以印染廢水為主的某城鎮污水處理廠提標改造工程實例

韓 玉，楊淳軻，沈 超，郜 睿，周尚平，史惠祥,,*

(1.浙江大學環境與資源學院，浙江杭州 310012; 2.華設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014；3.海寧市水務投資集團有限公司，浙江海寧 314403；4.嘉興市洪溪污水處理廠，浙江嘉興 314000)

印染業是一個高水耗、高污染的產業。據2015年環境統計公報，印染行業廢水排放量約為18.4億m3/a，占工業廢水排放總量的10.1%，印染廢水中主要污染物CODCr排放量為20.6萬t，占工業廢水排放量的8.1%。浙江省是全國印染行業廢水排放量第一大省，據統計，該省印染布總量占全國的50%以上。嘉興市是浙江省印染企業主要集聚地之一，印染是嘉興市主要的工業污染源。

印染廢水具有成分復雜、色度高、生物降解困難等特點，其處理一直是印染工業和污水處理行業需要克服的難題。目前，工程上多采用物化+生化+深度處理的組合工藝去除以印染廢水為主的混合污水。張如鋒等[1]通過“物化+生化+深度處理”組合工藝處理蘇州某印染廢水高占比污水處理廠的廢水，出水CODCr質量濃度在38.4～40.8 mg/L。劉魯建等[2]采用粉末活性炭來深度處理印染廢水，中試研究發現，投加量為400～500 mg/L時，CODCr、色度、SS的去除率可達68%、92%、92%，出水水質滿足《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB 4287—2012)。

嘉興市某城鎮污水處理廠原有處理規模為3.0萬m3/d，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準，主要接納周圍地區的生活污水和工業廢水。其中，工業廢水占比近90%，而印染廢水占總廢水量的比例超50%，是典型的印染廢水高占比污水處理廠。2018年12月，浙江省人民政府發布地方標準《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》(DB 33/2169—2018)，對于新建及擴改污水處理廠的出水標準提出更嚴格的要求，出水氨氮和TP需執行《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的Ⅲ類水標準[3]。污水處理廠現有處理效果不滿足排放標準，故需進行提標改造。

1 改造前工程概況

嘉興市某城鎮污水處理廠于2003年建成投入使用，服務人口約為6.5萬人，區域面積為75.43 km2，接納的污水主要為服務范圍內的園區工業廢水和生活污水。該污水處理廠設計規模為3.0萬m3/d，原有處理工藝為“粗格柵+細格柵+調節池+混凝反應池+初沉池+配水池+AO池+二沉池”，處理后的污水排入當地的紅旗塘，產生污泥經過隔膜壓濾機脫水后外運，尾水排放執行一級B標準。

1.1 原處理工藝水質水量分析

1.1.1 水量

2019年，嘉興市該城鎮污水處理廠實際進水量如圖1和表1所示，進水量隨季節變化不大(2月進水量較少，推測原因是假期納管企業停工)，但遠超設計進水量(3.0萬m3/d)，系統長期超負荷運轉，亟需改造。由表1可知，該城鎮污水處理廠接收的廢水量主要為工業廢水，工業廢水占比87.9%，工業廢水又以印染廢水為主，約占總廢水量的55.2%，是典型以印染廢水為主的城鎮污水處理廠。

圖1 2019年全年進水水量Fig.1 Annual Influent Quantity in 2019

表1 2019年園區各行業納管水量及企業數量Tab.1 Water Consumption and Number of Enterprises in Various Industries of the Park in 2019

1.1.2 進出水水質

改造前該城鎮污水處理廠實際年平均進出水水質如表2所示。

表2 提標改造前的年平均進出水水質Tab.2 Annual Average Influent and Effluent Quality before Upgrading and Reconstruction

由表2可知，該污水處理廠原出水水質各指標均達到GB 18918—2002中一級B標準，出水中CODCr、SS含量較高。本次提標改造工藝也重點考慮難生物降解有機物和SS的去除。

1.2 污水處理廠提標前問題

(1)污水處理廠的日污水處理量遠高于原設計處理規模，長期處于滿負荷或超負荷的狀態。

(2)提標改造前城鎮污水處理廠出水的CODCr、BOD5和SS的質量濃度分別為58.21、18.37 mg/L和17.21 mg/L，難生物降解有機物和SS含量高，出水中各指標均已達到GB 18918—2002中一級B標準，但達不到浙江省地方標準DB 33/2169—2018。

(3)園區接納污水主要為印染廢水，可生化性差，需要通過輔助工程去除溶解性的難生物降解有機物。

(4)加藥系統落后。通過人工手動投藥，過于依賴操作人員的經驗，難以實現出水的穩定達標，存在藥耗高、經濟效益差、工人勞動強度大等一系列問題。

故本次提標改造工程針對難生物降解的混合污水，需重點解決廢水中的SS、難生物降解CODCr的去除，擴大污水處理量，改善加藥方式。

2 工藝比選

2.1 SS、難生物降解有機物的去除及工藝確定

目前該城鎮污水處理廠SS和有機物的去除主要采用“格柵集水井+混凝反應池+AO”工藝，SS和CODCr的出水平均質量濃度分別為17.21、58.21 mg/L，未到達浙江省地方標準DB 33/2169—2018。剩余殘留有機物主要是原污水攜帶的難降解有機物和微生物自身的內源代謝產物，針對這部分可生化性差的有機物，生物降解作用微弱，需采用針對性的深度處理工藝[4]。目前應用廣泛且去除效果好的工藝有化學氧化和活性炭吸附等[5]。高級氧化法對CODCr、色度去除效果好，但加藥量較大、污泥量大且處置困難。粉末活性炭作為一種良好的吸附劑，價格低廉、易獲得、反應迅速，對CODCr、色度去除率較高[6]，可作為深度處理材料去除不易被微生物分解的污染物，從而達到排放要求。鄭州馬頭崗污水處理廠采用升流式活性炭吸附池，活性炭粒徑為2～5 mm，設計濾速約為6.7 m/h，空床停留時間約為60 min，出水CODCr質量濃度可達5.8 mg/L，優于設計要求[6]。周卿等[7]針對工業廢水的生化處理出水不達標問題，采用活性炭深度處理，當停留時間為1 h，最大吸附容量為0.31 kg CODCr/kg時，可較好去除難降解有機物，使生化出水達標。鑒于該城鎮污水處理廠的水質特點和活性炭技術使用靈活、工藝成熟等優點，選用活性炭吸附工藝處理尾水，建造活性炭吸附池去除SS和溶解性有機污染物。

2.2 細菌、病原體去除及工藝確定

消毒工藝可有效殺滅污水中有害病原體，我國最常用的消毒工藝為氯化物消毒，采用的氯化物主要有液氯、二氧化氯和次氯酸鹽[8]。液氯消毒效果可靠、成本適中，但對現場安全管控要求較高，會產生消毒副產物，形成二次污染。二氧化氯的制取、使用復雜，后期維修保養花費大。次氯酸鈉消毒效果好，有利于有機污染物的去除，還可以有效調節出水的pH，降低了出廠水水質不達標的風險，故本次提標改造采用次氯酸鈉消毒。

2.3 加藥方式的設計

加藥系統一般可分為人工投加和自動投加兩種方式，目前國內污水處理廠多是通過人工手動投藥滿足到出水水質要求。人工投加方式主要依賴操作人員的經驗，難以實現出水的穩定達標，還存在藥耗高、經濟效益差、工人勞動強度大等一系列問題，采用自動投加的方式是大勢所趨[8]。本次提標改造以粉末活性炭投加系統作為研究對象，分析確定了影響活性炭投藥量的主要因素(流量、pH和原水CODCr)[8]，構建多元數控模型，智能化控制深度處理工藝中多種藥劑投加量，結合多個控制單體和數學模型，構建系統數模，集成各單體主要傳感器等設備，形成以BP神經網絡預測為核心的粉末活性炭自動加藥技術。

3 工藝流程

提標改造方案與工藝調整需符合經濟適用、易于維護管理的要求，結合水質水量和改造要求，在不影響原污水廠的正常運行下，盡可能利用原有構筑物及原有設備，來解決該污水處理廠所存在的問題[9]。綜合考慮該城鎮污水處理廠處理工藝可行性、工程實施難度以及工程投資運行成本等因素，確定了本次改造工藝流程，新建西廠區，增加深度處理工藝“活性碳吸附+次氯酸鈉消毒”，如圖2所示。

圖2 提標改造后污水處理工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of Wastewater Treatment Process after Upgrading and Reconstruction

污水經園區排水管網收集，匯流進入格柵集水井，去除尺寸較大的SS后進入調節池，中和、均化水質。調節池出水由泵提升進入混凝反應池，去除SS和部分溶解性有機物，經初沉池沉淀后上清水導入配水池，然后進入AO系統進行二級生物處理，后經二沉池出水，再通過提升泵房將東廠區的尾水導入西廠區。進入西廠區的尾水先通過粉末活性炭吸附進行深度處理，其中應用了以BP神經網絡預測為核心的粉末活性炭自動加藥系統進行智能化控制，使得活性炭吸附池的出水水質保持穩定。廢水之后通過終沉池，沉淀污泥接至東廠區，上清液再排入濾池進一步去除水中SS和TP，反洗水接至東廠區，剩余廢水則通過消毒池，經次氯酸鈉消毒后達標排放。初沉池、二沉池和終沉池排出的污泥送入污泥濃縮池，通過隔板壓濾機脫水生成干泥餅，部分回用至調節池，其余外運處置。

4 處理規模、主要新增構筑物及設備

本項目分為現有處理設施改造和新建深度處理設施兩部分。在現有廠區內，對設施進行擴容改造，處理規模由現有的3.0萬m3/d擴容改造至4.0萬m3/d新建廠區內，新建深度處理實現4.0萬m3/d廢水提標。主要新增構筑物及設備如下。

(1)活性炭吸附池。1座，半地下鋼砼結構，尺寸為36.5 m×15.0 m×5.5 m + 29.7 m×15.0 m×5.5 m，表面負荷為0.6 m3/(m2·h)，停留時間為2 h，粉末活性炭投加量為110 mg/L，10%的PAC投加量為350 mg/L。主要設備：折板式攪拌機12套，型號為JBG2500，功率為5.5 kW。

(2)終沉池。2座，半地下鋼砼結構，尺寸為φ42.0 m×3.8 m，停留時間為2.5 h。主要設備：刮泥機2臺，型號為ZBG42，功率為3.0 kW；污泥泵4臺(2用2備)，流量Q=90 m3/h，高度H=25 m，功率為15 kW。

(3)轉盤濾池。1座，半地下鋼砼結構，尺寸為34.0 m×14.0 m×5.0 m，設計濾速為3.5 m/h，停留時間為1 h，反沖洗時間為2 h。主要設備：過濾系統2套，單套含有12個濾盤，濾盤直徑d=3 m，過濾面積為453.6 m2，過濾網孔孔徑≤10 μm，過濾類型為平面過濾；閘板閘門2臺，型號為800 mm×800 mm；反沖洗管道系統1套，包含8個DN80反沖洗動力閥，4臺反沖洗泵(Q=25 m3/h，H=32 m，功率為8 kW)。

(4)消毒計量排放井。1座，半地下鋼砼結構，尺寸為10.0 m×6.0 m×3.0 m，停留時間為0.5 h。主要設備：次氯酸鈉消毒系統一套，次氯酸鈉(10%)投加量為20 mg/L；在線監測系統1套。排水系統1套。

(5)加藥間。1座，地上框架結構，尺寸為21.0 m×15.0 m + 20.0 m×6.0 m。主要設備：活性炭智能投加系統2套，主要由WinCC7.0組態軟件和德國西門子S7-200/S7-300PLC構成，投加能力為0～2 000 L/h，包含計量泵、變頻器、可編輯邏輯控制器(PLC)管路和電控系統；PAC投加系統一套，投加能力為0～2 000 L/h，包含攪拌器、計量泵、管路和電控裝置。

(6)綜合用房。1座，地上框架結構，平面尺寸為42.0 m×20.0 m。

(7)倉庫及維修間。1座，地上框架結構，平面尺寸為52.0 m×30.0 m。

(8)儲藥區塊。1座，地上框架結構，平面尺寸為36.0 m×20.0 m。

5 運行效果

提標改造后，污水廠實際進水量在3.46～4.78萬 m3/d，平均進水量為4.26萬 m3/d，進出水水質監測結果如表3所示，出水的CODCr、BOD5、SS、TN、氨氮和TP平均質量濃度為37.99、7.98、7.50、5.22、0.83 mg/L和0.10 mg/ L，污水處理廠處理效果明顯提升，穩定滿足排放標準。其中，活性碳吸附池CODCr日均質量濃度由進水76.4 mg/L降低到出水40.0 mg/L，處理效果顯著。催化污泥濃縮池CODCr質量濃度為91.5 mg/L，故存在一定程度的脫附。原水類大腸菌群指數≥24 000個/L，處理后的水體中類大腸菌群指數日均值在670～790個/L。污泥產生量為29.10 t/d(回用9.84 t/d，外送處置18.26 t/d)，經鑒定污泥貯存滿足《危險廢物貯存污染控制標準》(GB 18597—2001)和《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB 18599—2001)。

表3 提標改造后平均進出水水質 (2020年8月—2021年4月)Tab.3 Average Influent and Effluent Quality after Upgrading and Reconstruction (August 2020 to April 2021)

工程建設投資約3 750萬元，提標改造工程運行后噸水處理成本增加了0.34元，包含經營成本、固定成本折舊費及稅費。其中，經營成本主要包括電費、藥劑費、污泥處置費、人員工資及福利費、修理費和檢測費等。與同類型案例相比較[9-11]，本次提標改造工程具有投資少、新增單位水量成本低的特點。

6 結論

(1)本項目建成1座以處理印染廢水為主的萬噸級城鎮污水處理廠(規模為4.0×104m3/d)，總處理規模增加了1.0×104m3/d，采用“活性炭吸附+濾池+次氯酸鈉消毒”對原工藝處理的混合污水尾水進行出水提標，充分利用原廠區進行工程改造，選擇使用運行靈活、穩定以及費用低、投資小的污水處理工藝和設備，與原有處理設施銜接合理，確保污水處理廠長期穩定運行。

(2)新增工藝穩定運行后，水量一直在正常范圍內波動，出水CODCr、BOD5、SS、TN、氨氮和TP的排放平均值分別達到37.99、7.98、7.50、5.22、0.83 mg/L和 0.10 mg/L，出水水質穩定達到浙江省地標DB 33/2169—2018中的要求，處理效果明顯提升。

(3)提標改造后，污水處理的噸水處理成本增加了0.34元。對于有迫切提標需要的印染工業園區，在經濟上是可行的。