混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾工藝處理印染廢水的設計與運行

董倩倩，何乾妹，楊靜遠，邊立坡

(高陽縣碧水藍天水務有限公司，河北保定 071500)

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混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾工藝處理印染廢水的設計與運行

董倩倩，何乾妹，楊靜遠，邊立坡

(高陽縣碧水藍天水務有限公司，河北保定 071500)

為保護下游白洋淀地表水及地下水的水質，以高陽縣印染廢水為處理對象，對高陽污水處理廠的工藝和運行參數進行了優化和調試。采用混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾為處理工藝，設計處理規模為12萬m3/d，當進水的COD，SS，NH3-N和TP的質量濃度分別為669，424，8.83和6.03 mg/L時，經該工藝處理后其最佳去除率分別為93.5%，98.8%，97.1%和96.2%，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準，其運行成本僅為0.807元/m3。工程的建設和運營不僅改善了周圍環境，而且促進了區域經濟發展，工藝的設計和運行參數為印染廢水處理行業提供了重要參考。

水污染防治工程；印染廢水；曝氣生物濾池；活性砂濾；工藝設計

董倩倩，何乾妹，楊靜遠，等.混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾工藝處理印染廢水的設計與運行[J].河北工業科技,2016,33(5):439-444.

DONG Qianqian, HE Qianmei, YANG Jingyuan, et al.Design and operation of the printing and dyeing wastewater treatment project by combination of coagulation sedimentation-hydrolytic acidification with aeration tank-biological aerated filter-sand filters [J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(5):439-444.

河北省高陽縣作為聞名全國的“紡織之鄉”“紡織強縣”，其紡織業近年來得到了進一步快速發展，隨之出現了印染廢水逐年劇增的問題。由于排水管網建設不夠完善，造成大量未經處理的工業廢水被肆意排放，不僅對下游白洋淀的地表水及地下水水質造成了嚴重威脅，也嚴重影響了高陽縣自身的投資環境，制約了其可持續發展，因此提高印染廢水的處理效率，對保障水環境的安全具有重要意義[1]。印染廢水以有機污染為主，且SS含量高，色度深，具有水量大、堿性和水質變化劇烈、可生化性較差等特點[2]。本文以高陽縣污水處理廠印染廢水處理工藝為研究對象，分析了混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾池工藝對廢水中有機物的去除特性，為印染廢水處理工藝的設計和運行管理提供參考[3]。

1 工程概況

1.1 設計規模與水質

該污水處理廠總投資2.1億元，占地面積12.33 hm2(185畝)，配套管網長74.73 km，設計處理規模為12萬m3/d，24 h運行，且已通過環保驗收，廢水經處理后可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，設計進水水質及排放標準見表1。

表1 進水水質及排放標準

注：除pH值無量綱以外，其余指標值單位均為mg/L。

1.2 工藝流程

高陽縣境內各企業的印染廢水通過管網排到高陽縣污水處理廠集中處理，結合印染廢水的水質特點，采用水解酸化/懸鏈式曝氣活性污泥工藝進行二級生化處理，再經曝氣生物濾池和活性砂濾池進行深度處理，出水經過NaClO消毒后排入污水處理廠西側排干渠，向東流入孝義河。剩余污泥經濃縮機械脫水后運至垃圾處理廠處置。具體處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow diagram of wastewater treatment process

2 主要構筑物設計及工藝參數

2.1 粗格柵及提升泵站

進水泵房與粗格柵井合建，其中粗格柵的主要作用是去除水中較大的漂浮物，攔截直徑大于20 mm的雜物，以保證提升系統的正常運行。共有2臺回轉式格柵，電機功率為1.5 kW，格柵寬度為1.2 m，柵條間隙為25 mm，安裝角度為75°，柵前水深為0.8 m，根據格柵前后液位差控制運行。

提升泵站主要作用為收集污水，提高調節池的利用率。根據集水池液位控制泵的開度，采用潛污泵4臺(3用1備)，型號為WQ4520-860-500-Z，單臺流量為2 500 m3/h，揚程為9 m，功率為90 kW。

2.2 調節池

季節、生產班次、周期等多方面因素導致了印染廢水排放的水量和水質的多變性，因此要求對廢水進行調節，均衡水質和水量，使其能夠穩定進入后續處理單元，保證處理效果[4]。為便于調節及運轉方便，更有效地均和水質水量，采用DE氧化溝型調節池，通過循環推流攪拌，在池內增加預曝氣裝置使該調節池在有效改善廢水的水質特性的同時兼具調節溫度的功能。

1)該構筑物為鋼筋混凝土結構, 半地上式， 1座池體，池體尺寸為110 m×48 m×7.0 m。

2)工藝參數：水力停留時間為8.0 h。

3)設備參數：水下攪拌器16臺，單臺功率為7.5 kW； 管膜式微孔曝氣器2 880套，流量為6 m3/h，直徑為70 mm，長度為800 mm；潛污泵4臺(3用1備)，型號為WQ4520-860-500-Z，流量為2 500 m3/h，揚程為9 m，功率為90 kW，用于二次提升至后續工序旋轉篩網。

2.3 旋轉式柵網

旋轉式柵網可以進一步去除前面粗格柵未能攔截的漂浮物，防止后續處理中管道、閥門堵塞，保持池面清潔[4]。

設備參數：數量4臺，網筒直徑為1.5 m，柵條間隙為1 mm，篩網密度為250 μm(60目)，材質為不銹鋼。

2.4 水解酸化池

在適宜的環境條件下，利用厭氧菌及兼性菌群將印染廢水中復雜的有機物轉化為簡單的有機物。水解酸化法可提高污水的可生化性，并減少后續曝氣池的處理負荷；同時通過脫氫酶的作用，使染料分子中的發色基團偶氮鍵打開，將大分子變成小分子，實現脫色[5]。

采用對角升流式污泥床反應器，配有潛水攪拌器，綜合了接觸式反應器和污泥床反應器的優點，有效提高了污泥濃度，并可根據污泥濃度及運轉情況，靈活調整攪拌器的運轉配置。運行結果表明，水解池對COD的去除率小于10%，但水解酸化工藝可改善廢水的可生化性，為后續活性污泥處理工藝的運行奠定了良好基礎[5]。

1)該構筑物為鋼筋混凝土結構, 半地上式， 2座池體，單座尺寸為75 m×75 m×6.0 m。

2)水力停留時間為13 h，污泥質量濃度控制在3.0～3.5 g/L。

3)設備參數：低速潛水推流器24臺，每個單元1臺，單臺功率為5.5 kW，可以采用PLC遠程控制，也可以現場手動控制。

2.5 懸掛鏈式曝氣池

利用好氧微生物菌群降解和去除水中的污染物。廢水污染物在好氧過程中得到最大程度的去除[6]。采用懸掛鏈式移動曝氣工藝，曝氣器在水中的運動使池中不存在氧的過飽和區域，效率得到提高[7]；而且氣泡在水中的運動距離長，停留時間長，使氧利用率明顯提高，相應的能耗得以降低，此外，污泥負荷低，泥齡長，污泥穩定，泥量少，無臭味。經濃縮后可直接利用污泥脫水設備脫水后外運。

1)該構筑物為鋼筋混凝土結構, 半地上式， 2座池體，單座尺寸為160 m×75 m×6.0 m。

2)水力停留時間為30.0 h，污泥負荷為0.05 kg/(kg·d)，污泥齡為18 d，污泥回流比為100%，污泥質量濃度控制在2 500～3 500 mg/L，溶解氧的質量濃度控制在2.0～3.5 mg/L。

3)設備參數：共設供氣懸浮筒80條，曝氣頭懸掛在浮筒上并深入水下4～5 m處，浮筒被固定在池體兩側，浮筒直徑為150 mm，每根浮筒安裝27組八管懸掛鏈式曝氣器，其有效的服務面積為15～30 m2/套，膜片厚度為1.7～2 mm，通氣量為45～50 m3/h，氧利用率大于35%，膜片直徑為70 mm，長度為800 mm，微孔數量為136 000個，孔隙長度為0.8～2 mm，共17 120個曝氣器。設置鼓風機2臺，風量為500 m3/min，壓力為68.6 kPa，功率為690 kW，供氣主干管直徑分別為1 000 mm和200 mm，入口處設氣動蝶閥，池內安裝溶解氧儀4臺。

2.6 曝氣生物濾池

曝氣生物濾池(biological aerated filter，簡稱BAF)的主要特點是微生物附著在濾料表面，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉化為H2O，CO2，NH3和微生物細胞物質，污水得到凈化[8-9]。采用鼓風曝氣系統結合污水充氧。溶解的有機污染物轉化成生物膜，生物膜經反沖洗脫落下來，從系統中去除。 由于BAF的過濾能有效截留水中的懸浮物[10]，經其處理過的水，不再需要進行專門沉淀處理，減少了污水處理設施的占地和投資。

由于生化段出水COD的質量濃度為60～120 mg/L，未能達到中水回用及排放要求，為避免活性砂濾池加藥堵塞中水回用系統的超濾及反滲透膜，采用上流式曝氣生物濾池工藝。

1)該構筑物為鋼筋水泥，半地上式，內分21格，單格尺寸為10 m×8 m×6.8 m，填料采用球形輕質多孔生物陶粒，按級配填裝，粒徑為3～6 mm，堆積密度為0.90～0.95 g/cm3，布水采用濾池專用楔形濾頭，楔形縫隙為2.5 mm，濾頭長度為440 mm，安裝密度為49個/m2，曝氣采用單孔膜空氣擴散器，膜孔徑為1.2 mm，空氣流量為0.4～0.5 m3/(h·個)，安裝密度為37個/m2。

2)水力負荷為2.5 m3/(m2·h)，氣水比為2∶1，出水DO質量濃度為6～7 mg/L，反洗周期為7 d[11]，反沖洗水速為8.0 L/(m2·s)，反沖洗氣速為24 L/(m2·s)。

3)設備參數：正常曝氣采用杰爾壓縮機4臺(3用1備)，其性能參數為流量70 m3/min，壓力80 kPa，功率100 kW；正常進水提升泵用潛污泵4臺(3用1備)，其性能參數為流量2 500 m3/h，揚程9 m，功率90 kW；反沖洗水泵用離心泵3臺(1用2備)，其性能參數為流量1 800 m3/h，揚程7 m，功率75 kW；反沖洗用羅茨鼓風機2臺(1用1備)，其性能參數為流量100 m3/min，壓力100 kPa，功率132 kW。

2.7 活性砂濾池

連續洗砂過濾器是集絮凝、澄清、過濾為一體的連續過濾設備[4]，利用開流式流砂床過濾原理，通過過濾砂在過濾器中的循環流動，使過濾和洗砂同時進行，實現過濾器連續自動運行，避免停機反沖洗工序，從而提高過濾效率。

1)采用SD6000Cn型動態流砂過濾器，由底部錐斗、導砂斗、布水器、中心進水管、洗砂器、空氣提升泵和內部連接管組成。該構筑物為鋼筋水泥，半地上式，池體尺寸為31 m×25 m×6.0 m，過濾器96臺，布置成12個過濾單元，單臺過濾面積為6 m2，過濾流量為62.5 m3/h，空氣流量為150 L/min，砂床高度為2 m，濾料為天然石英砂，共計2 500 m3，粒徑范圍為1.2～2.0 mm。

2)工藝參數：平均過濾速度為7.23 m3/(m2·h)，反洗水量比例為6%，清洗后濾砂下沉速度為7 mm/min，反沖洗強度為23.55 m/h，濾床壓頭損失為0.5 m。

3)設備參數：空氣壓縮機2臺，型號為L132DS-8，功率為132 kW，壓力為0.5 MPa；儲氣罐1臺，容積為2.5 m3，壓力為0.8 MPa；一級精密過濾器1臺，過濾孔徑為2 μm，二級精密過濾器1臺，過濾孔徑為0.01 μm；冷干機1臺，型號為JZK-150CA，過濾風量為24 m3/h。

在活性砂濾池進水渠中分別投加復合絮凝劑PAC(質量濃度為50 mg/L)，FeCl(質量濃度為310.0 mg/L)，APAM(質量濃度為1.0 mg/L)[12]。

2.8 污泥濃縮池

污水經生物處理，污染物質都轉移到污泥中，剩余活性污泥根據曝氣時間長短含有不同量的有機物，必須強化對污泥的處理，降低污泥含水率，減少污泥體積。為避免造成二次污染，采用重力濃縮、污泥脫水和污泥處置3個步驟。

1)該構筑物為鋼筋水泥，半地下輻流式，池體尺寸為Φ35 m×4.0 m，停留時間為22 h，設計處理絕干污泥量為30 t/d，濃縮后進泥含水率為97%，進泥量為1 000 m3/d，脫水后出泥含水率為80%，出泥量為150 m3/d，陽離子酰胺加藥量為125 mg/L(質量濃度)。

2)設備參數：帶式壓濾機4臺，單機處理能力為30 m3/h，帶寬為3 m，工作時間為12 h；高分子溶藥系統1套，加藥泵5臺，污泥泵5臺，空壓機4臺，反沖洗泵5臺，皮帶輸送機3套。

2.9 工藝特點

1)采用“水解酸化+曝氣池”作為主體生物處理工藝，使大分子有機物逐步得到分解和降解，技術成熟穩定，易于控制[6]。

2)采用“BAF+活性砂濾”作為深度處理工藝，進一步生物降解和截留有機污染物和懸浮物，提高出水水質，保證出水穩定達標[13]。

3 系統運行結果

目前該工程已運行一年，從監測數據來看，污水各項污染物指標已達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

3.1 COD去除效果

該工程調試穩定運行一年來的COD沿程變化如圖2所示。在系統正常運行情況下，進水COD平均值為669 mg/L，出水COD平均值為43.6 mg/L，整個系統的COD總去除率平均值達到了93.5%，處理效果較佳。COD的沿程變化如圖2所示。

圖2 系統對COD的去除效果Fig.2 Removal rate of COD by the system

3.2 NH3-N去除效果

經過水解酸化池、一沉池后，印染廢水中的NH3-N含量升高，這是因為廢水中含有機氮，有機氮在水解酸化池中被微生物分解，產生了游離的氨氮[5]。當經過曝氣池、二沉池后NH3-N含量明顯降低，平均去除率達到90.5%。整個系統的進水NH3-N平均質量濃度為8.83 mg/L，出水NH3-N平均質量濃度為0.254 mg/L， NH3-N總去除率平均值達到了97.1%，處理效果較佳。NH3-N沿程變化如圖3所示。

圖3 系統對NH3-N的去除效果Fig.3 Removal rate of NH3-N by the system

3.3 SS去除效果

整個系統的進水SS平均質量濃度為424 mg/L，出水SS平均質量濃度為5.0 mg/L， SS總去除率平均值達到了98.8%，處理效果較佳。SS沿程變化如圖4所示。

圖4 系統對SS的去除效果Fig.4 Removal rate of SS by the system

3.4 TP去除效果

整個系統的進水TP平均質量濃度為6.03 mg/L，出水TP平均質量濃度為0.227 mg/L， TP總去除率平均值達到了96.2%，處理效果較佳。TP沿程變化如圖5所示。

圖5 系統對TP的去除效果Fig.5 Removal rate of TP by the system

4 經濟效益分析

4.1 經濟分析

本工程占地面積12.33 hm2(185畝)，設計處理規模為12萬m3/d，2015年實際處理水量3 704萬m3/a，總投資2.1億元，其中，設備及工程投資1.5億元，管網投資0.46億元，廠區外供電線源投資0.012億元，污水處理運行成本主要包括電費、藥劑費、污泥處理費、人工費、設備維修費和其他管理費用，共計0.807元/ m3(不含設備折舊、利息和稅費)。

4.2 效益分析

本工程的建設和運行為緩解日益加重的水污染狀況、保護水資源發揮了重要作用，其效益主要體現在環境效益、社會效益和間接的經濟效益上[14]。自投入運行一年來，該工程一直處于平穩良好的運行狀態，年削減COD，NH3-N，TP，SS分別為3 468，33，12，562 t。這不僅改善了周邊的環境，也將促進區域經濟的發展，具有顯著的環境效益和社會效益。

5 結 語

本工程采用“混凝沉淀-水解酸化/曝氣池-曝氣生物濾池-活性砂濾”的組合工藝處理印染廢水，使得處理后廢水的COD，SS，NH3-N和TP的最佳去除率分別為93.5%，98.8%，97.1%和96.2%，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，其運行成本為0.807元/m3。該處理工藝具有很強的針對性。不僅可確保印染廢水中的有機污染物被高效去除，而且對氮、磷等重點污染物的降解也有很好的效果。在處理污水的同時污泥達到穩定，然后經過濃縮脫水，被外運、衛生填埋。工程的實際運行證明，該工藝切實可行，其突出的特點是技術可靠，操作簡單，維修方便，運行費用低，處理效果好[15]，改善了周邊的環境質量，促進了區域經濟發展，具有顯著的環境效益和社會效益。

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Design and operation of the printing and dyeing wastewater treatment project by combination of coagulation sedimentation-hydrolytic acidificationwith aeration tank-biological aerated filter-sand filters

DONG Qianqian, HE Qianmei, YANG Jingyuan, BIAN Lipo

(Gaoyang Bishui Lantian Company Limited, Baoding, Hebei 071500， China)

In order to protect the quality of Baiyangdian surface and ground water, taking the printing and dyeing wastewater in Gaoyang County as the treatment subject, the process and operating parameters of Gaoyang Wastewater Treatment Plant are optimized and tested. The process of coagulation sedimentation-hydrolytic acidification with aeration tank-biological aerated filter-active sand filters is applied, and the designed treatment scale is 1.2×105m3/d.The influent is as following: COD is 669 mg/L, SS is 424 mg/L, NH3-N is 8.83 mg/L, and TP is 6.03 mg/L. After the process, the best removal rates of COD，SS，NH3-N and TP are 93.5%,98.8%,97.1% and 96.2%, respectively. The various indexes of effluent water comply with standard A of the first order in Pollutants Emission Standard of Urban Wastewater Treatment Plants (GB 18918—2002). The processing cost is only 0.807 yuan/m3. As a result, the project construction and operation not only improve the environment, but also promote regional economic development. Process design and operating parameters provide important reference value for treatment of the printing and dyeing wastewater industry.

water pollution control engineering; printing and dyeing wastewater; biological aerated filter; active sand filter; industrial design

1008-1534(2016)05-0439-06

2016-04-08;

2016-06-15；責任編輯：王海云

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07211-001-04)

董倩倩(1984—)，女，河北保定人，工程師，碩士，主要從事工業節水及污水資源化工藝及技術方面的研究。

E-mail:dongqianqian1016@163.com

X703.1

A

10.7535/hbgykj.2016yx05014