某印染工業(yè)污水處理廠擴建設計工藝優(yōu)化探討

文_周林凡 陳黎明 肖學貴 中國市政工程中南設計研究總院有限公司

石獅市某印染工業(yè)污水處理廠現(xiàn)處理能力為4.7萬m3/d，負責處理工業(yè)集控區(qū)內(nèi)31家印染企業(yè)（其中長車6家、針織5家、染線7家，水洗其他13家）排放的廢水，由于這些工業(yè)企業(yè)印染生產(chǎn)規(guī)模擴大及印染廢水水量的增加，需對該污水處理廠進行擴建，要求擴建規(guī)模為3萬m3/d，出水執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-2012）及其修改單中表2直接排放要求。污水處理工藝對污水處理廠運行、投資、成本等的影響尤為關鍵。為此，本次擴建必須基于現(xiàn)狀污水處理工藝的運行經(jīng)驗及存在的問題，在設計階段對污水處理工藝進行充分合理的優(yōu)化。

1 污水處理現(xiàn)狀概況

1.1 現(xiàn)污水處理工藝流程

現(xiàn)污水處理工藝流程為原水（一企一管）→調(diào)節(jié)池（泵）→機械混凝反應池→初沉池（平流沉淀）→自流跌落冷卻池→推流式水解酸化池→好氧池（活性污泥法）→幅流二沉池→中間水池（泵）→催化氧化反應器（芬頓高級氧化）→曝氣反應池→機械混凝反應池→終沉池（平流沉淀）→達標排放。

1.2 進水水質(zhì)及特性現(xiàn)狀

現(xiàn)調(diào)節(jié)池內(nèi)混合后的實際進水水質(zhì)詳見表1。

表1 主要進水水質(zhì)現(xiàn)狀

本污水處理廠處理的印染廢水具有水質(zhì)水量波動較大，廢水有機物成分復雜且濃度高，BOD5/COD值較低，pH值高，水溫高，色度高，且具有一定毒性等特性。

1.3 出水水質(zhì)及運行現(xiàn)狀

近兩年實際出水水質(zhì)詳見表2。

表2 近兩年出水水質(zhì)現(xiàn)狀

對現(xiàn)各污水處理工藝單元的水質(zhì)進行近一年檢測，得出各工藝單元的處理效率詳見表3。

表3 各工藝單元污染物去除率現(xiàn)狀分析

現(xiàn)污水處理工藝整體運行情況良好，出水水質(zhì)滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》GB4287-2012及其修改單中表2直接排放要求，對污染物的去除效率高，但存在二級生化處理效率低、物化和芬頓藥耗量大、污泥量多、管線迂回嚴重、水頭損失較大、電耗相對較高等問題。

2 工藝優(yōu)化總體思路

2.1 污水處理水質(zhì)目標

本次擴建設計進、出水水質(zhì)指標及處理程度詳見表4。

表4 擴建工程設計進、出水水質(zhì)及處理程度

根據(jù)要求，本項目出水執(zhí)行《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》GB4287-2012中表2直接排放要求，同時在工藝流程上預留再提標至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準的可能性。

2.2 污水處理工藝路線選擇

鑒于現(xiàn)污水處理工藝整體運行情況良好，出水水質(zhì)滿足要求，因此本次擴建擬采用與現(xiàn)狀一致的污水處理工藝路線，具體為“穩(wěn)流調(diào)節(jié)+前物化（絮凝沉淀）+二級生化處理+深度處理（高級氧化+后物化）”。

2.3 工藝優(yōu)化原則

本次擴建污水處理工藝路線優(yōu)化應考慮：①技術成熟先進，運行可靠，滿足處理出水要求；②經(jīng)濟合理，在滿足處理要求的前提下，節(jié)約基建投資和運行管理費用；③運行管理方便，運轉(zhuǎn)靈活，對進水水量、水質(zhì)的變化有較強的抗沖擊能力及應變能力；④與現(xiàn)處理工藝合理銜接，便于統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調(diào)度。

3 工藝優(yōu)化方案

3.1 調(diào)節(jié)池優(yōu)化

現(xiàn)調(diào)節(jié)池的水力停留時間為7.65h。本次擴建設計綜合考慮了廢水排放規(guī)律、水質(zhì)水量變化、生產(chǎn)班次等因素，依據(jù)水量變化累計曲線，采用圖解法確定調(diào)節(jié)池停留時間為12h。為解決調(diào)節(jié)池內(nèi)污泥沉積問題，本次擴建調(diào)節(jié)池在池底布設了穿孔水管，采用水力混合和水力反沖洗。改進后的調(diào)節(jié)池構造簡單、水質(zhì)調(diào)節(jié)效果好、污泥不易沉積且排泥方便，適合中大型污水廠水質(zhì)的調(diào)節(jié)。

3.2 降溫設施優(yōu)化

現(xiàn)冷卻池采用水流自渠道自流跌落的方式進行降溫，結構簡單、運行簡便、投資低；但降溫效果受流量變化影響較大、效果差，占地面積大，且降溫渠道為開放式，對周圍環(huán)境影響較大。本次擴建降溫設施經(jīng)優(yōu)化后采用鋼筋砼框架結構的逆流式冷卻塔。該冷卻塔具有配水系統(tǒng)不易堵塞、降溫效果好、對環(huán)境影響較小、運行費用低、運行管理較為簡便、占地少等特點，適用于中大型污水廠的污水降溫。主要設計參數(shù)為干球溫度θ=33.4℃，濕球溫度28.1℃，進水溫度T1=45℃，出水溫度T2≤33℃，標準點噪聲≤75dB(A)。

3.3 前物化處理工藝優(yōu)化

現(xiàn)平流初沉池沉淀時間短（1.6h），沉淀效果差，采用虹吸式刮吸泥機排泥不暢，且加蓋除臭難度大。本次擴建平流初沉池沉淀時間經(jīng)優(yōu)化后采用2.3h，并采用技術先進的液壓往復式刮吸泥機，保證了沉淀效果，很好地解決了排泥和加蓋除臭問題。

3.4 二級生化處理工藝優(yōu)化

3.4.1 水解酸化池工藝優(yōu)化

現(xiàn)厭氧水解池為厭氧接觸法（厭氧活性污泥法），水流流態(tài)為推流式水解反應器，這種水解池利用攪拌裝置實現(xiàn)泥水完全混合，需增設沉淀池將處理污水與厭氧污泥分離，并將沉淀的污泥回流至水解反應器，以維持反應器內(nèi)的污泥濃度，動力設備多，電耗高；現(xiàn)水解時間為12.2h，結合水質(zhì)檢測分析，存在水解不完全的情況，水解時間偏短。

本次擴建水解酸化池經(jīng)優(yōu)化后采用升流式水解酸化池。升流式水解酸化池污泥水解酸化效果好，出水穩(wěn)定，污泥降解率高，不需設中間沉淀池，占地面積??；同時為提高布水的均勻性，采用技術先進的自動高效脈沖布水器，保證了污泥濃度以及泥水混合效果，控制了易燃、惡臭氣體產(chǎn)生。結合現(xiàn)狀和中試水質(zhì)檢測和理論分析結果，本次擴建水解酸化時間采用15.2h。

3.4.2 生物池工藝優(yōu)化

現(xiàn)生物池采用純活性污泥法的好氧池，設計停留時間21.7h，由于沒有設置缺氧區(qū)，對TN的去除效果一般。本次擴建生物池經(jīng)優(yōu)化后采用“缺氧/好氧+MBBR”工藝，通過缺氧反硝化過程、好氧碳化及硝化過程控制出水指標。好氧池采用內(nèi)循環(huán)完全混合方式，相較現(xiàn)狀無內(nèi)回流的好氧池，處理效果更穩(wěn)定高效；同時與現(xiàn)狀相比增加了缺氧段，提高了對TN的去除效率，以應對日后水質(zhì)的變化。為提高生物處理能力和污泥濃度，減少池容和停留時間，本次擴建在好氧池內(nèi)增加MBBR生物填料，改進為泥膜復合的MBBR工藝。主要設計參數(shù)為總停留時間20.1h，其中缺氧停留時間為2.6h，好氧區(qū)停留時間為17.5h，設計氣水比20：1，污泥濃度為4000mg/L，BOD污泥負荷0.105kg.BOD5/kg.MLSS.d，在好氧池內(nèi)增加生物填料有效膜表面積1.2170×105m2。

3.5 深度處理工藝優(yōu)化

3.5.1 高級氧化工藝優(yōu)化

現(xiàn)高級氧化采用的是芬頓催化氧化工藝，出水能滿足尾水排放的要求，但加藥量較大，成本較高。結合國內(nèi)同類水質(zhì)的處理經(jīng)驗和中試實驗結果，本次擴建高級氧化工藝經(jīng)優(yōu)化后采用三相催化氧化工藝，在傳統(tǒng)芬頓（均相催化氧化）與電化學等技術基礎上，采用電化學技術（催化還原）、芬頓技術（催化氧化、催化縮合）、高效混凝、磁化技術等多種技術的聯(lián)合和耦合。相比傳統(tǒng)芬頓，三相催化氧化工藝具有處理更高效、廣譜，抗負荷沖擊能力強，對COD、色度、總磷、SS均具有較高的去除效果，消毒除臭，出水清澈透明，運營成本低等優(yōu)點。通過中試實驗，在達到相同處理效果的情況下（CODcr≤80mg/L），三相催化氧化工藝相比現(xiàn)狀芬頓系統(tǒng)的藥劑成本降低約30%～40%，性價比更高。

3.5.2 后物化沉淀、過濾工藝優(yōu)化

現(xiàn)芬頓后的物化沉淀池采用平流沉淀池，存在加藥量較大，占地大等問題。

結合國內(nèi)同類水質(zhì)的處理經(jīng)驗和中試實驗結果，本次擴建后物化沉淀工藝經(jīng)優(yōu)化后采用高效沉淀池，具有處理效果好，藥耗低，占地省等優(yōu)點。主要設計參數(shù)為慢速反應區(qū)反應時間14min，推流區(qū)停留時間5min，沉淀區(qū)上升流速5.0m/h。

由于本次擴建要求工藝流程上預留再提標至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準的可能性，考慮到后物化高效沉淀池出水SS較難穩(wěn)定達到一級A標準，因此本次擴建在后物化沉淀之后預留增加過濾工藝單元，以確保出水SS達標。過濾工藝采用轉(zhuǎn)盤濾池，具有過濾效果好、構造簡單、占地少、反沖洗水量少等優(yōu)點，主要設計參數(shù)為濾速≤15m3/h.m2，濾盤直徑3m。

4 優(yōu)化后工藝流程及效果評估

4.1 優(yōu)化后工藝流程

根據(jù)上節(jié)的論述，本次擴建優(yōu)化后的工藝流程確定為原水（一企一管）→穩(wěn)流調(diào)節(jié)（泵）→機械混凝反應池→平流初沉池→逆流式冷卻塔（鋼筋砼框架結構）→升流式水解酸化池（自動高效脈沖布水））→缺氧/好氧+MBBR生物池→周進周出幅流二沉池→中間水池（泵）→三相催化氧化反應器→曝氣反應池→高效沉淀池→轉(zhuǎn)盤濾池（預留）→達標排放。

相較于現(xiàn)狀，本次擴建積極穩(wěn)妥地運用一些新工藝、新技術，主要對冷卻塔、水解酸化池、生物池、芬頓高級氧化、后物化沉淀池等工藝單元的類型、設計參數(shù)等方面進行了優(yōu)化。

4.2 預期效果評估

4.2.1 預估各工藝單元去除率

結合現(xiàn)有的運行效果、部分工藝單元的中試結果和理論分析，預估本次擴建各工藝單元的污染物去除率詳見表5。

表5 預估本次擴建各工藝單元污染物去除率

相比原工藝運行狀況，本次擴建重點強化了二級生化處理效果，二級處理去除的污染物比例更高，二級處理出水更好，減少了后續(xù)高級氧化深度處理的負荷，選用了反應效率更高的三相催化氧化深度處理工藝，提高了處理效率，確保了處理效果。工程建成后，通過在運行中相應調(diào)整生物池及三相催化氧化的工藝運行參數(shù)、藥劑使用量，增加預留的轉(zhuǎn)盤濾池過濾單元，可將出水提標至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準。

4.2.2 節(jié)能降耗效果評估

本次擴建采用技術更先進且成熟的處理工藝，選擇了更為合理的設計參數(shù)，選用優(yōu)質(zhì)節(jié)能的工藝設備，平面布置合理，工藝流程和水力高程順暢，節(jié)省了電耗，預估噸水耗電量為1.47kWh，相比現(xiàn)狀減少約15%～20%。本次擴建強化了二級生化處理和沉淀效果，二級出水更好，減少了后續(xù)高級氧化深度處理的負荷，且采用的三相催化氧化反應效率更高，均節(jié)省了藥耗，預估噸水藥耗相比現(xiàn)狀減少約20%～30%。本次擴建強化了二級生化處理效果，活性污泥產(chǎn)量少；節(jié)省了各環(huán)節(jié)的藥耗，同步減少了物化污泥產(chǎn)生量；預估每萬噸污水產(chǎn)生絕干污泥量為14.5tDS，相比現(xiàn)狀減少約15%，也相應減少了污泥處理及處置成本?？傮w而言，本次擴建能耗指標可達國內(nèi)同行業(yè)先進水平。

5 結語

在滿足出水水質(zhì)要求的前提下，印染廢水處理工藝的選擇和優(yōu)化應注重提高二級生化處理效果，并積極穩(wěn)妥地運用“新工藝、新技術、新設備和新材料”，既注重技術的先進性，又考慮技術的成熟性和實用性，使工程設計更為合理、更為優(yōu)化。