工業(yè)化的快速發(fā)展有利于我國國力的增強(qiáng)，但工業(yè)廢水的排放導(dǎo)致了十分嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。2019年我國工業(yè)廢水處理市場規(guī)模為1007.5億元，同比增長8.5%。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各地工業(yè)企業(yè)及工業(yè)園區(qū)不斷增多，特別是隨著環(huán)保監(jiān)管要求的提高，工業(yè)廢水處理市場未來將進(jìn)一步擴(kuò)大。
隨著我國新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)化、環(huán)保型工業(yè)化模式的發(fā)展，我國化工企業(yè)不斷向工業(yè)園區(qū)聚集發(fā)展。這些工業(yè)園區(qū)往往涉及紡織印染、造紙、醫(yī)藥中間體、化工原料以及其他精細(xì)化工行業(yè)。園區(qū)內(nèi)各企業(yè)產(chǎn)生的廢水經(jīng)過自身污水處理站預(yù)處理后，統(tǒng)一排放到園區(qū)污水處理廠進(jìn)一步處理。工業(yè)廢水包括生產(chǎn)廢水、生產(chǎn)污水及冷卻水，是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。因工業(yè)廢水種類繁多、成分復(fù)雜，具有濃度高、毒性強(qiáng)、腐蝕性強(qiáng)、難降解等特點(diǎn)，處理難度及成本均較高，相應(yīng)的處理單價(jià)也較高。因此，對工業(yè)園區(qū)綜合廢水的治理已成為我國工業(yè)廢水治理亟待解決的難點(diǎn)問題。
為了節(jié)約用水量，提高水資源利用率，需要提高工業(yè)廢水循環(huán)利用率。企業(yè)一般根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)采用不同的廢水處理工藝，但是傳統(tǒng)的廢水處理工藝無法實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)利用，也無法做到多種廢水一體式集中處理，實(shí)現(xiàn)“零排放”，還存在占地面積大、廢水處理率低的等問題，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。
本項(xiàng)目技術(shù)采用集中式處理工藝，將多種工業(yè)廢水進(jìn)行深度處理。針對造紙、印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝的基礎(chǔ)上增加了上流式曝氣濾池工藝，不僅提高了工業(yè)廢水出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水“零排放”，而且解決了傳統(tǒng)工藝占地面積大的問題，降低了運(yùn)行成本。此工藝經(jīng)過多年的運(yùn)行，在工業(yè)廢水循環(huán)利用方面達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
1、技術(shù)方案
1.1 技術(shù)路線
技術(shù)路線如圖1所示，包含初步預(yù)處理、預(yù)處理、生化處理一CASS工藝、深度處理一折流式生物膜反應(yīng)器及尾水消毒等工序。
初步預(yù)處理：污水經(jīng)粗格柵和提升泵提升后，提升至細(xì)格柵和旋流沉砂池，進(jìn)行固體顆粒雜質(zhì)去除；預(yù)處理：工業(yè)園區(qū)廢水進(jìn)入芬頓氧化磁混凝沉淀一體化池進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，初步去除難以生物降解污染物；生化處理一CASS工藝：進(jìn)一步去除可溶性有機(jī)物；深度處理一折流式生物膜反應(yīng)器：混合污水進(jìn)入折流式生物膜反應(yīng)器進(jìn)行有機(jī)物深度降解，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷；尾水消毒：進(jìn)入二氧化氯平流式接觸氧化消毒池進(jìn)行消毒處理，得到的尾水綠化或回用。針對印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝基礎(chǔ)上增加了上流式曝氣濾池。
1.2 技術(shù)內(nèi)容
采用工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水及生活污水集中處理的方法。工業(yè)園區(qū)多種廢水經(jīng)芬頓磁混凝沉淀一體化結(jié)構(gòu)預(yù)處理后與工業(yè)園區(qū)生活污水一同進(jìn)入調(diào)節(jié)池混合；混合水進(jìn)入多級CASS池進(jìn)行可溶解性有機(jī)物去除；污水中的有機(jī)物經(jīng)生化處理后進(jìn)入一體式折流式生物膜反應(yīng)器，去除COD和脫氮除磷；尾水可回用至生產(chǎn)工藝或綠化園區(qū)。針對印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝基礎(chǔ)上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑。
2、工程實(shí)例
處理對象為某含有印染廢水的工業(yè)園區(qū)廢水，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。
采用工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水及生活污水集中處理的方法，將各類工業(yè)廢水用一套工藝實(shí)現(xiàn)“零排放”，解決工業(yè)園區(qū)廢水分類處理的難題。采用芬頓氧化磁混凝工藝為預(yù)處理工藝，廢水經(jīng)混合后進(jìn)入CASS池進(jìn)行生化處理，再經(jīng)折流式生物膜反應(yīng)器進(jìn)行有機(jī)物深度處理，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷。
針對印染等含有重金屬、色度的工業(yè)園區(qū)廢水，該項(xiàng)目在深度處理工藝上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑，能夠保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，是實(shí)現(xiàn)多種工業(yè)廢水的一套工藝“零排放”。
具體操作步驟有5點(diǎn)。
①生活綜合污水(重力管道進(jìn)廠污水)：污水經(jīng)粗格柵去除直徑大于20mm的懸浮物后，利用水泵提升至細(xì)格柵渠；在細(xì)格柵中去除直徑大于5mm的懸浮物后在沉砂池進(jìn)行砂水分離，沉淀比重大于2.65的砂粒；出水進(jìn)入CASS生物反應(yīng)池，依次通過厭氧區(qū)、選擇區(qū)和好氧區(qū)，去除大部分BOD5、氨氮和磷，并進(jìn)行泥水分離。
②工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水(壓力管道專管進(jìn)廠)：污水先進(jìn)入芬頓混凝沉淀預(yù)處理，在池中加入磁粉、過氧化氫(H2O2)和硫酸亞鐵等亞鐵鹽，催化H2O2分解放出羥基自由基(·OH)，(·OH)有極強(qiáng)氧化能力，能夠?qū)⑺须y以生物降解的有機(jī)物氧化分解為易降解的有機(jī)物。芬頓氧化池出水與綜合廢水一同進(jìn)人調(diào)節(jié)池混合后，通過污水泵進(jìn)入混合CASS反應(yīng)池。
③CASS反應(yīng)池出水進(jìn)入折流式生物膜反應(yīng)器，利用反應(yīng)器內(nèi)填料上所附生物膜中微生物氧化分解廢水中難降解有機(jī)物。出水進(jìn)入二氧化氯消毒池。
④在消毒池中利用二氧化氯的強(qiáng)氧化性將污水中的病原微生物和細(xì)菌殺滅。
⑤粗、細(xì)格柵攔截的柵渣經(jīng)螺旋輸送與沉砂池的出砂一并外運(yùn)處理。剩余污泥被排放至污泥濃縮池，通過污泥提升泵提升至污泥濃縮池、板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥一次干化，上清液排至廠區(qū)污水管網(wǎng)。脫水后的污泥含水率為60%以下，由皮帶輸送機(jī)送至污泥堆棚，在堆棚內(nèi)短暫停留后外運(yùn)至垃圾焚燒廠。
2.1 芬頓氧化磁混凝工藝
芬頓工藝的優(yōu)勢在于可以逐步將難降解的有機(jī)物分解成可降解物質(zhì)，為有效處理印染廢水提供重要途徑”。芬頓工藝在強(qiáng)氧化作用下可以大大降低印染廢水染料的整體色度，當(dāng)前很多處理廠在處理染印廢水時，除了采用一般的芬頓工藝外，還采用由芬頓工藝衍生出來的其他工藝，主要是為了充分發(fā)揮其強(qiáng)氧化性能。傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)一般采用單獨(dú)的芬頓氧化工藝作為深度處理工藝，不僅提高了前端生化處理工藝的難度，而且也增加了深度處理成本，需要投加較多的PAM和硫酸亞鐵才能使出水達(dá)標(biāo)穩(wěn)定排放。因此，本項(xiàng)目將芬頓氧化工藝作為預(yù)處理工藝，同時添加磁粉加強(qiáng)混凝效果，將芬頓氧化反應(yīng)的幾種必要區(qū)結(jié)合為一體，起到緊湊結(jié)構(gòu)、節(jié)約占地面積的作用(圖2)。
芬頓氧化磁混凝沉淀一體化結(jié)構(gòu)，包括pH調(diào)節(jié)區(qū)、芬頓投藥區(qū)、芬頓氧化區(qū)、pH回調(diào)區(qū)、磁混凝反應(yīng)區(qū)和斜板沉淀區(qū)。多種工業(yè)園區(qū)廢水中的污染物在磁混凝反應(yīng)區(qū)進(jìn)行磁絮凝反應(yīng)后進(jìn)入斜板區(qū)進(jìn)行污泥沉淀，沉淀的磁性污泥經(jīng)排出后，用磁粉分離器進(jìn)行磁粉回收，回收后的磁粉可循環(huán)使用。該工藝對印染廢水的色度去除率高達(dá)90%，有利于后續(xù)多級CASS池生化處理。
2.2 CASS反應(yīng)池
在CASS池內(nèi)設(shè)置了生物選擇區(qū)(厭氧區(qū))、預(yù)反應(yīng)區(qū)(缺氧區(qū))和主反應(yīng)區(qū)(好氧區(qū))。CASS工藝
以一定的時間序列運(yùn)行，其運(yùn)行過程包括曝氣、沉淀、潷水和閑置等四個階段并組成其運(yùn)行的一個周期。與傳統(tǒng)意義的SBR工藝不同，CASS工藝不設(shè)單純的充水過程，在非曝氣階段完成泥水分離；排水裝置是移動式自動潷水器，借此將每一循環(huán)操作中所處理的污水經(jīng)沉淀后排出系統(tǒng)。一個運(yùn)行周期結(jié)束后，重復(fù)上一周期的運(yùn)行并循環(huán)不止。循環(huán)過程中，反應(yīng)器內(nèi)的水位隨進(jìn)水而由初始的設(shè)計(jì)最低水位逐漸上升到設(shè)計(jì)最高水位，因而它是一個變?nèi)莘e的運(yùn)行過程。
CASS屬于延時曝氣活性污泥法，工程實(shí)踐表明其具有很多優(yōu)點(diǎn)，如工藝流程簡單，構(gòu)筑物少，不需要建初沉池和消化污泥池；處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好；污泥產(chǎn)量少，污泥性能穩(wěn)定，不易發(fā)生污泥膨脹，不需進(jìn)行消化處理；基建投資費(fèi)用低，污泥沉降性良好，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制4；能承受水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷，即使對高濃度的廢水也具有較大的耐沖擊能力等。
2.3 折流式生物膜反應(yīng)器
采用一體式折流式生物膜反應(yīng)器作為深度處理工藝，通過折流結(jié)構(gòu)將反應(yīng)池隔成缺氧和好氧隔室。反應(yīng)器的生物膜為可壓縮式流體性海綿體生物膜，流體性海綿體生物膜上附著有自適應(yīng)氧化型細(xì)菌，自動培養(yǎng)優(yōu)勢菌群去除COD和脫氮除磷。
傳統(tǒng)生物膜為固定式生物膜，無法實(shí)現(xiàn)流體效果，且填充比較低，污泥濃度較低，容易產(chǎn)生污泥膨脹的問題。折流式生物膜為可壓縮式流體性海綿體生物膜，填充比為20%~25%，附著的自適應(yīng)氧化性細(xì)菌為異氧菌、硝化菌、兼氧菌、好氧菌等微生物，這些生物菌群可根據(jù)環(huán)境條件自適應(yīng)培養(yǎng)不同的優(yōu)勢菌群去除污染物，實(shí)現(xiàn)污水的生物凈化。使用可壓縮式流體性海綿體生物膜進(jìn)行生化處理，一方面能加大比表面積，負(fù)載更多微生物提高污泥濃度，另一方面能夠使水利流體與載體充分接觸，有助于保持污泥菌群活性，防止活性污泥膨脹。
本項(xiàng)目改進(jìn)了傳統(tǒng)的生化反應(yīng)池結(jié)構(gòu)，采用折流式生物膜反應(yīng)器，包括反應(yīng)池，擋水墻豎直交錯固定于反應(yīng)池的頂端或底端，通過擋水墻將反應(yīng)池隔成前后4個以上隔室；隔室上、下部設(shè)置攔截篩網(wǎng)，上下部攔截篩網(wǎng)之間設(shè)有生物載體，生物載體上設(shè)有生物膜。因?yàn)橛袚跛�，所以水可以上下交錯流動。該結(jié)構(gòu)使污水從隔室上方進(jìn)入，從隔室下方流出，污水形成折流，延長污水和生物膜的接觸時間，使污水和生物膜上的細(xì)菌充分混合，達(dá)到更好的污水處理效果。
2.4 上流式曝氣濾池
針對印染等含有重金屬、色度的工業(yè)園區(qū)廢水，本項(xiàng)目在深度處理工藝上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑。傳統(tǒng)的曝氣濾池濾料成分單一，過濾效果不佳，無法實(shí)現(xiàn)造紙廢水或印染廢水的深度處理。本項(xiàng)目改進(jìn)傳統(tǒng)濾池的結(jié)構(gòu)，在上流式曝氣生物濾池設(shè)有濾料層和濾板，濾料層的濾料材質(zhì)包括陶粒、沸石、膨脹球黏土或活性炭；濾料層和濾板中間設(shè)有承托層，承托層包括卵石或磁鐵石或多孔靜電噴霧微球；上流式曝氣生物濾池還設(shè)有曝氣系統(tǒng)和反沖洗系統(tǒng)；反沖洗產(chǎn)生的廢水返回至預(yù)處理工藝進(jìn)行處理。
傳統(tǒng)印染廢水采用的深度處理工藝復(fù)雜，單純的采用膜過濾深度處理則存在處理成本高，膜需要定期更換的問題。本項(xiàng)目在深度處理工藝中添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑，最大吸附量為300~400mg/g。本項(xiàng)目所用的多孔靜電噴霧微球以聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮為原料，利用靜電噴霧采用高壓電的方式在形成的微球上產(chǎn)生大量的微細(xì)孔道結(jié)構(gòu)，多孔靜電噴霧微球的粒徑在0.20~0.75μm，如圖3所示。將該噴霧微球作為廢水深度處理工藝吸附劑進(jìn)行深度處理，能夠有效解決印染等工業(yè)廢水中含有重金屬的廢水處理。
園區(qū)工業(yè)廢水經(jīng)本技術(shù)工藝處理后出水可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目采用一體式深度處理工藝，既節(jié)約占地面積又降低處理成本，處理出水還可以實(shí)現(xiàn)尾水回用，環(huán)境效益顯著。
3、結(jié)語
本項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)果表明采用的芬頓氧化磁混凝沉淀一體結(jié)構(gòu)、上流式曝氣池、折流式生物膜反應(yīng)器一體式深度處理工藝，具有占地面積小、處理成本低、污染物去除率高、出水水質(zhì)較高等優(yōu)點(diǎn)，對水資源保護(hù)具有重要意義，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。目前本項(xiàng)目技術(shù)已成功落地運(yùn)行，出水作為綠化用水，節(jié)約園區(qū)用水量。工業(yè)園區(qū)污水處理廠按日處理5000t水量算，每年可節(jié)約用水182.5萬t，節(jié)約生產(chǎn)用水成本73萬元，每年減少COD排放量120.45t，每年減少氨氮排放量29t，環(huán)境效益顯著。該技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)造紙廢水污泥研究和循環(huán)利用，帶動造紙行業(yè)綠色發(fā)展。（來源：福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司）
