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(guó)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(shí)施GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以來，國(guó)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(cè)范圍，導(dǎo)致印染行業(yè)廢水處理設(shè)施必須進(jìn)行改造提升，以達(dá)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(diǎn)，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(shí)，混合廢水處理難度和廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用都將大大提高。因此，探索一套經(jīng)濟(jì)、可靠的印染廢水總氮去除工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)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(yùn)行并投產(chǎn)使用。根據(jù)企業(yè)自檢數(shù)據(jù)，該工程達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)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(shí)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(yíng)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(diǎn)。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(dá)標(biāo)外，氨氮、總氮均存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。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(dá)標(biāo)。污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)，設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水及出水水質(zhì)

2 工藝設(shè)計(jì)

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(yùn)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(jī)缸操作以及員工作息時(shí)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(shí)期排放的污水量，并將其平衡至全天各個(gè)時(shí)段，以保證污水處理系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行。水池1 座，尺寸為20 m×5 m×5 m，水力停留時(shí)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(tái)（含變頻），水泵1 用1 備，單臺(tái)參數(shù)為Q=50 m3/h、H=20 m、額定功率（N）=5.5 kW，單臺(tái)水泵均配套N=15 kW 變頻；用于污水計(jì)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控流量的電磁流量計(jì)1 套；用于監(jiān)控水池水位及高液位報(bào)警的雷達(dá)液位計(jì)1套。

2.2.2 脈沖氨化池

在厭氧環(huán)境下，水解細(xì)菌不僅可以將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，而且在活性染料印花過程中也可以將尿素分解為無機(jī)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(zhǎng)停留時(shí)間的好氧硝化作用，將印花污水中的無機(jī)銨根離子全部轉(zhuǎn)化為硝酸根離子，以便與綜合污水進(jìn)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(hào)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(jī)3 臺(tái)（與綜合污水系統(tǒng)共用），2 用1 備，單臺(tái)Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，單臺(tái)風(fēng)機(jī)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(shí)表面負(fù)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(fù)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(tái)，1用1備，單臺(tái)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(xì)氣洗格柵機(jī)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(tái)（含變頻），水泵1 用1 備，單臺(tái)Q=160 m3/h、H=20 m、N=15 kW，單臺(tái)水泵均配套N=15 kW 變頻；用于污水計(jì)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控流量的電磁流量計(jì)1 套；用于監(jiān)控水池水位及高液位報(bào)警的雷達(dá)液位計(jì)1套。

2.2.6 截留池

一般壓濾機(jī)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(shí)，因pH 波動(dòng)容易形成二次絮凝，如果該絮凝物化污泥進(jìn)入生化系統(tǒng)，容易導(dǎo)致生化系統(tǒng)活性污泥中的無機(jī)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(fù)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(tái)，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(fù)荷高，采用低溶氧運(yùn)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(xì)菌可以高效地進(jìn)行反硝化反應(yīng)，常規(guī)需氧型微生物也可以利用氧氣進(jìn)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(hào)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(jī)3 臺(tái)（與印花廢水系統(tǒng)共用），2 用1 備，單臺(tái)Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，單臺(tái)風(fēng)機(jī)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(jìn)行有效劃分，使A 段兼氧池的微生物能夠以反硝化細(xì)菌和可在低溶解氧下快速繁殖的細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌群，通過微生物吸附和生物降解去除有機(jī)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(fù)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(tái)，1 用1 備，單臺(tái)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(fù)荷低，采用高溶氧運(yùn)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(hào)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(jī)3 臺(tái)以及配套變頻（與印花廢水系統(tǒng)共用）；硝化液回流泵2 臺(tái)，1 用1 備，單臺(tái)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(jì)且表面負(fù)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(dá)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(fù)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(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)，N=1.5 kW；污泥回流泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)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(fù)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(fù)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(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)；污泥排泥泵2臺(tái)，1用1 備，單臺(tái)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(chǔ)PE 桶2 只；加藥系統(tǒng)2 套、PAM 化藥系統(tǒng)1 套，用隔膜計(jì)量泵投加，2用2備，單臺(tái)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(yùn)行數(shù)據(jù)分析

本工程采用預(yù)處理+改良型AB 法工藝，項(xiàng)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(yùn)行。由于污水進(jìn)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(xiàng)目實(shí)際的進(jìn)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(jìn)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(cè)各項(xiàng)污染物指標(biāo)，通過加權(quán)法計(jì)算企業(yè)排放混合污水的污染物質(zhì)量濃度估算值，計(jì)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(cè)的印花廢水污染物質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)值；ρ其他廢水為在線采樣設(shè)備每日獲得并監(jiān)測(cè)的印染廢水（不含印花廢水）污染物質(zhì)量濃度實(shí)測(cè)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(yùn)行期間的進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 試運(yùn)行期間的進(jìn)水水質(zhì)

由表2 可以看出，試運(yùn)行期間，進(jìn)水水質(zhì)均低于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，符合污水系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)收要求。另外試運(yùn)行驗(yàn)收期間同步監(jiān)測(cè)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(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行效果達(dá)到了設(shè)計(jì)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(dá)到了較高的設(shè)計(jì)運(yùn)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(xiàng)目污水系統(tǒng)pH 波動(dòng)較大，會(huì)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(huì)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(huì)出現(xiàn)pH 快速降低的現(xiàn)象，需要視情況補(bǔ)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(xì)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(jìn)出水TN 分別為223、58 mg/L，去除率達(dá)到了74%，CODCr分別為1 521、976 mg/L，去除率達(dá)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(jìn)水）以綜合調(diào)節(jié)池出水CODCr（15 日平均值）計(jì)；CODCr（出水）以A 段二沉池出水CODCr（15日平均值）計(jì)；TN（進(jìn)水）以綜合調(diào)節(jié)池出水TN（15 日平均值）計(jì)；TN（出水）以A 段二沉池出水TN（15 日平均值）計(jì)。

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(dú)立的生化系統(tǒng)（配套獨(dú)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(cè)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(yàn)證該猜想，對(duì)中沉池出水、B 段二沉池出水進(jìn)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(duì)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(shí)，對(duì)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(shí)驗(yàn)的步驟與結(jié)果

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目為技改項(xiàng)目，工程總投資578.0 萬元，其中設(shè)計(jì)、設(shè)備、安裝、調(diào)試費(fèi)用為318.0萬元，土建費(fèi)用為260.0萬元。系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用：日均電耗8 710 kWh，電價(jià)0.8 元/kWh，電費(fèi)為6 968 元/天；日均PAC 消耗量2.8 t，單價(jià)350 元/t，日均PAM 消耗量8 kg，單價(jià)20 000元/t，日均30%工業(yè)液堿（水劑）消耗量0.15 t，單價(jià)800 元/t，則藥劑費(fèi)為1 260 元/天；定員8 人，人工工資按5 000 元/月計(jì)，人工費(fèi)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(fèi)400 元/t，污泥費(fèi)為2 160 元/天；試運(yùn)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(jì)總處理水量為2 558 t/d，直接運(yùn)行費(fèi)用為11 721元/天，折合單位廢水運(yùn)行費(fèi)用為4.58 元/t［4］，相較改造前降低了約0.4元/t，經(jīng)濟(jì)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(yùn)行效果良好，出水達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，且運(yùn)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(shì)，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。