戴順虔

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 廢水水質(zhì)概況

某紡織公司從事織物面料織染和后整理加工，主要產(chǎn)品為牛津布、滌塔夫、春亞紡等多種純滌綸織物，其生產(chǎn)廢水主要來自于面料處理和印染過程中的煮練、漂白、染色等工序。該公司改造采用簡(jiǎn)單的混凝-沉淀工藝，進(jìn)出水水質(zhì)見表1所列。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)一覽表

2 現(xiàn)狀分析及工藝改造要求

該廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，其污水產(chǎn)生量最高為 ：1800 m3/d，平均為：1600 m3/d。改造前采用混凝-沉淀工藝，流程見圖1所示，構(gòu)筑物及設(shè)備見表2所列。由于企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)工藝的改變，改造前的污水處理設(shè)施已無(wú)法達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的二級(jí)排放要求。

圖1 改造前污水處理工藝流程圖

表2 改造前污水處理設(shè)施構(gòu)筑物及設(shè)備一覽表

該廠主要使用分散染料，面料全部為滌綸材質(zhì)，印染顏色豐富，70%為黑色染料。印染工藝前處理段使用大量液堿，pH高。面料染色時(shí)印染液pH呈中性，采用高溫染色工藝。

該廠所在地河水受污染嚴(yán)重，企業(yè)生產(chǎn)用水全部為經(jīng)石英砂過濾處理后的河水，所以并未對(duì)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響，水質(zhì)分析見表3所列。企業(yè)對(duì)回用水水質(zhì)情況以實(shí)際生產(chǎn)要求為準(zhǔn)。企業(yè)預(yù)留約1600 m2土地，要求新建一座2000 m3/d污水處理站，執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)為減少污水排放，提高污水回用率，要求建污水回用處理設(shè)施，回用率要求達(dá)到 50%，回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)用水要求為準(zhǔn)。新建污水處理設(shè)施要求操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)行成本低，并對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。

表3 生產(chǎn)用水水質(zhì)一覽表

3 工藝分析與設(shè)計(jì)

3.1 工藝設(shè)計(jì)分析

（1）根據(jù)企業(yè)產(chǎn)生的污水所作的分析，新建污水處理工程如果采用全生化工藝需要較長(zhǎng)的停留時(shí)間，且土地面積有限，故采用物化-生化工藝。此外需充分利用原有的調(diào)節(jié)池和污水處理設(shè)施。

（2）在企業(yè)生產(chǎn)過程中的煉煮環(huán)節(jié)需要使用液堿導(dǎo)致原水pH較高，不利于后續(xù)處理，需要較大的調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水質(zhì)變化[1]。

（3）污水處理后進(jìn)行回用處理，在簡(jiǎn)單穩(wěn)定的要求下宜采用物化法，設(shè)置混凝區(qū)和沉淀池，同時(shí)設(shè)置砂濾和碳濾以保證出水水質(zhì)。將回用的沉淀池改成氣浮池，保證處理效果。

（4）企業(yè)生產(chǎn)使用分散染料，存在生化后水質(zhì)顏色發(fā)紅的問題，需要進(jìn)行脫色處理。

3.2 工程設(shè)計(jì)

依據(jù)該廠的水質(zhì)水量，單純采用物化法難以滿足達(dá)標(biāo)處理的需要，同時(shí)考慮到要對(duì)處理后的水進(jìn)行部分回用，以提高經(jīng)濟(jì)效益。為充分利用現(xiàn)有設(shè)施，提高土地利用率，將原先的污水處理設(shè)施全部改為調(diào)節(jié)池，使得調(diào)節(jié)池的容積達(dá)到560 m3，格柵沿用原有設(shè)施。除以上設(shè)施，其余污水處理設(shè)施和污水回用設(shè)施新建。原有污水處理設(shè)計(jì)與新建設(shè)施之間因有生產(chǎn)車間相隔，故采用牽引施工方式相連，中間設(shè)置閥門。在新設(shè)計(jì)處設(shè)集水池以調(diào)節(jié)流量。

依照該公司的實(shí)際情況，選用工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的物化→水解→曝氣氧化工藝[2]、[3]，部分出水經(jīng)氣浮脫色劑處理，再經(jīng)過石英砂過濾→活性炭過濾實(shí)現(xiàn)回用。工藝中投加混凝劑，選擇聚合硫酸鐵、PAC、聚合硫酸鋁鐵、硫酸亞鐵[4]進(jìn)行比較，PAC在實(shí)際使用中效果不佳，硫酸亞鐵在多次實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)對(duì)于印染廢水有更好的去除效果，最后采用硫酸亞鐵作為混凝劑。

使用液堿對(duì)pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用計(jì)量泵加藥，從而避免了使用石灰所產(chǎn)生的占地大，污泥多等問題。混凝效果見表4所列，最終確定改造設(shè)計(jì)工藝流程如圖2所示。

表4 混凝劑效果一覽表

圖2 改建后的工藝流程圖

4 主要構(gòu)筑物和設(shè)備及其作用

該工程處理設(shè)施構(gòu)筑物均為鋼混結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑物尺寸及配置設(shè)備見表5所列。

（1）調(diào)節(jié)池為原有污水處理設(shè)施改建，總?cè)莘e560 m3，有效容積 480 m3。設(shè)計(jì)停留時(shí)間為4.15 h。通過原有提升泵提升至高點(diǎn)后，依靠重力和地埋拖拉管流入新建污水處理設(shè)施。后設(shè)置冷卻塔，降低水溫。

（2）加藥反應(yīng)池采用機(jī)械攪拌，以縮減池子容積。初沉池采用輻流式沉淀池，表面負(fù)荷為0.75 m3/（m2·h）。

（3）水解酸化池，曝氣池和二沉池合建成綜合池。水解酸化池采用接觸反應(yīng)工藝，內(nèi)設(shè)立體彈性填料，同時(shí)使用潛水?dāng)嚢铏C(jī)，以提高接觸率，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為12.5 h。曝氣池與水解酸化池采用相同的填料。曝氣采用高溶解氧轉(zhuǎn)化率的管式一體曝氣器。配有兩臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)汽水比為10∶1，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)可同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行。二沉池為輻流式沉淀池，采用多斗重力排泥，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.75 m3/（m2·h）。

（4）改建原污泥脫水設(shè)施，新建污泥脫水機(jī)房與污泥堆棚合建。采用履帶式輸送裝置，減少占地。

（5）氣浮池原設(shè)計(jì)為斜板沉淀池，考慮到二沉出水 COD、SS等個(gè)指標(biāo)都已降低，二次加藥后污泥較輕，沉淀差，表面負(fù)荷大，改為氣浮池。同時(shí)使用脫色劑，去除水中色度。中間水池和回用水池都為蓄水池，為回用水的進(jìn)一步處理和使用作設(shè)計(jì)。

（6）氣浮后的回用水依然存在SS、濁度、色度等有影響的污染物質(zhì)。使用石英砂和活性炭予以過濾[5]，以提高水質(zhì)。采用機(jī)械過濾的方式提高處理速度，減少占地。

表5 構(gòu)筑物及設(shè)備一覽表

5 調(diào)試及運(yùn)行情況

初期調(diào)試（2013年12月21日至2014年1月8日），將未經(jīng)稀釋的污水注入水解酸化池和曝氣生化池，測(cè)得 CODcr≥1500 mg/L，pH 為 12左右，NH3-N在 11 mg/L左右[1]。印染廢水水溫較高，剛注入的時(shí)候達(dá)到 20°C以上。投加袋裝商品菌種，厭氧(A)池 15 t，好氧(O)池 25 t，pH 降至8.5左右，曝氣池控制DO在 3～6 mg/L。同時(shí)投加適量的面粉、尿素、磷肥保證營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。在菌種投加完成后悶曝3 d，于 2013年12月21日開始少量進(jìn)水，逐步增加水量，污泥全部回流到好氧（O）池。至2014年1月5日全部進(jìn)水，出水達(dá)標(biāo)。通過觀察好氧（O）池及其填料，發(fā)現(xiàn)水中污泥量極少，填料上未出現(xiàn)掛膜，證明微生物較少，出水還有進(jìn)一步的提升空間。厭氧（A）池進(jìn)水 pH≥8.5，出水發(fā)黑 pH為 7.5～6.5，池內(nèi)出現(xiàn)少量氣泡產(chǎn)生，表明有初步的水解作用。

2014年1月9日開始沒有進(jìn)水，曝氣繼續(xù)運(yùn)行，溶解氧控制在 DO≤6 mg/L，投加少量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)維持微生物的生存。調(diào)試初期各個(gè)池的出水CODcr變化見圖3所示。

圖3 調(diào)試初期CODcr變化曲線圖

2014年1月31日再次調(diào)試，初期少量進(jìn)水，每日逐量增加至2月4日設(shè)計(jì)進(jìn)量。經(jīng)過10 d左右，生化出水污泥量明顯增加，風(fēng)機(jī)由25 Hz升至50 Hz，好氧（O）池填料上的生物膜初具規(guī)模，出水CODcr降至200 mg/L以下，BOD5在 10 mg/L以下，填料掛膜完成。氧化池生物膜培養(yǎng)成熟后，將回流污泥部分引入?yún)捬醭?，提高厭氧池的污泥量。DO達(dá)到 0.1 mg/L以下。隨著氣溫的升高，進(jìn)水水溫由 25°C升至30°C以上，水解作用顯著增加。至3月底，水解出水實(shí)現(xiàn)了10%左右的CODcr去除率。這期間各個(gè)池的CODcr的變化趨勢(shì)見圖4所示，去除效率見圖5所示。

圖4 第二次調(diào)試期間CODcr趨勢(shì)曲線圖

圖5 第二次調(diào)試期間各個(gè)處理單CODcr去除效率變化曲線圖

在3月中旬生化出水穩(wěn)定后，開始進(jìn)行回用處理調(diào)試。由于生化后再物化污泥輕、沉降性不佳，將原先設(shè)計(jì)的斜板沉淀池改為氣浮池，使用PAC作為混凝劑、Transfar TF-270B脫色劑，PAM作為助凝劑。SS、CODcr有很好的去除效果，但脫色效果不佳，色度達(dá)到32倍，經(jīng)過砂濾和碳濾后色度降低不明顯。對(duì)回用處理后的水進(jìn)行取樣及車間試生產(chǎn)，使用效果達(dá)到預(yù)期目的。正常運(yùn)行各單元的處理效果見表6所列。

表6 穩(wěn)定運(yùn)行后各段水質(zhì)狀況一覽表

6 調(diào)試問題及分析

6.1 活性污泥與生物膜

活性污泥量是指池水中區(qū)別于填料上的生物膜的活性污泥含量。初期為提高 好氧（O）池的掛膜率，二沉池中的污泥全部回流至好氧（O）池?；钚晕勰嗔恐鸩缴仙?，當(dāng)達(dá) 到 SV30=10時(shí)，剩余污泥回流入水解池，出水較為穩(wěn)定。觀察填料，好氧（O）池1號(hào)池填料生物膜幾乎沒有，2號(hào)池生物膜量較少。3號(hào)、4號(hào)池生物膜生長(zhǎng)狀況良好，CODcr降解主要依靠填料上的生物膜。

在提高 SV30至25，MLSS達(dá)到2000 mg/L以上時(shí)，生化池4個(gè)池中的填料上微生物普遍減少，發(fā)黑缺氧，同時(shí)微生物個(gè)體小，水中的微生物濃度并沒有提高，剩余污泥處理量增加，出水沒有提高的跡象。因此在容積負(fù)荷一定的情況下，懸浮污泥與生物膜存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

6.2 溶解氧

印染廢水多次調(diào)試的結(jié)果表明，好氧（O）池末端溶解氧適宜控制在2～4 mg/L。較高的溶解氧有利于原生動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖。生化池1池長(zhǎng)期處于DO≤0.5 mg/L的缺氧狀態(tài)，使得填料上幾乎沒有生物膜附著。生化2號(hào)、3號(hào)池中DO在0.5～1.5 mg/L之間變 化，生物膜生長(zhǎng)良好，原生動(dòng)物大量聚集，到生化3池末端，CODcr已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 生化去除率90%以上。生化4號(hào)池子在高溶解氧下運(yùn)行，微生物個(gè)體大，出水清澈，在進(jìn)水CODcr劇烈變化的時(shí)候，能保證出水質(zhì)量。

實(shí)踐中，停水后開一臺(tái)風(fēng)機(jī)（50 Hz），進(jìn)水5 h后開兩臺(tái)風(fēng)機(jī)（50 Hz+50 Hz），始終保證末端DO≥3 mg/L，減少電能消耗的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)高去除率，同時(shí)對(duì)生物膜沒有產(chǎn)生影響。

6.3 水溫

印染廢水水溫普遍較高。調(diào)試期在冬季，氣溫0°C左右，連續(xù)進(jìn)水水溫能達(dá)到25°C以上。隨著氣溫回升，水溫進(jìn)一步提高。較高的水溫（≤37°C）使得好氧（O）池較快地實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)，厭氧（A）池實(shí)現(xiàn)水解效果。隨著水溫超過 38°C，生化系統(tǒng)依然穩(wěn)定，出水正常，污泥性狀良好，沉淀速度快。冷卻塔未及時(shí)到位，在調(diào)試完成后運(yùn)行時(shí)生化系統(tǒng)水溫最高升至42°C，生化出水依然達(dá)標(biāo)，但污泥沉降速度減慢，污泥蓬松。在冷卻塔安裝到位正常使用后，采取提高進(jìn)水 pH，適量加大污泥排放，投加大糞的方式，在2個(gè)星期后絲狀菌基本消除，污泥性狀恢復(fù)正常。

6.4 水解污泥

為提高厭氧（A）池（以下稱A池）的水解效果，普遍采用的方式是提高A池的污泥量。初期投加菌種后A池就出現(xiàn)了發(fā)黑發(fā)臭，池面冒氣泡的現(xiàn)象。為提高污泥量，采取大量好氧（O）池剩余污泥回流至A池的措施。進(jìn)行一段時(shí)間后A池發(fā)生出水帶泥，底部翻泥的現(xiàn)象。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，A池水中污泥含量達(dá)到了1.28 g/L，但填料上沒有污泥的附著。為減少出水帶泥對(duì)好氧（O）池的影響，停止剩余污泥的回流。調(diào)整運(yùn)行近10 d后，A池出水帶泥的問題解決，填料上附著薄薄的一層黑色顆粒狀污泥，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)A池的CODcr去除率。

6.5 碳氮比

對(duì)于 A池出水的多次監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，NH3-N在10～12 mg/L之間浮動(dòng)，BOD5均值在350 mg/L左右。以 C(BOD5)：N=100∶5 計(jì)算，每日 1600 m3的水量需要氮素28 kg，實(shí)際水中的含有的氮素16 kg（以NH3-N=10 mg/L計(jì)算），需要外源投加氮素12 kg/d，即豬糞26 kg/d（含氮量46%）。在調(diào)試初期每日投加豬糞25 kg，至2014年1月5日全部進(jìn)水，好氧（O）池出水測(cè)定 NH3-N只有 5.6 mg/L出水CODcr持續(xù)上升。調(diào)整豬糞投加至50 kg/d并保持該量，出水CODcr下降至穩(wěn)定。再次調(diào)試時(shí)豬糞投加50 kg/d不變，至調(diào)試完成好氧（O）池出水NH3-N含量在10～15 mg/L之間。以此計(jì)算，外源氮素投加為 23 kg/d，剩余 19.2 kg/d (以出水NH3-N=12 mg/L計(jì)算)，實(shí)際利用氮素為 3.8kg/d（豬糞 8.26 kg），而 C(BOD5)：N=100∶3.36。

表明在微生物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)氮素的需求存在差異，快速增長(zhǎng)期的微生物繁殖快，需要氮素來合成細(xì)胞所需的蛋白質(zhì)等細(xì)胞組成部分，消耗量大。成熟期的微生物數(shù)量趨于穩(wěn)定，氮素消耗量少，且主要滿足其新陳代謝所需。

6.6 物化污泥

污水處理前端采用硫酸亞鐵作為混凝劑，PAM為助凝劑，液堿調(diào)節(jié) pH。2014年2月27日A池出水?dāng)y帶少量污泥，使得污泥流出進(jìn)入好氧（O）池，好氧（O）池泡沫增多由正常時(shí)期的乳白色變?yōu)楹稚?，大量物化污泥附著于泡沫表?SV30由20最高升至30時(shí)消泡困難，消泡劑、高壓水槍均失效。采取減少供氣量，出水DO維持在2～3 mg/L，加大污泥排放等方式，至3月3日，泡沫基本控制。 在 3月4日投加 10 t大糞，消泡效果明顯，泡沫中的物化污泥進(jìn)入水中，通過排泥的方式脫離生化系統(tǒng)，至3月7日，好氧（O）池基本恢復(fù)至事故前水平。

這期間依然正常進(jìn)水，好氧（O）池出水在 3月3日達(dá)到最高值 358 mg/L后下降。好氧（O）池填料上的生物膜數(shù)量略有減少，水中的懸浮污泥始終保持著良好的吸附和沉降能力，表明曝氣法有很好的抗沖擊、抗負(fù)荷能力。

6.7 脫色

印染廢水普遍存在色度大的問題，在實(shí)際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，使用黑色分散染料存在難脫色的問題。該廠生產(chǎn)廢水在生化處理后顯淡紅色、粉紅色，色度達(dá)到60倍以上。即使使用脫色劑處理，顏色也只能降到32～25倍。同時(shí)受曝氣影響大。在生化出水溶解氧處于1mg/L左右時(shí)，色度低，只有30倍左右。當(dāng)溶解氧達(dá)到 6 mg/L以上時(shí)，生化出水清澈，色度達(dá)到100倍以上，顏色紅。經(jīng)過脫色劑處理后，色度降至32倍，進(jìn)入設(shè)有曝氣的中間水池，色度再次上升至60倍，通過活性炭吸附?jīng)]有起到效果。后將中間水池的曝氣關(guān)閉，回用處理后的色度恢復(fù)至32倍。

7 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析

該印染廢水廠廢水治理投資為5360元/t水;運(yùn)行費(fèi)用1.5元/t水。

通過查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，高濃度印染廢水一般投資金額大約為10000元/t水左右，廠區(qū)運(yùn)行費(fèi)用一般為1.5～2.0元/t水（包含廠區(qū)人員、電費(fèi)、藥劑費(fèi)等）。由此可見該項(xiàng)目節(jié)約了投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

8 結(jié)論

（1）該印染廢水廠，經(jīng)過改造出水COD在140～210 mg/L基本到達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，回用水質(zhì)在 70～110 mg/L，到達(dá)該企業(yè)要求回用水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）中小型印染企業(yè)普遍存在土地緊張的問題，在改建、新建污水處理設(shè)施時(shí)必須考慮企業(yè)現(xiàn)有的可利用土地面積，盡可能利用現(xiàn)有構(gòu)筑物以此來進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)土地的集約化利用。

（3）該廠滌綸面料印染廢水可生化性差、水質(zhì)變化大，直接生化處理難以達(dá)標(biāo)。采用前端物化的處理工藝在降低 CODcr、SS等污染物的同時(shí)可緩和水質(zhì)變化對(duì)生化的沖擊，同時(shí)促進(jìn)生化的B/C。

（4）采用氣浮→砂濾→碳濾的廢水回用工藝具有很好的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)于生產(chǎn)用水要求不高的紡織印染企業(yè)具有實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]陳前榮,陳敏.王開林.水解酸化-接觸氧化-微電解-MBR-RO深度處理印染廢水回用技術(shù)[J].工業(yè)水處理,2009,(04):84-86.

[2]畢東蘇,等.水解/泥膜/混凝氣浮處理印染廢水[J].中國(guó)給水排水,2004,(02):81-83.

[3]運(yùn)長(zhǎng)龍,魏春飛.印染廢水生物處理方法 [J].遼寧化工,2013,(07):42-47.

[4]祁佩時(shí),李欣,程樹輝.水解-混凝-復(fù)合生物池工藝處理印染廢水的工程應(yīng)用[J].給水排水,2003,(03):44-47.

[5]王安,等.生物活性炭技術(shù)在印染廢水深度處理中的應(yīng)用研究[J]安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013，41（16）:7302-7303,7318.