摘要：蘇州市某大型綜合化工園區(qū)污水處理廠承擔(dān)著區(qū)域內(nèi)印染廢水、其他工業(yè)廢水以及生活污水的處理任務(wù)，工業(yè)廢水和生活污水的比例約為6∶4。出水執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018），出水排入?yún)卿两，F(xiàn)狀二級處理生化段的厭氧-缺氧-好氧（A2O）工藝不能滿足排放要求，因此分析污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)，通過小試與中試，在現(xiàn)有工藝段后增加催化芬頓氧化提標(biāo)改造工藝，處理后，出水指標(biāo)符合排放限值要求。提標(biāo)改造新建設(shè)施占地0.65 hm2，全部利用廠內(nèi)空地。提標(biāo)改造噸水投資為1 063元/m3，新增運行費用為0.53～0.77元/m3。該污水處理廠的成功運行為難生物降解印染廢水的達(dá)標(biāo)排放提供了切實可行的案例和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：提標(biāo)改造；化工園區(qū)；印染廢水

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）02-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.047

Application of Catalytic Fenton Oxidation Technology in Upgrading and Reconstruction of Sewage Treatment Plant in a Chemical Industry Park

LIU Zhenzhen， XIE Lin， JIANG Shuangshuang， TIAN Weihan， TIAN Baofeng

（Nanjing Shenkelong Technical Co.， Ltd.， Nanjing 211100， China）

Abstract： The sewage treatment plant of a large comprehensive chemical industry park in Suzhou City is responsible for the treatment of printing and dyeing wastewater， other industrial wastewater and domestic sewage in the area， the ratio of industrial wastewater to domestic sewage is about 6∶4. The effluent shall comply with the \"Discharge Limits of Main Water Pollutants from Urban Sewage Treatment Plants and Key Industrial Industries in Taihu Lake Area\" （DB 32/1072—2018）， which is discharged into Wusong River. The current anaerobic-anoxic-oxic （A2O） process in the biochemical section of secondary treatment cannot meet the discharge requirements， therefore， after analyzing the quality of the influent and effluent of the sewage treatment plant， the catalytic Fenton oxidation upgrading and reconstruction process is added after the existing process section through small and pilot tests， after treatment， the effluent index meets the requirements of discharge limit. The newly-built facilities for the upgrading and reconstruction will cover an area of 0.65 hm2， all of which will use the vacant land in the plant. The investment per ton of water for upgrading and reconstruction is 1 063 yuan/m3， and the new operating cost is 0.53～0.77 yuan/m3. The successful operation of the sewage treatment plant provides a practical case and technical reference for the up-to-standard discharge of printing and dyeing wastewater that is difficult to be biodegradable.

Keywords： upgrading and reconstruction; chemical industry park; printing and dyeing wastewater

印染行業(yè)以各類纖維加工制造的胚布為原料，通過染色和印花工藝生產(chǎn)出各類帶色彩和圖案的織物，其中棉紡印染業(yè)是最大行業(yè)[1]。印染廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)多變。污染物按來源可分為兩類，一類是纖維原料本身的夾帶物，另一類是加工過程中所用的漿料、油劑、染料和化學(xué)助劑等。印染廢水具有水量大、有機物含量高、色度高、堿性強、鹽度高、水質(zhì)變化大的特點[2]，屬于難處理的工業(yè)廢水。染料分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定，聚乙烯醇（PVA）漿料和新型助劑的使用[3]使得印染廢水的可生化性較差，因此必須通過深度處理措施進(jìn)一步去除水中難降解的污染物，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1 項目概況

蘇州市某大型綜合化工園區(qū)污水處理廠總設(shè)計規(guī)模為8萬m3/d，承擔(dān)著40多家重點印染排污企業(yè)廢水、300余家其他工業(yè)企業(yè)廢水以及區(qū)域內(nèi)生活污水的處理任務(wù)。工業(yè)廢水和生活污水的比例約為6∶4。污水處理廠一、二級處理采用水解酸化+A2O生化反應(yīng)池+混凝沉淀+生物活性炭濾池的處理工藝。出水通過壓力排放至吳淞江。按照環(huán)評批復(fù)，出水需要執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)和《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018），其中，出水化學(xué)需氧量（CODCr）不超過50 mg/L。

目前，生化出水CODCr保持在100 mg/L左右，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和排水管理的加強，污水處理廠的印染廢水在總水量中所占的比例會有所下降。雖然生活污水提升至一級A標(biāo)準(zhǔn)的難度不大，但考慮到這是一個逐步改善的過程，在確定工程污水處理工藝路線時，要結(jié)合進(jìn)水的實際情況，不宜僅采用常規(guī)生物處理工藝。原生物活性炭濾池亦存在更換活性炭困難及維修困難的問題。必須增加提標(biāo)改造環(huán)節(jié)，保證出水CODCr達(dá)標(biāo)。

2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)服務(wù)園區(qū)范圍內(nèi)的水量預(yù)測與水質(zhì)分析，污水處理廠提標(biāo)改造的設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。主要監(jiān)測指標(biāo)有CODCr、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、總磷（TP）和色度。其中，進(jìn)水色度為64倍，出水色度為30倍，去除率為50%。

3 提標(biāo)改造工藝路線選擇

廢水經(jīng)前端生化處理后，生化出水中的污染物主要是抗生化、抗光化、抗氧化的惰性CODCr，傳統(tǒng)的處理技術(shù)已經(jīng)較難達(dá)到排放要求，印染廢水深度處理的常用方法有吸附法、生物法、高級氧化法[4]。該污水處理廠生化段水力停留時間達(dá)26 h，提標(biāo)改造再采用生化法，效果有限?；钚蕴课椒ù嬖谖綍r間長、脫附困難、難以循環(huán)使用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。近年來，高級氧化法中的芬頓氧化（H2O2/FeSO4）及催化芬頓氧化技術(shù)越來越多地應(yīng)用在印染廢水深度處理中[5]。

3.1 中試情況

為了確定催化芬頓氧化工藝的可靠性且為后續(xù)設(shè)計提供相對準(zhǔn)確的工藝設(shè)計參數(shù)，本項目開始前，建設(shè)單位聯(lián)合設(shè)計人員對深度處理工藝路線進(jìn)行了中試研究與比選。催化芬頓氧化中試裝置現(xiàn)場如圖1所示，試驗流程如圖2所示。

中試裝置由催化芬頓氧化反應(yīng)器、穩(wěn)定裝置及斜管沉淀裝置等組成，處理水量約為12 m3/d，總水力停留時間約為5.0 h。其主要工藝流程為：原水經(jīng)1#水泵提升至催化芬頓氧化反應(yīng)器，出水自流進(jìn)入穩(wěn)定裝置，調(diào)節(jié)并穩(wěn)定水質(zhì)水量，之后自流進(jìn)入混合罐，并在混合罐內(nèi)加入聚丙烯酰胺（PAM），經(jīng)2#水泵提升至斜管沉淀裝置進(jìn)行固液分離。以污水處理廠二沉池出水作為催化芬頓氧化反應(yīng)器的進(jìn)水，調(diào)試3天后開始穩(wěn)定運行。進(jìn)出水CODCr監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

中試進(jìn)水CODCr濃度為78.0～113.2 mg/L，色度約為40倍，經(jīng)催化芬頓氧化深度處理后，出水CODCr濃度為13.2～37.2 mg/L，平均去除率為77%，色度約為10倍，滿足出水排放要求。中試進(jìn)出水效果如圖3所示。經(jīng)計算，藥劑成本為0.55～0.73元/m3。

3.2 提標(biāo)改造技術(shù)路線

根據(jù)中試結(jié)果，催化芬頓氧化可以進(jìn)一步去除水中的CODCr，其電耗和單位水經(jīng)營成本均低于臭氧氧化工藝。從系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，催化芬頓氧化工藝對進(jìn)水SS基本無要求，前端不需要物化混凝工藝，只在末端固液分離時投加PAM。該工藝具有高效、廣譜的特征，抗沖擊負(fù)荷能力強，實際運行時，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，靈活調(diào)整加藥量，出水更為穩(wěn)定可靠。綜上所述，本工程提標(biāo)改造選用“催化芬頓氧化+高效沉淀池+消毒（利舊）”工藝，工藝流程如圖4所示。

3.3 提標(biāo)改造池型選擇

催化芬頓氧化工藝使用的藥劑種類多，投加量大。為減少藥劑投加量，有效控制產(chǎn)泥量，本設(shè)計采用催化芬頓氧化塔。藥劑投加與混合利用催化芬頓氧化塔完成，氧化塔后增設(shè)延時反應(yīng)的催化芬頓穩(wěn)定池。催化芬頓穩(wěn)定池采用推流式矩形池[6]。催化芬頓穩(wěn)定池出水需要沉淀，常規(guī)的沉淀池多采用輻流式或斜管式，本項目廠內(nèi)預(yù)留地空間有限，因此沉淀池設(shè)計選用高效沉淀池。

3.4 廠區(qū)布置

平面設(shè)計力求功能分區(qū)明確，構(gòu)筑物布置緊湊，占地面積小。豎向設(shè)計則盡可能減少建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)處理、挖填方量。同時，考慮與現(xiàn)狀生化池高程的銜接。廠區(qū)綠化率不低于30%，總平面布置滿足消防要求。提標(biāo)改造平面布置如圖5所示，新建設(shè)施占地0.65 hm2。

4 提標(biāo)改造的主要構(gòu)筑物及參數(shù)

污水處理廠提標(biāo)改造新增的主要構(gòu)筑物包括提升池、催化芬頓氧化塔、催化芬頓穩(wěn)定池、高效沉淀池、功能房和藥劑儲罐區(qū)。接觸池及出水泵房利舊。

4.1 提升池

提升池水力停留時間為30 min。設(shè)置潛污泵4臺（2用2備），單臺流量為1 850 m3/h，揚程為20 m，功率為132 kW。配備潛水?dāng)嚢铏C4臺和電動葫蘆1套。

4.2 催化芬頓氧化塔

催化芬頓氧化塔共布設(shè)10套，分2組，每組分3級。催化芬頓氧化塔Ⅰ有4套，直徑為3.5 m，高度為12 m；催化芬頓氧化塔Ⅱ有4套，直徑為3.5 m，高度為10 m；催化芬頓氧化塔Ⅲ有2套，直徑為3.5 m，高度為9 m。每兩臺氧化塔Ⅰ對應(yīng)兩臺氧化塔Ⅱ、一臺氧化塔Ⅲ。

4.3 催化芬頓穩(wěn)定池

催化芬頓穩(wěn)定池布設(shè)1座，采用廊道推流式，分2格，長度為44.0 m，寬度為36.5 m，池深為7.0 m，有效水深為6.0 m，水力停留時間為160 min，配備2套曝氣系統(tǒng)。

4.4 高效沉淀池

高效沉淀池共布設(shè)1座，分2格獨立運行，平面尺寸（長×寬）為40.0 m×30.0 m，池深為7.5 m，有效水深為7.0 m。每格池內(nèi)設(shè)置絮凝攪拌器2臺，配電功率為7.5 kW；中心傳動濃縮機配備2臺，沉淀池直徑為18 m，配電功率為0.75 kW；螺桿泵配備6臺（4用2備），流量為50 m3/h，壓力為0.2 MPa，功率為11 kW。絮凝反應(yīng)時間為15.67 min，高效沉淀池連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水，沉淀區(qū)表面負(fù)荷為5.14 m3/（m2·h），峰值表面負(fù)荷為5.65 m3/（m2·h）。

4.5 功能房

硫酸亞鐵、PAM配藥和加藥系統(tǒng)與鼓風(fēng)機房、變配電間、自控室合建為功能房。硫酸亞鐵與PAM稀釋池總?cè)莘e為102 m3，配套攪拌器。鼓風(fēng)機房平面尺寸為12 m×15 m，高為10 m，配套電動單梁懸掛起重機、軸流風(fēng)機。設(shè)置離心風(fēng)機2臺（1用1備，均為變頻），風(fēng)量為70 m3/min，功率為90 kW，根據(jù)運行情況調(diào)節(jié)曝氣量，用于催化芬頓穩(wěn)定池供氣。無油螺桿空壓機配備2臺，1用1備，排氣量為2.2 m3/min，風(fēng)壓為0.6 MPa，功率為22 kW，用于催化芬頓氧化塔曝氣。變配電間、自控室面積約為120 m2。

4.6 藥劑儲罐區(qū)

藥劑儲罐區(qū)平面尺寸為22.5 m×15.0 m，不僅包括濃硫酸、液堿、雙氧水加藥單元與卸藥單元，還包括應(yīng)急池單元。單個儲罐容積為72 m3，共有3個。罐組應(yīng)設(shè)防火堤，堤內(nèi)的有效容積不應(yīng)小于罐組內(nèi)1個最大儲罐的容積。防火堤內(nèi)側(cè)基腳線至臥式儲罐的水平距離不應(yīng)小于3 m。防火堤的設(shè)計高度應(yīng)比計算高度大0.2 m，且應(yīng)為1.0～2.2 m，在防火堤的適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置便于滅火救援人員進(jìn)出的踏板[7]。雙氧水采用罐頂噴淋技術(shù)[8]來有效降低儲罐溫度，避免其劇烈分解。

5 運行效果及經(jīng)濟(jì)性分析

項目正常運行后，化工園區(qū)污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。2021年6—12月，運行水量及進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)月均值如表3所示。

從表3可以看出，經(jīng)催化芬頓氧化處理，出水CODCr濃度穩(wěn)定滿足《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018）的要求。本工程總投資約為8 500萬元，經(jīng)折合，噸水投資為1 063元/m3。從芬頓藥劑投加量來看，硫酸為250～400 mg/L，硫酸亞鐵為100～200 mg/L，雙氧水為90～150 mg/L，液堿為30～50 mg/L，PAM為3～5 mg/L。工程新增運行費用為0.53～0.77元/m3，其中，藥劑成本為0.34～0.58元/m3。項目內(nèi)部收益率為6.45%，大于項目基準(zhǔn)收益率（5%），投資回收期為13.35年，從敏感性分析看，項目有一定的抗風(fēng)險能力，因此本項目在財務(wù)上是可行的。

6 結(jié)論

經(jīng)項目驗證，大型綜合化工園區(qū)污水處理廠運用催化芬頓氧化技術(shù)進(jìn)行提標(biāo)改造是可行的，該工藝可以有效去除印染廢水中的難生物降解成分，如漿料、油劑、染料和化學(xué)助劑等。催化芬頓氧化使用的藥劑種類多，要充分考慮周邊地區(qū)濃硫酸、雙氧水、液堿的供貨能力與交通運輸，同時雙氧水儲罐區(qū)的布置要符合相關(guān)防火規(guī)范要求。本項目采用高效沉淀池作為催化芬頓氧化工藝的沉淀池，實際運行表明，沉淀效果好，上清液不漂泥，同時節(jié)約用地。

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