芬頓+磁混凝沉淀+濾布濾池應用于園區綜合廢水升級改造

朱 濤， 黎艷葵

（1.重慶康達環保產業（集團）有限公司， 重慶 401121；2.宜昌市夷陵區環境監測站, 湖北 宜昌 443100）

0 引言

隨著工業園區的不斷發展，園區污水處理廠混合進水中工業廢水占比日益增加，難降解有機物的增加導致進水偏離設計值，廢水可生化性降低，生物處理難度加大，原有處理工藝不能滿足出水穩定達標排放。同時，隨著新環保法的實施，污水廠面臨著升級改造的迫切任務。高級氧化技術是近年來在化學氧化法基礎上發展起來的新技術，通過氧化劑、催化劑與電、光及超聲等技術相結合，產生活性極強的自由基（·OH），將大分子難降解有機物氧化成小分子物質，甚至直接礦化為CO2和H2O[1]。具有氧化能力強、選擇性小、反應速度快和反應徹底等優點，對難降解有機污染物具有較好的降解效果，包含有臭氧氧化法、芬頓氧化法等。

1 工程概況

山東某工業園區綜合污水處理廠一、二期設計規模分別為2.5萬m3/d，進水以石油化工、輪胎、橡膠、有機硅等廢水為主，一、二期工藝流程見圖1。出水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。隨著園區企業的入駐，工業廢水量不斷增加，2012年1～5月水量均值達到4.8萬m3/d，基本達到滿負荷，污水廠三期擴建工程迫在眉睫。且隨著排放標準的提高，亟需將水質指標提高到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準。

圖1 一、二期工藝流程

近年來隨著工業廢水的增加（已接近80%），進水水質不斷惡化，主要表現為難降解有機污染物增多、可生化性降低（由0.4降至0.2左右）、且水質波動大等特點，生物處理難度增大；一期工程采用淹沒式生物膜工藝，已運行約6 a時間，填料老化、破損嚴重，生物處理效率進一步降低，給污水處理廠達標排放帶來巨大壓力。故升級改造工程的主要目標是難降解有機物的去除。

2 核心工藝簡介

2.1 芬頓高級氧化技術

芬頓（Fenton）高級氧化法是一種深度氧化技術，即在酸性條件下利用Fe2+和H2O2之間的鏈反應催化生成羥基自由基（·OH），具有強氧化性，能氧化各種有毒和難降解的有機化合物，以達到去除污染物的目的。特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以奏效的有機廢水的處理[2－3]。

2.2 磁混凝沉淀技術

磁混凝沉淀技術就是在普通的混凝沉淀中同步投加磁粉，利用微小磁粉作為晶核與污染物絮凝結合成一體，使生成的絮體密度更大、更結實，加快沉淀速度，以加強混凝、絮凝的效果，從而獲得較高的表面負荷和較好的固液分離效果，減少占地面積；同時通過磁分離機回收沉淀污泥中磁粉，并循環利用，以降低運行費用[4]。磁混凝沉淀工藝原理見圖2。

圖2 磁混凝沉淀原理

2.3 濾布濾池

又稱纖維轉盤濾池，屬于表面過濾，使液體通過1層隔膜（濾料）的機械篩濾，去除懸浮于液體中的顆粒物質[5]。采用新型纖維濾布，可實現清洗時連續過濾，具有占地面積少，水頭損失小、反沖洗水量少，運行費用低等特點，適用于污水深度處理、中水回用、地表水凈化等領域，可實現污水水質從一級B到一級A的提標改造。

3 升級改造工程設計

為驗證芬頓高級氧化工藝對難降解有機物的處理效果，委托山東省環境科學研究院在現場進行小試實驗，驗證了芬頓高級氧化工藝對該園區混合難降解有機廢水深度處理的可行性。

3.1 設計進、出水水質

升級改造設計進、出水水水質見表1。

表1 升級改造設計進、出水水水質

本項目為一、二期升級改造和三期擴建工程同時進行，深度處理按總規模7.5萬m3/d整體考慮，在此只對深度處理工藝段及污泥脫水系統改造的設計概況進行論述。

3.2 二次提升泵站

為滿足深度處理高程要求，二沉池后需設置二次提升泵站。設計規模7.5萬m3/d，變化系數1.31，尺寸10.5 m ×10.4 m ×5.1 m（L×B×H），鋼筋混凝土結構。設置潛水泵4臺，3用1備，單臺性能參數：Q（流量） =1 365 m3/h，H（揚程） =6 m，N（功率）=45 kW。

3.3 芬頓反應池

進一步去除難降解有機物。設計規模7.5萬m3/d，變化系數1.31，尺寸為36.9 m×21.4 m×6.0 m（L×B×H），鋼筋混凝土結構。設計參數為：反應pH值為 5，芬頓試劑投加量為ρ（FeSO4·7H2O） +ρ（H2O2）=200 mg/L+100 mg/L，硫酸加藥量 120 mg/L，石灰加藥量350 mg/L，調酸時間10 min，反應時間40 min，調堿時間10 min。設置框式攪拌器8臺，N=4 kW；立式渦輪攪拌機4臺，N=7.5 kW。

3.4 磁混凝沉淀池

沉淀去除芬頓反應產生的化學污泥及強化TP的去除。設計規模7.5萬m3/d，變化系數1.31，設置2座磁混凝沉淀池，鋼筋混凝土結構。閃混池停留時間為20～30 s，尺寸為2.0 m×2.0 m×2.35 m；反應池停留時間為9.0 min，尺寸為4.0 m×4.0 m×4.55 m；澄清池表面負荷 13.82 m3/（m2·h），D（直徑） =12.0 m，H（高）=4.85 m。設計加藥量：聚鐵為250 mg/L（液體，當二沉池出水水質較好時暫停芬頓試劑的投加，通過增大混凝藥劑投加量確保出水達標排放）；ρ（聚丙烯酰胺（PAM））為2.0 mg/L，磁粉補充量為5 mg/L。設置潛水攪拌器2臺，變頻，N=1.5 kW；潛水攪拌器4臺，變頻，N=3.7 kW；潛水攪拌器4臺，變頻，N=2.2 kW；剪切機2臺，單臺性能參數為Q=603 m3/h，N=0.75 kW；磁分離機2臺，單臺性能參數為Q=50 m3/h，N=4 kW； 刮泥機 2臺，D=12 m，N=1.5 kW；污泥泵4臺，2用2備，單臺性能參數為Q=210 m3/h，H=10 m，N=11 kW。

3.5 濾布濾池

進一步去除殘留在污水中的SS，滿足出水要求。設計規模7.5萬m3/d，變化系數1.31，鋼筋混凝土結構。建筑物尺寸為8.5 m×16.15 m，構筑物尺寸為12.9 m×8.9 m×4.7 m。設置2套D=3 m的濾布轉盤，驅動電機2套，功率N=0.75 kW；反沖洗離心泵6臺，單臺性能參數為Q=50 m3/h，H=7 m，N=2.2 kW。

3.6 加藥間

設置加藥間1座，設計規模7.5萬m3/d，變化系數1.31，框架結構。建筑物尺寸30.4 m×12.4 m。設置溶藥攪拌機4臺，N=5.5 kW；硫酸亞鐵螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數為Q=2 000～4 000 L/h，P（壓力）=0.4 MPa，N=1.5 kW；石灰螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數為Q=4 000～6 000 L/h，P=0.4 MPa，N=2.2 kW；PAM一體化溶藥裝置1套，制備能力15 kg/h，N=5.0 kW；PAM螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數為Q=500～700 L/h，P=0.4 MPa，N=0.75 kW。

3.7 污泥脫水系統改造

本項目提標改造后污泥處理含水率要求需從80%降至60%，設計產泥量為24 t絕干污泥/d，污泥深度處理系統采用“重力濃縮+污泥調理+板框壓濾”，設計規模 7.5萬 m3/d，工藝流程見圖 3。設置污泥濃縮池1座，D=26 m，污泥固體負荷為45 kg/（m2·d）。 設置污泥調理池 4 格，80 m3/格，調理進泥時間1 h，調理時間1 h，調理劑FeCl3投加量為干泥量的3%～4%，生石灰投加量為干泥量的40%～50%。設置污泥脫水間1座，2層框架結構，1層為污泥調理加藥設備間，2層為板框壓濾操作間。板框過濾周期1.5 h（不含調理時間），設置污泥調理攪拌機4臺，單臺N=15 kW；生石灰儲罐2個，單個容量 30 t；FeCl3儲罐 1 個，容積 15 m3；FeCl3隔膜加藥泵2臺，N=0.25 kW；污泥切割機1臺，N=4 kW；單泵殼渣漿泵1臺，Q=110 m3/h，H=20 m，N=15 kW；離心式渣漿進泥泵2臺，單臺Q=70 m3/h，H=75 m，N=30 kW；多級離心壓榨泵4臺，單臺Q=320 m3/h，H=138 m，N=18.5 kW；3臺板框壓濾機，2用1備，單臺參數為過濾面積400 m2，配板數量103塊，壓緊壓力20 Mpa，過濾壓力12 kg/cm2，N=16.1 kW；螺桿式空氣壓縮機2臺，Q（風量）=3 m3/min，P=0.8 MPa，N=18.5 kW； 皮帶輸送機3臺，長度L=12 500 mm，N=4 kW；皮帶輸送機1臺，L=900 mm，N=5.5 kW；螺旋輸送機3臺，N=4 kW。

圖3 污泥深度處理工藝流程

該項目于2013年6月完成提標擴建改造工作，穩定運行至今已達3 a時間。2013年6月 ～2016年6月污水廠平均進水量為5.5萬m3/d，深度處理系統進、出水平均水質見表2。

表2 2013～2016年深度處理系統平均進出水水質情況

由表2可知，芬頓+磁混凝沉淀+濾布濾池組合工藝對難降解有機物去除效果明顯，出水各項指標穩定達到一級A排放標準。出水CODCr優于一級A標，驗證了中試實驗結論。

4 運行中的問題討論

（1）芬頓反應較難精確控制。芬頓試劑及調節酸堿的藥劑投加量需根據二沉池出水水質、水量變化做相應調節，而水質、水量瞬息變化，但pH值和流量反饋系統具有一定滯后性，導致藥劑投加量的調節也具有滯后性，不能精確控制，為保證出水水質全面達標排放，可能存在藥劑過量投加的情況。在選擇自動控制系統時，應選擇反應及時、可靠性好的控制系統及設備，盡可能實現精確控制。

（2）芬頓反應將產生大量化學污泥，給污泥脫水造成壓力，同時增加運行成本。結合該廠實際情況，在二沉池出水ρ（CODCr）≤ 70 mg/L時，改為暫停芬頓試劑投加，增大聚鐵投加量，以降低運行成本；當二沉池出水ρ（CODCr）＞70 mg/L時，恢復芬頓加藥系統，并減少聚鐵投加量。各種藥劑加藥量需根據進水水質由小試實驗確定[6]。

（3）由于本項目污水深度處理過程中投加大量聚鐵和芬頓試劑，這些試劑同時可起到污泥調理的作用，因此污泥深度脫水調理時的實際調理劑投加量遠小于設計投加量，FeCl3投加率為干泥量的2.4%，生石灰投加率為干泥量的21.3%，可顯著降低污泥深度處理成本。

5 結論

（1）“芬頓高級氧化+磁混凝沉淀+濾布濾池”組合工藝對該項目難降解有機物的深度處理效果明顯，升級改造后出水各項指標穩定達到一級A排放標準。

（2）芬頓工藝設計反應pH值為5，芬頓試劑投加量為ρ（FeSO4·7H2O）+ρ（H2O2）=200mg/L+100mg/L，硫酸加藥量120 mg/L，石灰加藥量350 mg/L。當二沉池出水水質較好時，可暫停芬頓試劑的投加，通過增加混凝藥劑加藥量保證出水達標排放。該設計較為靈活，可根據進水水質的變化調整工藝參數和加藥量，降低運行成本。

（3）“重力濃縮+污泥調理+板框壓濾”可使脫水污泥含水率降至60%以下。污水深度處理投加的大量聚鐵和芬頓試劑，可起污泥調理作用，減少污泥調理劑的投加量，降低污泥處理成本。

（4）該廠采用的“芬頓高級氧化+磁混凝沉淀+濾布濾池”深度處理工藝，對難降解工業廢水具有良好的去除效果，對類似工業廢水處理廠的升級改造具有一定借鑒意義。