，1臺(tái)。
(3)厭氧池。內(nèi)循環(huán)泵，Q=900m3/h，H=50kPa，P=30kW，2臺(tái)，1用1備；射流攪拌器，DN150mm，12套。
(4)沉淀池。污泥回流泵，Q=250m3/h，H=110kPa，P=15kW，2臺(tái)，1用1備；中心筒D2500mm，1套。
(5)兼氧池。旋流微孔曝氣器，Q.=0.5m3/(min·個(gè))，40套。
(6)二段好氧池。旋流微孔曝氣器，Q，=0.5m3/(min·個(gè))，272套。
(7)二沉池。氣提回流裝置，DN100mm，2套；桁車式刮泥機(jī)，B=8.3m，P=1.55kW，1臺(tái)。
(8)加藥終沉池。攪拌機(jī)，R=45r/min，P=1.5kW，1臺(tái)；桁車式刮泥機(jī)，B=7.3m，P=1.55kW，1臺(tái)。
(9)攪拌池。立式攪拌機(jī)，R=20r/min，P=2.2kW，2臺(tái)；加藥泵，Q=5m/h，H=200kPa，P=1.5kW，2臺(tái)，1用1備；電磁流量計(jì)，DN32mm，1臺(tái)；超聲波液位計(jì)，1臺(tái)。
(10)污泥池。立式攪拌機(jī)，R=20r/min，P=3.0kW，2臺(tái)；螺桿泵，Q=80m/h，H=1200kPa，P=30kW，2臺(tái)，1用1備；超聲波液位計(jì)，1臺(tái)。
(11)輔助房。羅茨風(fēng)機(jī)，Q，=25.2m/min，H=59.8kPa，P=45kW，2臺(tái)，1用1備；磁懸浮風(fēng)機(jī)，Q，=98m3/min，H=70kPa，P=150kW，2臺(tái)，1用1備；藥劑儲(chǔ)罐，10m3，4只，PE材質(zhì)；溶藥攪拌機(jī)，R=45r/min，P=0.75kW，10臺(tái)，5用5備；加藥槽，9.0mx3.0mx1.5m，分12格，1只，PP材質(zhì)；氣動(dòng)隔膜泵，Q=2m/h，H=600kPa，18臺(tái)，9用9備；空壓機(jī)，Q，=1.21m3/min，H=800kPa，P=7.5kW，2臺(tái)，1用1備；高壓隔膜壓濾機(jī)，過濾面積500m2，濾室容量為10m3，P=11kW，1臺(tái)；壓榨泵，Q=8m3/h，H=1800kPa，P=7.5kW，2臺(tái)，1用1備；壓榨水箱，5m3，1只，PE材質(zhì)；電氣控制系統(tǒng)，1套。
5、處理效果
5.1 運(yùn)行情況
該廢水處理站改造工程于2018年12月竣工，并進(jìn)入調(diào)試階段，由于調(diào)試處于冬季，水池內(nèi)水溫低，菌種生長(zhǎng)緩慢，通過車間加設(shè)蒸汽支管引入生物池內(nèi)，維持池內(nèi)水溫為15~20℃，陸續(xù)從附近印染廠購入近1000m3(含水率99%)的活性污泥至生物池內(nèi)，每天投加一定量的乙酸和磷肥作為營(yíng)養(yǎng)，適當(dāng)提高好氧池內(nèi)溶解氧，并控制車間產(chǎn)能，1~2月進(jìn)水量從1000m3/d逐步增加至3000m3/d，2~4月進(jìn)水量從3000m3/d逐步增加至5000m/d，由于車間生產(chǎn)線調(diào)試階段廢水水質(zhì)波動(dòng)大，因此歷時(shí)較長(zhǎng)，至2019年5月下旬出水指標(biāo)已能穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求，改造后藥劑日消耗量：消石灰(粉劑、純度95%以上)約1t、液堿(水劑、純度30%)約2t，硫酸(水劑、純度98%)約1.2t，PFS(水劑，純度15%)約5t、PAC(粉劑、純度30%)約0.6t、PAM(粉劑、純度98%)約30kg；產(chǎn)泥量大的藥劑消耗量較改造前均有50%以上的降幅，實(shí)際每天產(chǎn)生含水率97%左右的物化污泥約150m，較改造前減少了40%，含水率98%生化剩余污泥目前基本上1周排1次，每次150m3，合計(jì)平均每天產(chǎn)生的總污泥量約171m3，目前每天500m2板框壓濾機(jī)工作次數(shù)較改造前減少一半，實(shí)際每天外運(yùn)含水率65%的泥餅在15m3以內(nèi)。
改造后的廢水站于2019年6月~11月連續(xù)監(jiān)測(cè)6個(gè)月，監(jiān)測(cè)期間處理水量在5000~6000m3/d之間，廢水處理站運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見表4。
由表4可知，各個(gè)出水指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
5.2 經(jīng)濟(jì)分析
改造前廢水站占地約5300m2，裝機(jī)容量為773.3kW，運(yùn)行功率為343.64kW，電耗為1.37kW·h/m3，運(yùn)行費(fèi)用為4.59元/m3(其中電費(fèi)為1.1元/m3，藥劑費(fèi)為2.23元/m3，人工費(fèi)為0.16元/m3，污泥處理費(fèi)為1.1元/m3)；改造后該工程占地約6700m2，改造費(fèi)用為1079.6萬元，改造單位投資1799元/m3，裝機(jī)容量為721.7kW，運(yùn)行功率為281.81kW，電耗為1.13kW·h/m3，運(yùn)行費(fèi)用為3.21元/m3(其中電費(fèi)為0.9元/m3，藥劑費(fèi)為1.65元/m3，人工費(fèi)為0.16元/m3，污泥處理費(fèi)為0.5元/m3)，改造后每天節(jié)省直接運(yùn)行費(fèi)用約0.83萬元。
6、結(jié)論
(1)采用加藥初沉-厭氧一沉淀-兼氧-兩段好氧一二沉一加藥終沉工藝，能充分利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，改造簡(jiǎn)單易行，針對(duì)總氮與總銻難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題，該工藝在無需外加碳源及不增加藥劑成本的條件下，得到了很好的解決，整個(gè)廢水站運(yùn)行效果穩(wěn)定可靠。
(2)本次通過加藥工藝的改進(jìn)，對(duì)產(chǎn)泥量大的藥劑進(jìn)行替換，對(duì)藥劑二次利用，同時(shí)延長(zhǎng)好氧池停留時(shí)間，使活性污泥處于內(nèi)源呼吸期，減少剩余污泥的排放。改造后污泥減量50%，效果顯著，具有很廣闊的應(yīng)用前景。
(3)加藥終沉池在除總銻中起決定性作用，通過硫酸調(diào)酸堿度時(shí)應(yīng)將pH控制在3~4，再單獨(dú)投加PFS至pH為2~3，然后投加液堿回調(diào)pH至中性，最后投加PAM，最佳投加劑量建議通過調(diào)試來確定。（來源：浙江大學(xué)能源工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）
