改良型AB法工藝處理高氨氮印染廢水工程實例

郭 佳，閆宏生

（包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)，內(nèi)蒙古包頭 014040）

印染行業(yè)是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)，基于行業(yè)特征，印染行業(yè)污水排放量大、環(huán)境污染嚴(yán)重，自2013年1 月1 日實施GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以來，國家提高了CODCr、氨氮、苯胺類等指標(biāo)的處理要求［1］，總氮（TN）、總銻等也被納入常規(guī)指標(biāo)監(jiān)測范圍，導(dǎo)致印染行業(yè)廢水處理設(shè)施必須進行改造提升，以達到新的環(huán)保要求。

印染廢水主要來自于前處理、染色、漂洗等工藝段，主要成分是各種染料、助劑、漿料、纖維雜質(zhì)等，具有水量大、可生化性低、色度高、污染物種類多的特點，屬于難處理廢水［2］，其中尤以印花工藝排放的高總氮廢水處理難度最大，一般是與其他廢水混合處理，但是當(dāng)印花廢水比例較高時，混合廢水處理難度和廢水處理系統(tǒng)運行費用都將大大提高。因此，探索一套經(jīng)濟、可靠的印染廢水總氮去除工藝具有重要的現(xiàn)實意義。

某企業(yè)采用水解氨化池/好氧池/中沉池的前置硝化工藝預(yù)處理高氨氮印花廢水，采用截留池/A 段兼氧/A 段二沉/B 段好氧/B 段二沉/終沉池的改良型AB 法工藝處理高總氮綜合廢水。鑒于江蘇省江陰地區(qū)不斷嚴(yán)格、趨緊的環(huán)保整治力度，該企業(yè)于2017 年底興建新的具有脫氮功能的污水處理系統(tǒng)，于2018年10 月試運行并投產(chǎn)使用。根據(jù)企業(yè)自檢數(shù)據(jù)，該工程達到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在生產(chǎn)企業(yè)和環(huán)保企業(yè)的通力合作下首次實現(xiàn)了采用改良型AB法工藝去除污水中的CODCr及總氮。

1 工程概況

江蘇省江陰市某印染廠主營高檔純棉面料的染色、印花加工，染料品種基本以活性染料為主，污水具有高CODCr、高氨氮、高總氮等缺點。該廠日常排放廢水量為2 000～2 500 m3/d，其中印花廢水（高氨氮、高總氮）占比約40%，該綜合廢水可生化性較好、pH偏堿性、色度非常深、懸浮物濃度高。原有污水處理系統(tǒng)出水除CODCr等常規(guī)指標(biāo)達標(biāo)外，氨氮、總氮均存在超標(biāo)風(fēng)險。為了適應(yīng)江蘇省江陰地區(qū)日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，該企業(yè)投資改造了原有污水處理設(shè)施，確保污染物指標(biāo)均可穩(wěn)定達標(biāo)。污水系統(tǒng)設(shè)計處理水量3 000 m3/d，其中高氨氮活性印花廢水按1 200 t/d計，設(shè)計進水、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進水及出水水質(zhì)

2 工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

印花預(yù)處理工藝：

綜合污水處理系統(tǒng)：

物化、生化污泥排入污泥池，經(jīng)板框壓濾后外運填埋或焚燒。

2.2 處理單元

2.2.1 印花調(diào)節(jié)池

用于調(diào)節(jié)企業(yè)印花車間排放污水的水質(zhì)、水量。一般印染企業(yè)受到機缸操作以及員工作息時間的影響，污水排放存在峰谷現(xiàn)象，調(diào)節(jié)池需承受高峰時期排放的污水量，并將其平衡至全天各個時段，以保證污水處理系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定地運行。水池1 座，尺寸為20 m×5 m×5 m，水力停留時間（HRT）=9.0 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池設(shè)置人工格柵1 套，用于去除污水中的雜質(zhì)，如絨毛、短纖等；用于污水提升的引水罐1套及端吸離心泵兩臺（含變頻），水泵1 用1 備，單臺參數(shù)為Q=50 m3/h、H=20 m、額定功率（N）=5.5 kW，單臺水泵均配套N=15 kW 變頻；用于污水計量和實時監(jiān)控流量的電磁流量計1 套；用于監(jiān)控水池水位及高液位報警的雷達液位計1套。

2.2.2 脈沖氨化池

在厭氧環(huán)境下，水解細菌不僅可以將大分子有機物分解為小分子有機物，而且在活性染料印花過程中也可以將尿素分解為無機銨根離子（NH4+）。水池1 座，尺寸為10.0 m×10.0 m×7.5 m，HRT=14.0 h，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。設(shè)置脈沖布水系統(tǒng)1 套（含脈沖罐和池底穿孔布水系統(tǒng)）；組合填料（500 m3）及配套支架1套，填料有效高度5 m；不銹鋼出水堰1套。

2.2.3 好氧池

企業(yè)污水中氮源的85%以上來自印花廢水，通過長停留時間的好氧硝化作用，將印花污水中的無機銨根離子全部轉(zhuǎn)化為硝酸根離子，以便與綜合污水進行充分的反硝化反應(yīng)。水池4 座，尺寸為20.0 m×5.0 m×7.5 m，有效水深7 m，HRT=56.0 h，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。好氧池設(shè)置型號為Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝氣器220 套，單套曝氣量Q=12～16 m3/h；節(jié)能風(fēng)機3 臺（與綜合污水系統(tǒng)共用），2 用1 備，單臺Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，單臺風(fēng)機均配套N=110 kW 變頻。

2.2.4 中沉池

預(yù)處理生化系統(tǒng)需保證較高的污泥濃度，故采用斜管沉淀形式同時表面負荷取低值來最大程度地提高系統(tǒng)的污泥濃度。水池1 座，尺寸9 m×9 m×7 m，有效水深6.5 m；表面負荷0.62 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。中沉池設(shè)置斜管（服務(wù)面積80 m2）及配套支架1 套；不銹鋼出水堰1 套；污泥回流泵2臺，1用1備，單臺Q=50 m3/h、H=11.5 m、N=3 kW，用于中沉池底部污泥回流至好氧池。

2.2.5 綜合調(diào)節(jié)池

用于調(diào)節(jié)企業(yè)排放污水的水質(zhì)、水量。水池1 座，尺寸為20 m×20 m×5 m，HRT=14.4 h，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池設(shè)置超精細氣洗格柵機1 套，用于去除污水中的雜質(zhì)，如絨毛、短纖等；用于污水提升的引水罐1 套以及端吸離心泵2 臺（含變頻），水泵1 用1 備，單臺Q=160 m3/h、H=20 m、N=15 kW，單臺水泵均配套N=15 kW 變頻；用于污水計量和實時監(jiān)控流量的電磁流量計1 套；用于監(jiān)控水池水位及高液位報警的雷達液位計1套。

2.2.6 截留池

一般壓濾機濾液及污泥池潷水清液中往往殘留少量絮凝類金屬離子，如Fe2+、Fe3+、Al3+等，當(dāng)該廢水回流至調(diào)節(jié)池時，因pH 波動容易形成二次絮凝，如果該絮凝物化污泥進入生化系統(tǒng)，容易導(dǎo)致生化系統(tǒng)活性污泥中的無機物比例升高，SVI 值降低，污泥缺乏活性，因此需在AB 法工藝前設(shè)置截留池去除污水中的懸浮顆粒及少量絮凝物化污泥。水池1 座，尺寸為8.0 m×8.0 m×7.5 m，有效水深為7 m，表面負荷為2.0 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。截留池設(shè)置斜管（服務(wù)面積64 m2）及配套支架1 套；不銹鋼出水堰1 套；污泥排泥泵1 臺，參數(shù)為Q=50 m3/h、H=11.5 m、N=3 kW；用于降低污水溫度的冷卻塔1套，處理量150 m3/h。

2.2.7 A 段兼氧池

A 段兼氧池污泥負荷高，采用低溶氧運行模式，溶解氧質(zhì)量濃度控制在0～0.5 mg/L，pH 控制在7～9，此工況下不僅反硝化細菌可以高效地進行反硝化反應(yīng)，常規(guī)需氧型微生物也可以利用氧氣進行氧化還原反應(yīng)，提高A 段生化反應(yīng)池去除污染物（CODCr、TN）的效率。水池3 座，尺寸為20.0 m×5.0 m×7.5 m，有效水深為7 m，HRT=16.8 h，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。A 段兼氧池設(shè)置型號為Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝氣器120 套，單套曝氣量Q=12～16 m3/h；節(jié)能風(fēng)機3 臺（與印花廢水系統(tǒng)共用），2 用1 備，單臺Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，單臺風(fēng)機均配套N=110 kW 變頻。

2.2.8 A 段二沉池

A 段二沉池可將A 段兼氧池和B 段好氧池進行有效劃分，使A 段兼氧池的微生物能夠以反硝化細菌和可在低溶解氧下快速繁殖的細菌為優(yōu)勢菌群，通過微生物吸附和生物降解去除有機污染物。水池1座，尺寸為9.0 m×9.0 m×7.5 m，有效水深為7 m，表面負荷為1.55 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。A 段二沉池設(shè)置斜管（80 m2）以及配套支架1 套；不銹鋼出水堰1 套；污泥回流泵2 臺，1 用1 備，單臺Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW，用于A 段二沉池底部污泥回流至A 段兼氧池。

2.2.9 B 段好氧池

B 段好氧池污泥負荷低，采用高溶氧運行模式，中后端溶解氧質(zhì)量濃度控制在2～4 mg/L，pH 控制在6.5～8.0，硝化液回流比控制在200%～300%。水池6座，尺寸為18.0 m×6.0 m×7.5 m，有效水深為7 m，HRT=36.0 h，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。B 段好氧池設(shè)置型號為Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝氣器180 套，單套曝氣量Q=12 m3/h；節(jié)能風(fēng)機3 臺以及配套變頻（與印花廢水系統(tǒng)共用）；硝化液回流泵2 臺，1 用1 備，單臺Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW。

2.2.10 B 段二沉池

考慮到污水中殘留的總氮易導(dǎo)致污泥上浮，B 段二沉池采用輻流式沉淀池設(shè)計且表面負荷取低值，可防止因沉淀池死角導(dǎo)致的污泥反硝化上浮現(xiàn)象，從而保證出水懸浮物濃度較低，在水質(zhì)較好的情況下可直接達標(biāo)排放。水池1 座，尺寸為Ф16 m×6 m，有效水深5.5 m，表面負荷0.62 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。B 段二沉池設(shè)置不銹鋼出水堰1套；周邊傳動刮泥機1臺，N=1.5 kW；污泥回流泵2臺，1用1備，單臺Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW。

2.2.11 終沉池

考慮到污水系統(tǒng)中存在CO32-、HCO3-緩沖體系，終沉池投加酸性絮凝劑容易產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致污泥上浮，所以終沉池表面負荷需要取低值。水池1 座，尺寸為Ф16.0 m×5.5 m，有效水深為5 m，表面負荷為0.63 m3/(m2·h)，半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)。終沉池設(shè)置不銹鋼出水堰1套；周邊傳動刮泥機1臺；污泥排泥泵2臺，1用1 備，單臺Q=60 m3/h、H=11 m、N=3 kW；反應(yīng)池中投加聚合氯化鋁（PAC，水劑）和聚丙烯酰胺（PAM，粉劑），其中PAC 投加量控制在800～1 200 mg/L，PAM 投加量控制在3～5 mg/L；PAC 藥劑存儲PE 桶2 只；加藥系統(tǒng)2 套、PAM 化藥系統(tǒng)1 套，用隔膜計量泵投加，2用2備，單臺Q=416 L/h、P=1 000 kPa、N=0.55 kW。

3 工程處理效果及分析

3.1 試運行數(shù)據(jù)分析

本工程采用預(yù)處理+改良型AB 法工藝，項目于2018 年8 月開展調(diào)試，并于10 月完成調(diào)試工作交付業(yè)主使用，至今仍穩(wěn)定運行。由于污水進行了清污分流（主要是印花水分流），綜合調(diào)節(jié)池的污水混入了預(yù)處理后的印花廢水，并不能代表本項目實際的進水水質(zhì)，鑒于車間至污水站采用水泵泵送，我方通過管道在線采樣設(shè)備，每日采集進入印花廢水調(diào)節(jié)池和綜合調(diào)節(jié)池的污水水樣并監(jiān)測各項污染物指標(biāo)，通過加權(quán)法計算企業(yè)排放混合污水的污染物質(zhì)量濃度估算值，計算公式如下：

式中：ρ日加權(quán)值為企業(yè)排放混合污水的污染物質(zhì)量濃度估算值；ρ印花廢水為在線采樣設(shè)備每日獲得并監(jiān)測的印花廢水污染物質(zhì)量濃度實測值；ρ其他廢水為在線采樣設(shè)備每日獲得并監(jiān)測的印染廢水（不含印花廢水）污染物質(zhì)量濃度實測值；Q印花廢水為每日排入印花廢水調(diào)節(jié)池的污水量；Q其他廢水為每日排入綜合調(diào)節(jié)池的污水量。試運行期間的進水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 試運行期間的進水水質(zhì)

由表2 可以看出，試運行期間，進水水質(zhì)均低于設(shè)計進水水質(zhì)，符合污水系統(tǒng)調(diào)試驗收要求。另外試運行驗收期間同步監(jiān)測印花調(diào)節(jié)池、截留池、脈沖氨化池、中沉池、綜合調(diào)節(jié)池、A 段二沉池、B 段二沉池、終沉池的出水pH、CODCr、NH3-N、TN、苯胺類等的水質(zhì)指標(biāo)，平均值結(jié)果如表3 所示。從終沉池出水水質(zhì)來看，本項目的實際運行效果達到了設(shè)計要求，其中CODCr、NH3-N、TN、苯胺類的去除率分別為94.6%、98.0%、92.5%、74.4%，在印染污水處理領(lǐng)域達到了較高的設(shè)計運維水平，特別是總氮、苯胺類難處理指標(biāo)取得了較高的去除效果。

表3 各處理單元的出水水質(zhì)

3.2 pH 控制

本項目污水系統(tǒng)pH 波動較大，會影響好氧硝化反應(yīng)，因此需要注意各好氧池pH 的降低情況，特別是印花廢水預(yù)處理的好氧池。由于企業(yè)85%以上的氨氮需要在好氧池內(nèi)完成硝化，會產(chǎn)生大量硝酸根離子，消耗相應(yīng)的堿劑，在好氧池后段會出現(xiàn)pH 快速降低的現(xiàn)象，需要視情況補充一定量堿劑，將好氧池pH 控制在6.5～9.0，避免出現(xiàn)污水pH 低于6.0 而導(dǎo)致活性污泥中硝化細菌活性降低的情況。

3.3 碳源利用

污水反硝化脫氮主要集中在綜合系統(tǒng)A 段，A 段進出水TN 分別為223、58 mg/L，去除率達到了74%，CODCr分別為1 521、976 mg/L，去除率達到36%，反硝化反應(yīng)消耗的碳源與氮源之比（C/N）估算公式如下：

式中，CODCr（進水）以綜合調(diào)節(jié)池出水CODCr（15 日平均值）計；CODCr（出水）以A 段二沉池出水CODCr（15日平均值）計；TN（進水）以綜合調(diào)節(jié)池出水TN（15 日平均值）計；TN（出水）以A 段二沉池出水TN（15 日平均值）計。

因反硝化反應(yīng)消耗的C/N為3.30（估算值），與反硝化理論值2.86 非常接近，說明改良型AB 法工藝通過A 段獨立的生化系統(tǒng)（配套獨立的沉淀池）形成了以反硝化為主的微生物菌群，碳源利用率較常規(guī)AO工藝有大幅提升［3］。

3.4 苯胺類

從綜合污水角度考慮，大系統(tǒng)苯胺類去除率為74.4%；從印花廢水角度考慮，預(yù)處理系統(tǒng)苯胺類去除率為73.3%，推測印花廢水預(yù)處理后殘留的苯胺類物質(zhì)不能在綜合廢水處理系統(tǒng)中被微生物分解，苯胺類污染物存在生物降解極限。為驗證該猜想，對中沉池出水、B 段二沉池出水進行生化小試，結(jié)果見表4。由表4 可知，印花廢水苯胺類污染物存在生物降解極限的猜想成立，原因可能是部分染料、助劑在生產(chǎn)過程中存在不同種類含苯胺的中間體，該中間體的可生化性決定了與之對應(yīng)的苯胺類污染物是否可被降解，當(dāng)中間體不易被降解時，對應(yīng)的苯胺類污染物就無法通過常規(guī)生化手段去除。

表4 生化小試實驗的步驟與結(jié)果

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

本項目為技改項目，工程總投資578.0 萬元，其中設(shè)計、設(shè)備、安裝、調(diào)試費用為318.0萬元，土建費用為260.0萬元。系統(tǒng)運行費用：日均電耗8 710 kWh，電價0.8 元/kWh，電費為6 968 元/天；日均PAC 消耗量2.8 t，單價350 元/t，日均PAM 消耗量8 kg，單價20 000元/t，日均30%工業(yè)液堿（水劑）消耗量0.15 t，單價800 元/t，則藥劑費為1 260 元/天；定員8 人，人工工資按5 000 元/月計，人工費為1 333 元/天；日均污泥產(chǎn)量5.4 t，含水率65%～70%，污泥處置費400 元/t，污泥費為2 160 元/天；試運行期間印花廢水日處理量平均值984 t，其他綜合廢水日處理量平均值1 574 t，合計總處理水量為2 558 t/d，直接運行費用為11 721元/天，折合單位廢水運行費用為4.58 元/t［4］，相較改造前降低了約0.4元/t，經(jīng)濟效益明顯提高。

5 結(jié)論

（1）采用水解氨化池/好氧池/中沉池的前置硝化工藝預(yù)處理高氨氮印花廢水，采用截留池/A 段兼氧/A 段二沉/B 段好氧/B 段二沉/終沉池的改良型AB 法工藝處理高總氮綜合廢水，運行效果良好，出水達到項目設(shè)計要求，且運行成本較低。

（2）改良型AB 法工藝具有提高反硝化段碳源利用效率的優(yōu)勢，適用于碳氮比不足的印染污水，可少加甚至不加碳源。

（3）印染廢水苯胺類物質(zhì)存在生物降解極限。