蔣利鑫，吳 楠，王鵬堂，馬勝峰

（1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000； 2.蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院，甘肅蘭州 730070； 3.江蘇尚勵環(huán)境工程有限公司，江蘇無錫 214200）

甘肅省河西地區(qū)某園區(qū)以精細化工為主導，重點發(fā)展印染、醫(yī)藥及農藥中間體等產業(yè)。園區(qū)廢水主要以苯系物、揮發(fā)酚、胺類為主，需對上述污染物進行針對性處理。同時，園區(qū)所屬河西地區(qū)干旱少水，自然生態(tài)環(huán)境脆弱，在進行廢水處理時建設再生水廠作為輔助水源不僅可有效保護當地有限的水資源，更對維持當地環(huán)境與社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

精細化工廢水被公認為難處理廢水，其成分復雜多變。園區(qū)通過壓力管道收集各企業(yè)處理后的廢水，雖然經企業(yè)處理后廢水有機物濃度降低，但剩余污染物多為難降解有機物，可生化性極差，更加難以處理〔1〕。常用于提高廢水可生化性的方法包括投加碳源、引入可生化性強的廢水和采用高級氧化法對廢水進行處理等，其中投加碳源會導致運行費用大幅增加，而項目所在地又無可引入的可生化性強的廢水，因此采用高級氧化對廢水進行處理提高其可生化性是比較理想的選擇。

與Fenton 氧化、鐵碳微電解、濕法氧化等方法相比，臭氧氧化法具有臭氧易溶于水、氧化還原電位高（2.07 V，僅次于氟）、成本低、臭氧易于現場制備等特點，可產生多種自由基破壞分子長鏈，降解效率高且基本無二次污染〔2-4〕。尤其針對本項目廢水懸浮物含量高的特點，采用臭氧氧化可避免Fenton 氧化產生大量鐵泥或造成鐵碳微電解裝置堵塞現象，保證工程運行的穩(wěn)定性。因此，本工程擬首先以臭氧預氧化提高廢水可生化性，再通過水解酸化與A/O工藝、高密度沉淀池、反硝化深床濾池等工藝去除有機物、總氮、總磷及懸浮物。經過上述處理后水中有機物得到了極大去除，然而由于精細化工廢水中的有機物難降解性，還需對剩余難降解的污染物進行針對性處理才能保證出水水質滿足園區(qū)綠化、澆灑道路及周邊生態(tài)林地綠化用水等多種用水水質標準要求。電化學氧化技術具有氧化能力強、靈活且易于操作、自動化程度高等優(yōu)點，通過電極的精準調控與電子定向移動可強化界面反應效率，有效去除難降解有機污染物，尤其對酚類、染料類污染物去除效果好，因此在廢水處理過程中，可將電化學氧化作為最后控制工藝以保證出水水質滿足排放要求〔5-7〕。

依據上述分析，針對該園區(qū)水質特點，新建一座污水處理廠用于處理各生產企業(yè)產生的污廢水。工程采用“調節(jié)池+氣浮+臭氧預氧化”作為預處理工藝，之后經“水解酸化+A/O”的生物處理，再經過“高密度沉淀池+反硝化深床濾池+電化學氧化”的深度處理可使出水達到園區(qū)綠化、澆灑道路及周邊生態(tài)林地綠化用水水質要求。

1 工程概況

1.1 設計規(guī)模及進出水水質

該園區(qū)污水處理廠設計規(guī)模7 500 m3/d，一次建成投入運行。接納廢水為經各企業(yè)處理后的廢水，水質滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》（GB/T 31962—2015）中A 級標準規(guī)定限值要求，處理后出水用于園區(qū)綠化、澆灑道路及周邊生態(tài)林地綠化用水。

根據出水利用方向，工程設計出水水質應滿足《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB/T 18920—2020）中城市綠化、道路清掃、消防、建筑施工用水標準，《城市污水再生利用 農田灌溉用水水質》（GB 20922—2007）中纖維作物用水及《城市污水再生利用 綠地灌溉水質》（GB/T 25499—2010）要求，同時作為新建污水處理廠出水還應同時滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級A 標準。在綜合分析尾水用途及需滿足的水質標準后，確定本工程設計進出水水質見表1。

表1 設計進、出水水質Table 1 Design influent and effluent quality

通過對進水水質及處理需求分析發(fā)現，本工程進水B/C 約為0.12，可生化性極差，在進行生物處理前需降低廢水中難降解有機物濃度，提高廢水可生化性。

1.2 工藝選擇

經過各企業(yè)預處理后的精細化工廢水中有機物結構非常穩(wěn)定，可生化性非常差，預處理的關鍵在于破壞污染物結構，提高廢水可生化性。臭氧氧化可產生羧酸類等低分子質量、可生物降解的中間產物，顯著提高廢水的可生物降解性，因此選用臭氧氧化作為強化預處理的方式提高廢水的可生化性〔2-3〕。生物處理及深度處理采用常規(guī)的水解酸化+A/O+高密度沉淀池+反硝化深床濾池工藝可保證對可生物降解有機物、總氮、總磷、懸浮物及濁度的處理效果。

上述處理過程對廢水中有機物起到了有效處理作用，然而尚有部分難生物降解有機物未被去除，需要進一步處理。由于材料科學的飛速發(fā)展，電化學氧化工藝在電極材料性能上取得了突破性的應用進展，利用特種修飾的電極可實現去污、消毒、殺菌及脫色的同步進行，與臭氧化及Fenton 法相比其出水水質好，且不產生鐵泥等危廢及臭氣，自動化與模塊化程度高，因此本工程采用電化學氧化作為難降解有機物深度去除工藝〔5-6〕。

1.3 工藝流程

工程設計的工藝流程如圖1 所示，各精細化工企業(yè)廢水經預處理后通過壓力管道輸送至調節(jié)池調節(jié)水質水量，然后與混凝劑作用在氣浮池內去除廢水中膠體顆粒及油類，在進水懸浮物濃度較小時可通過超越管道直接進入臭氧預氧化池，在臭氧的作用下，廢水可生化性提高。在預處理工藝中設計事故應急池，應對突發(fā)事故。經過強化預處理后的廢水進入水解酸化池，在厭氧作用下顆粒物溶解為水溶性物質，再經過A/O 池的缺氧、好氧作用，大部分有機物、TN 及氨氮被降解或去除。經初步沉淀后上清液進入高密度沉淀池，通過化學除磷使TP 達到排放標準，然后再進入反硝化深床濾池，廢水中TN 得到進一步的深度處理，最終在電化學處理車間水中難降解有機物得到徹底處理。在復氧及接觸消毒池通過投加次氯酸鈉達到消毒作用，在出水段進行曝氣提高尾水含氧量，防止在蓄水池缺氧導致水質惡化。各工藝階段排出的污泥經過濃縮脫水后衛(wèi)生外運。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Flow of wastewater treatment process

2 主要工藝設計

1）調節(jié)池及事故池。調節(jié)池尺寸30.0 m×37.0 m×5.0 m，分2 格布置；配備高速潛水攪拌機10 臺，功率4 kW；配備污水提升泵4臺（3用1備），流量125 m3/h，揚程10 m，功率7.5 kW。事故池尺寸28.0 m×20.0 m×5.0 m，分3 格布置；配備廢水提升泵2 臺（1 用1 備），流量62.5 m3/h，揚程10 m，功率3 kW；配備廢水排空泵2 臺，規(guī)格與提升泵相同。

2）氣浮池。采用3 組成套溶氣氣浮池設備，單組處理規(guī)模125 m3/h，單臺尺寸10.0 m×3.0 m×2.6 m。設計氣固比0.2，溶氣罐停留時間3 min，氣浮池接觸時間5 min，分離室停留時間30 min，上升流速0.09 m/min。

3）臭氧預氧化池。設計尺寸為20.0 m×16.6 m×8.4 m，分2 格獨立運行，采用空氣源臭氧發(fā)生器。設計臭氧最大投加質量濃度100 mg/L，氧化接觸時間100 min。內置高效射流器4 套、二次混合裝置6 套；配備臭氧氧化流程定制泵5 臺，流量173 m3/h，揚程24 m，功率22 kW。

4）水解酸化池。1 座，分2 組獨立運行，尺寸40.0 m×25.0 m×7.0 m；設計水力停留時間16 h，安裝立體彈性填料3 000 m3；配備低速推流攪拌器20 臺，直徑1.4 m，功率2.2 kW；池頂設置保溫蓋，使生物系統(tǒng)在當地冬季低溫條件下能夠處于較高的溫度，材質為透光瓦楞板。

5）A/O 生化池。尺寸63.0 m×40.0 m×7.0 m，缺氧池與好氧池各占一半。缺氧池、好氧池停留時間均為20 h，污泥齡25.9 d，污泥質量濃度2.5 kg/m3，單位MLSS 的BOD5污泥負荷0.06 kg/（kg·d），20 ℃反硝化速率0.4 kg/（kg·d），好氧總氮負荷0.01 kg/（kg·d），污泥回流比50%~100%，混合液回流比100%~300%，氣水比13∶1。配備豎軸式波輪攪拌機20 臺，直徑2.0 m，功率3.0 kW；配備混合液回流泵6 臺，流量375 m3/h，揚程2 m，功率5.5 kW；池頂安裝透光瓦楞板保溫。

6）高密度沉淀池。2 組，單組尺寸為混合池1.7 m×1.7 m×7.25 m，絮凝池2.7 m×2.7 m×7.25 m，沉淀池7.8 m×5.5 m×7.25 m。設計混合時間3.5 min，絮凝時間15 min，沉淀池上升流速5.0 m/h。安裝混合攪拌器2 臺，直徑0.75 m，功率4 kW；配備絮凝攪拌器2 臺，直徑1 m，功率5.5 kW；配備刮泥機2 臺，直徑7 m，功率1.1 kW；配備污泥轉子泵6 臺（4 用2 備），流量10 m3/h，揚程20 m，功率2.2 kW。

7）反硝化深床濾池。采用5 格并排運行，工藝尺寸具體為濾池15 m×5 m×5.45 m，進水渠15 m×1.5 m×5.35 m，出水系統(tǒng)15 m×2.6 m×2.25 m，清水及廢水緩沖池15 m×4.5 m×3.5 m。設計濾速5 m/h，強制濾速6.25 m/h，砂層厚度1 200 mm，填料有效粒徑0.95~1.15 mm。采用氣水反沖洗，其中氣洗2 min，強度14 L/（s·m2），氣水聯合沖洗5 min，氣洗強度14 L/（s·m2）、水洗強度4~8 L/（s·m2），最后水洗8 min，強度4~8 L/（s·m2）。配備反沖洗水泵3 臺（2 用1 備），流量220 m3/h，揚程12 m，功率11 kW；配備反沖洗鼓風機3 臺（2 用1 備），流量13 m3/min，壓力490 Pa，功率22 kW；配備廢水排放泵2 臺（1 用1 備），流量100 m3/h，揚程10 m，功率5.5 kW。

8）電化學氧化間。安裝22 套電催化氧化設備，最大輸出電壓12 V，最大輸出電流900 A。單臺設備尺寸8 m×2.62 m×2.2 m，陽極材料為SnO2/Ti，陰極材料為不銹鋼，尺寸為600 mm×400 mm×5 mm。

9）復氧池及接觸消毒池。復氧池設計尺寸12 m×8 m×6 m，氣水比4∶1。消毒池尺寸14 m×9.8 m×2 m，接觸時間33 min。

3 運行效果

工程臭氧氧化及電化學氧化效果見圖2。

圖2 臭氧氧化對可生化性的提高（a）及電化學氧化對出水達標的保證作用（b）Fig. 2 Improvement of biodegradability by ozone oxidation（a）and effect of electrochemical oxidation on effluent quality（b）

圖2（a）為臭氧預氧化工藝出水中COD、BOD5及B/C 的運行數據，可以看出經過臭氧預氧化后廢水的B/C 長期穩(wěn)定在0.3 以上，平均值由0.12 提升至0.33，可生化性得到了極大提升。圖2（b）為電化學氧化工藝進出水的COD、甲苯、揮發(fā)酚及苯胺類污染物的濃度變化情況，顯示了電化學氧化對出水達標的保證作用，在電化學氧化作用下，COD 由大于100 mg/L 降至30 mg/L 以下，剩余難降解有機物去除率達75%以上，其中甲苯、揮發(fā)酚、胺類的去除率分別為91.25%、85.71%、85.71%。

運行期進水及各單元出水平均指標見表2。

表2 水質檢測結果Table 2 Testing results of water quality

由表2 可知，對于甲苯、揮發(fā)酚、胺類等難降解有機物，臭氧氧化及電化學氧化產生的各類活性氧可通過破壞其分子結構而將其有效去除。經處理后出水水質達到了設計要求，可滿足不同用途需水要求，每年節(jié)約當地新鮮用水230 萬m3以上。

4 成本核算

項目建設總投資26 596.76 萬元，運行成本按工藝段核算，結果如表3 所示，運行期直接費用2.580元/t，其中電費2.350 元/t，藥劑費0.230 元/t。

表3 運行成本核算Table 3 Accounting for operating costs

5 結論

1）經過臭氧氧化后廢水B/C 從0.12 提升至0.33，解決了精細化工廢水難生物降解的問題。

2）電化學氧化能夠有效去除難降解有機物，是工程達標的關鍵，經其處理后可使出水COD 低于30 mg/L。

3）實踐結果表明在干旱地區(qū)進行廢水回用處理對解決當地水資源短缺及維持生態(tài)平衡具有重要意義。