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。人工合成有機物和天然有機物是印染廢水的主要污染物成分，其中很多有機物含有顯色基團，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雜、有機物濃度高、色度高、水質(zhì)波動較大、總氮較高等特點，且廢水處理過程產(chǎn)生的污泥量一般可達5%左右(含水率98%)。目前該企業(yè)廢水處理的難點主要集中在總氮、總銻等指標的去除及污泥的減量化，對此筆者前期通過物化加藥實驗、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+物化工藝進行改造，項目運行半年后各項污染指標均實現(xiàn)穩(wěn)定達標，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)水污染物排放標準》(GB4287-2012)間接排放要求，設(shè)計進水水質(zhì)及排放標準見表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，進水端設(shè)有機械格柵，池內(nèi)有曝氣設(shè)施，撈除垃圾后由泵提升進入加藥初沉池，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，出水進入?yún)捬醭�，達到提高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，達到去除部分COD、色度、大部分氨氮的目的，在進入二沉池進行泥水分離后，污泥回流至厭氧池，上清液進入加藥終沉池，投加PAC與PAM，進一步去除COD、色度等指標，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，偶有瞬時值超標的現(xiàn)象，現(xiàn)場500m²的高壓板框壓濾機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)保要求日趨嚴格，污泥的處置費用不斷上升，環(huán)保問題開始制約企業(yè)的進一步發(fā)展，亟需對廢水處理站進行升級改造。
2、工藝改造思路
2.1 總氮達標改造
通過對原廢水站調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)：原調(diào)節(jié)池停留時間僅5h，無法實現(xiàn)均質(zhì)均量的目的，無單獨反硝化區(qū)及混合液回流設(shè)施，硝化不徹底是總氮無法穩(wěn)定達標的主因。首先，建議擴建調(diào)節(jié)池，確保HRT在20h以上；其次，原厭氧池HRT為2d，測得MLVSS為4500mg/L左右，進厭氧池廢水的COD為1500mg/L左右，污泥負荷為0.17kgCOD/(kgVSS·d)，研究表明污泥負荷在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)，污泥量很少且細碎，很難通過上部三相分離器分離，導致厭氧出水渾濁，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，
減少厭氧池停留時間，將厭氧污泥負荷提高至0.46kgCOD/(kgVSS·d)，促進顆粒污泥形成，進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，同時對好氧池內(nèi)回流混合液進行反硝化，達到去除總氮的目的，最后延長好氧池停留時間，將好氧池分隔成兩段，第一段主要用于去除有機物，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)學中的“多樣性導致穩(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)濟的方法，但除銻的機理與微生物的篩選培養(yǎng)還處于研究階段。各類藥劑中，PFS對印染廢水中銻的去除效率顯著優(yōu)于鐵鋁復配混凝劑和鋁鹽混凝劑，銻去除率達97.4%，出水銻質(zhì)量濃度可達4μg/L以下，因此除銻采取投加PFS為主導。
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，筆者從藥劑的選擇、投加點的選取、藥劑的二次利用等方面進行小試，由于印染廢水中銻離子一般成+3價或+5價，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水進行①~⑧組對照實驗，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；除銻投加點若選擇初沉池，勢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實驗組，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保總銻保持在0.1mg/L以下，且污泥大幅減少，同時利用加藥終沉池產(chǎn)生的物化污泥作為藥劑二次計量投加至加藥初沉池，通過實驗組⑨可知，此法加藥初沉池中COD去除率達到25%左右，總銻去除達到50%左右，效果明顯，且整個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間較短，從二沉池排出含水率99%的剩余污泥多達300m3/d，活性污泥池內(nèi)SV30達到90%，MLSS為4000mg/L左右，SVI為225，污泥膨脹嚴重，此次筆者準備通過生物池改造，延長活性污泥池的停留時間，并分隔為兩段好氧池，將有機負荷控制在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
改造后廢水處理工藝流程見圖2。
由圖2可知，綜合廢水自流進入調(diào)節(jié)池，擴建后的調(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，確保進水均質(zhì)均量；出水由泵提升進入加藥初沉池，前段反應(yīng)區(qū)的藥劑改為投加終沉池的物化污泥，經(jīng)攪拌池攪勻后由加藥泵計量投加，達到去除部分COD、SS、色度、總銻的目的；出水進入?yún)捬醭兀{(diào)整后的厭氧池容積負荷明顯提升，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物開環(huán)斷鏈，提高可生化性，并將部分有色基團還原脫色，將有機氮還原成氨氮，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，保證出水總氮達標，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)定達標后計量排放。
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，容積負荷2.1kgCOD/(m·d)，污泥負荷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)，容積負荷0.29kgCOD/(m·d)，污泥負荷0.02kgBOD/(kgMLSS·d)，氨氮負荷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，主要包括風機房、加藥房、脫水機房、藥劑庫、值班化驗室，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，柵寬1.0m，柵隙20mm，75°安裝，反撈式，1.1kW，1臺；細格柵除污機，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，1用1備；穿孔曝氣管，DN50mmx3.0mm，1788m；在線pH計，量程0~14，1臺；電磁流量計，管道式DN250mm，1臺；超聲波液位計，1臺。
(2)加藥初沉池。攪拌機，B=6.3m，P=1.55kW，1臺；桁車式刮泥機，R=45r/min，P=1.5kW，1臺。
(3)厭氧池。內(nèi)循環(huán)泵，Q=900m3/h，H=50kPa，P=30kW，2臺，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，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)，40套。
(6)二段好氧池。旋流微孔曝氣器，Q，=0.5m3/(min·個)，272套。
(7)二沉池。氣提回流裝置，DN100mm，2套；桁車式刮泥機，B=8.3m，P=1.55kW，1臺。
(8)加藥終沉池。攪拌機，R=45r/min，P=1.5kW，1臺；桁車式刮泥機，B=7.3m，P=1.55kW，1臺。
(9)攪拌池。立式攪拌機，R=20r/min，P=2.2kW，2臺；加藥泵，Q=5m/h，H=200kPa，P=1.5kW，2臺，1用1備；電磁流量計，DN32mm，1臺；超聲波液位計，1臺。
(10)污泥池。立式攪拌機，R=20r/min，P=3.0kW，2臺；螺桿泵，Q=80m/h，H=1200kPa，P=30kW，2臺，1用1備；超聲波液位計，1臺。
(11)輔助房。羅茨風機，Q，=25.2m/min，H=59.8kPa，P=45kW，2臺，1用1備；磁懸浮風機，Q，=98m3/min，H=70kPa，P=150kW，2臺，1用1備；藥劑儲罐，10m3，4只，PE材質(zhì)；溶藥攪拌機，R=45r/min，P=0.75kW，10臺，5用5備；加藥槽，9.0mx3.0mx1.5m，分12格，1只，PP材質(zhì)；氣動隔膜泵，Q=2m/h，H=600kPa，18臺，9用9備；空壓機，Q，=1.21m3/min，H=800kPa，P=7.5kW，2臺，1用1備；高壓隔膜壓濾機，過濾面積500m2，濾室容量為10m3，P=11kW，1臺；壓榨泵，Q=8m3/h，H=1800kPa，P=7.5kW，2臺，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 運行情況
該廢水處理站改造工程于2018年12月竣工，并進入調(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養(yǎng)，適當提高好氧池內(nèi)溶解氧，并控制車間產(chǎn)能，1~2月進水量從1000m3/d逐步增加至3000m3/d，2~4月進水量從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)波動大，因此歷時較長，至2019年5月下旬出水指標已能穩(wěn)定達到設(shè)計要求，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，合計平均每天產(chǎn)生的總污泥量約171m3，目前每天500m2板框壓濾機工作次數(shù)較改造前減少一半，實際每天外運含水率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6個月，監(jiān)測期間處理水量在5000~6000m3/d之間，廢水處理站運行監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表4。
由表4可知，各個出水指標均達到設(shè)計要求。
5.2 經(jīng)濟分析
改造前廢水站占地約5300m2，裝機容量為773.3kW，運行功率為343.64kW，電耗為1.37kW·h/m3，運行費用為4.59元/m3(其中電費為1.1元/m3，藥劑費為2.23元/m3，人工費為0.16元/m3，污泥處理費為1.1元/m3)；改造后該工程占地約6700m2，改造費用為1079.6萬元，改造單位投資1799元/m3，裝機容量為721.7kW，運行功率為281.81kW，電耗為1.13kW·h/m3，運行費用為3.21元/m3(其中電費為0.9元/m3，藥劑費為1.65元/m3，人工費為0.16元/m3，污泥處理費為0.5元/m3)，改造后每天節(jié)省直接運行費用約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，改造簡單易行，針對總氮與總銻難穩(wěn)定達標的問題，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，整個廢水站運行效果穩(wěn)定可靠。
(2)本次通過加藥工藝的改進，對產(chǎn)泥量大的藥劑進行替換，對藥劑二次利用，同時延長好氧池停留時間，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)酸堿度時應(yīng)將pH控制在3~4，再單獨投加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：浙江大學能源工程設(shè)計研究院有限公司）
