某印染工业污水处理厂扩建设计工艺优化探讨

文_周林凡 陈黎明 肖学贵 中国市政工程中南设计研究总院有限公司

石狮市某印染工业污水处理厂现处理能力为4.7万m3/d，负责处理工业集控区内31家印染企业（其中长车6家、针织5家、染线7家，水洗其他13家）排放的废水，由于这些工业企业印染生产规模扩大及印染废水水量的增加，需对该污水处理厂进行扩建，要求扩建规模为3万m3/d，出水执行《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-2012）及其修改单中表2直接排放要求。污水处理工艺对污水处理厂运行、投资、成本等的影响尤为关键。为此，本次扩建必须基于现状污水处理工艺的运行经验及存在的问题，在设计阶段对污水处理工艺进行充分合理的优化。

1 污水处理现状概况

1.1 现污水处理工艺流程

现污水处理工艺流程为原水（一企一管）→调节池（泵）→机械混凝反应池→初沉池（平流沉淀）→自流跌落冷却池→推流式水解酸化池→好氧池（活性污泥法）→幅流二沉池→中间水池（泵）→催化氧化反应器（芬顿高级氧化）→曝气反应池→机械混凝反应池→终沉池（平流沉淀）→达标排放。

1.2 进水水质及特性现状

现调节池内混合后的实际进水水质详见表1。

表1 主要进水水质现状

本污水处理厂处理的印染废水具有水质水量波动较大，废水有机物成分复杂且浓度高，BOD5/COD值较低，pH值高，水温高，色度高，且具有一定毒性等特性。

1.3 出水水质及运行现状

近两年实际出水水质详见表2。

表2 近两年出水水质现状

对现各污水处理工艺单元的水质进行近一年检测，得出各工艺单元的处理效率详见表3。

表3 各工艺单元污染物去除率现状分析

现污水处理工艺整体运行情况良好，出水水质满足《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-2012及其修改单中表2直接排放要求，对污染物的去除效率高，但存在二级生化处理效率低、物化和芬顿药耗量大、污泥量多、管线迂回严重、水头损失较大、电耗相对较高等问题。

2 工艺优化总体思路

2.1 污水处理水质目标

本次扩建设计进、出水水质指标及处理程度详见表4。

表4 扩建工程设计进、出水水质及处理程度

根据要求，本项目出水执行《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-2012中表2直接排放要求，同时在工艺流程上预留再提标至《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准的可能性。

2.2 污水处理工艺路线选择

鉴于现污水处理工艺整体运行情况良好，出水水质满足要求，因此本次扩建拟采用与现状一致的污水处理工艺路线，具体为“稳流调节+前物化（絮凝沉淀）+二级生化处理+深度处理（高级氧化+后物化）”。

2.3 工艺优化原则

本次扩建污水处理工艺路线优化应考虑：①技术成熟先进，运行可靠，满足处理出水要求；②经济合理，在满足处理要求的前提下，节约基建投资和运行管理费用；③运行管理方便，运转灵活，对进水水量、水质的变化有较强的抗冲击能力及应变能力；④与现处理工艺合理衔接，便于统一管理，统一调度。

3 工艺优化方案

3.1 调节池优化

现调节池的水力停留时间为7.65h。本次扩建设计综合考虑了废水排放规律、水质水量变化、生产班次等因素，依据水量变化累计曲线，采用图解法确定调节池停留时间为12h。为解决调节池内污泥沉积问题，本次扩建调节池在池底布设了穿孔水管，采用水力混合和水力反冲洗。改进后的调节池构造简单、水质调节效果好、污泥不易沉积且排泥方便，适合中大型污水厂水质的调节。

3.2 降温设施优化

现冷却池采用水流自渠道自流跌落的方式进行降温，结构简单、运行简便、投资低；但降温效果受流量变化影响较大、效果差，占地面积大，且降温渠道为开放式，对周围环境影响较大。本次扩建降温设施经优化后采用钢筋砼框架结构的逆流式冷却塔。该冷却塔具有配水系统不易堵塞、降温效果好、对环境影响较小、运行费用低、运行管理较为简便、占地少等特点，适用于中大型污水厂的污水降温。主要设计参数为干球温度θ=33.4℃，湿球温度28.1℃，进水温度T1=45℃，出水温度T2≤33℃，标准点噪声≤75dB(A)。

3.3 前物化处理工艺优化

现平流初沉池沉淀时间短（1.6h），沉淀效果差，采用虹吸式刮吸泥机排泥不畅，且加盖除臭难度大。本次扩建平流初沉池沉淀时间经优化后采用2.3h，并采用技术先进的液压往复式刮吸泥机，保证了沉淀效果，很好地解决了排泥和加盖除臭问题。

3.4 二级生化处理工艺优化

3.4.1 水解酸化池工艺优化

现厌氧水解池为厌氧接触法（厌氧活性污泥法），水流流态为推流式水解反应器，这种水解池利用搅拌装置实现泥水完全混合，需增设沉淀池将处理污水与厌氧污泥分离，并将沉淀的污泥回流至水解反应器，以维持反应器内的污泥浓度，动力设备多，电耗高；现水解时间为12.2h，结合水质检测分析，存在水解不完全的情况，水解时间偏短。

本次扩建水解酸化池经优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，出水稳定，污泥降解率高，不需设中间沉淀池，占地面积小；同时为提高布水的均匀性，采用技术先进的自动高效脉冲布水器，保证了污泥浓度以及泥水混合效果，控制了易燃、恶臭气体产生。结合现状和中试水质检测和理论分析结果，本次扩建水解酸化时间采用15.2h。

3.4.2 生物池工艺优化

现生物池采用纯活性污泥法的好氧池，设计停留时间21.7h，由于没有设置缺氧区，对TN的去除效果一般。本次扩建生物池经优化后采用“缺氧/好氧+MBBR”工艺，通过缺氧反硝化过程、好氧碳化及硝化过程控制出水指标。好氧池采用内循环完全混合方式，相较现状无内回流的好氧池，处理效果更稳定高效；同时与现状相比增加了缺氧段，提高了对TN的去除效率，以应对日后水质的变化。为提高生物处理能力和污泥浓度，减少池容和停留时间，本次扩建在好氧池内增加MBBR生物填料，改进为泥膜复合的MBBR工艺。主要设计参数为总停留时间20.1h，其中缺氧停留时间为2.6h，好氧区停留时间为17.5h，设计气水比20：1，污泥浓度为4000mg/L，BOD污泥负荷0.105kg.BOD5/kg.MLSS.d，在好氧池内增加生物填料有效膜表面积1.2170×105m2。

3.5 深度处理工艺优化

3.5.1 高级氧化工艺优化

现高级氧化采用的是芬顿催化氧化工艺，出水能满足尾水排放的要求，但加药量较大，成本较高。结合国内同类水质的处理经验和中试实验结果，本次扩建高级氧化工艺经优化后采用三相催化氧化工艺，在传统芬顿（均相催化氧化）与电化学等技术基础上，采用电化学技术（催化还原）、芬顿技术（催化氧化、催化缩合）、高效混凝、磁化技术等多种技术的联合和耦合。相比传统芬顿，三相催化氧化工艺具有处理更高效、广谱，抗负荷冲击能力强，对COD、色度、总磷、SS均具有较高的去除效果，消毒除臭，出水清澈透明，运营成本低等优点。通过中试实验，在达到相同处理效果的情况下（CODcr≤80mg/L），三相催化氧化工艺相比现状芬顿系统的药剂成本降低约30%～40%，性价比更高。

3.5.2 后物化沉淀、过滤工艺优化

现芬顿后的物化沉淀池采用平流沉淀池，存在加药量较大，占地大等问题。

结合国内同类水质的处理经验和中试实验结果，本次扩建后物化沉淀工艺经优化后采用高效沉淀池，具有处理效果好，药耗低，占地省等优点。主要设计参数为慢速反应区反应时间14min，推流区停留时间5min，沉淀区上升流速5.0m/h。

由于本次扩建要求工艺流程上预留再提标至《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准的可能性，考虑到后物化高效沉淀池出水SS较难稳定达到一级A标准，因此本次扩建在后物化沉淀之后预留增加过滤工艺单元，以确保出水SS达标。过滤工艺采用转盘滤池，具有过滤效果好、构造简单、占地少、反冲洗水量少等优点，主要设计参数为滤速≤15m3/h.m2，滤盘直径3m。

4 优化后工艺流程及效果评估

4.1 优化后工艺流程

根据上节的论述，本次扩建优化后的工艺流程确定为原水（一企一管）→稳流调节（泵）→机械混凝反应池→平流初沉池→逆流式冷却塔（钢筋砼框架结构）→升流式水解酸化池（自动高效脉冲布水））→缺氧/好氧+MBBR生物池→周进周出幅流二沉池→中间水池（泵）→三相催化氧化反应器→曝气反应池→高效沉淀池→转盘滤池（预留）→达标排放。

相较于现状，本次扩建积极稳妥地运用一些新工艺、新技术，主要对冷却塔、水解酸化池、生物池、芬顿高级氧化、后物化沉淀池等工艺单元的类型、设计参数等方面进行了优化。

4.2 预期效果评估

4.2.1 预估各工艺单元去除率

结合现有的运行效果、部分工艺单元的中试结果和理论分析，预估本次扩建各工艺单元的污染物去除率详见表5。

表5 预估本次扩建各工艺单元污染物去除率

相比原工艺运行状况，本次扩建重点强化了二级生化处理效果，二级处理去除的污染物比例更高，二级处理出水更好，减少了后续高级氧化深度处理的负荷，选用了反应效率更高的三相催化氧化深度处理工艺，提高了处理效率，确保了处理效果。工程建成后，通过在运行中相应调整生物池及三相催化氧化的工艺运行参数、药剂使用量，增加预留的转盘滤池过滤单元，可将出水提标至《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准。

4.2.2 节能降耗效果评估

本次扩建采用技术更先进且成熟的处理工艺，选择了更为合理的设计参数，选用优质节能的工艺设备，平面布置合理，工艺流程和水力高程顺畅，节省了电耗，预估吨水耗电量为1.47kWh，相比现状减少约15%～20%。本次扩建强化了二级生化处理和沉淀效果，二级出水更好，减少了后续高级氧化深度处理的负荷，且采用的三相催化氧化反应效率更高，均节省了药耗，预估吨水药耗相比现状减少约20%～30%。本次扩建强化了二级生化处理效果，活性污泥产量少；节省了各环节的药耗，同步减少了物化污泥产生量；预估每万吨污水产生绝干污泥量为14.5tDS，相比现状减少约15%，也相应减少了污泥处理及处置成本。总体而言，本次扩建能耗指标可达国内同行业先进水平。

5 结语

在满足出水水质要求的前提下，印染废水处理工艺的选择和优化应注重提高二级生化处理效果，并积极稳妥地运用“新工艺、新技术、新设备和新材料”，既注重技术的先进性，又考虑技术的成熟性和实用性，使工程设计更为合理、更为优化。