混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤工艺处理印染废水的设计与运行

董倩倩，何乾妹，杨静远，边立坡

(高阳县碧水蓝天水务有限公司，河北保定 071500)



混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤工艺处理印染废水的设计与运行

董倩倩，何乾妹，杨静远，边立坡

(高阳县碧水蓝天水务有限公司，河北保定 071500)

为保护下游白洋淀地表水及地下水的水质，以高阳县印染废水为处理对象，对高阳污水处理厂的工艺和运行参数进行了优化和调试。采用混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤为处理工艺，设计处理规模为12万m3/d，当进水的COD，SS，NH3-N和TP的质量浓度分别为669，424，8.83和6.03 mg/L时，经该工艺处理后其最佳去除率分别为93.5%，98.8%，97.1%和96.2%，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，其运行成本仅为0.807元/m3。工程的建设和运营不仅改善了周围环境，而且促进了区域经济发展，工艺的设计和运行参数为印染废水处理行业提供了重要参考。

水污染防治工程；印染废水；曝气生物滤池；活性砂滤；工艺设计

董倩倩，何乾妹，杨静远，等.混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤工艺处理印染废水的设计与运行[J].河北工业科技,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.

河北省高阳县作为闻名全国的“纺织之乡”“纺织强县”，其纺织业近年来得到了进一步快速发展，随之出现了印染废水逐年剧增的问题。由于排水管网建设不够完善，造成大量未经处理的工业废水被肆意排放，不仅对下游白洋淀的地表水及地下水水质造成了严重威胁，也严重影响了高阳县自身的投资环境，制约了其可持续发展，因此提高印染废水的处理效率，对保障水环境的安全具有重要意义[1]。印染废水以有机污染为主，且SS含量高，色度深，具有水量大、碱性和水质变化剧烈、可生化性较差等特点[2]。本文以高阳县污水处理厂印染废水处理工艺为研究对象，分析了混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤池工艺对废水中有机物的去除特性，为印染废水处理工艺的设计和运行管理提供参考[3]。

1 工程概况

1.1 设计规模与水质

该污水处理厂总投资2.1亿元，占地面积12.33 hm2(185亩)，配套管网长74.73 km，设计处理规模为12万m3/d，24 h运行，且已通过环保验收，废水经处理后可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，设计进水水质及排放标准见表1。

表1 进水水质及排放标准

注：除pH值无量纲以外，其余指标值单位均为mg/L。

1.2 工艺流程

高阳县境内各企业的印染废水通过管网排到高阳县污水处理厂集中处理，结合印染废水的水质特点，采用水解酸化/悬链式曝气活性污泥工艺进行二级生化处理，再经曝气生物滤池和活性砂滤池进行深度处理，出水经过NaClO消毒后排入污水处理厂西侧排干渠，向东流入孝义河。剩余污泥经浓缩机械脱水后运至垃圾处理厂处置。具体处理工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程Fig.1 Process flow diagram of wastewater treatment process

2 主要构筑物设计及工艺参数

2.1 粗格栅及提升泵站

进水泵房与粗格栅井合建，其中粗格栅的主要作用是去除水中较大的漂浮物，拦截直径大于20 mm的杂物，以保证提升系统的正常运行。共有2台回转式格栅，电机功率为1.5 kW，格栅宽度为1.2 m，栅条间隙为25 mm，安装角度为75°，栅前水深为0.8 m，根据格栅前后液位差控制运行。

提升泵站主要作用为收集污水，提高调节池的利用率。根据集水池液位控制泵的开度，采用潜污泵4台(3用1备)，型号为WQ4520-860-500-Z，单台流量为2 500 m3/h，扬程为9 m，功率为90 kW。

2.2 调节池

季节、生产班次、周期等多方面因素导致了印染废水排放的水量和水质的多变性，因此要求对废水进行调节，均衡水质和水量，使其能够稳定进入后续处理单元，保证处理效果[4]。为便于调节及运转方便，更有效地均和水质水量，采用DE氧化沟型调节池，通过循环推流搅拌，在池内增加预曝气装置使该调节池在有效改善废水的水质特性的同时兼具调节温度的功能。

1)该构筑物为钢筋混凝土结构, 半地上式， 1座池体，池体尺寸为110 m×48 m×7.0 m。

2)工艺参数：水力停留时间为8.0 h。

3)设备参数：水下搅拌器16台，单台功率为7.5 kW； 管膜式微孔曝气器2 880套，流量为6 m3/h，直径为70 mm，长度为800 mm；潜污泵4台(3用1备)，型号为WQ4520-860-500-Z，流量为2 500 m3/h，扬程为9 m，功率为90 kW，用于二次提升至后续工序旋转筛网。

2.3 旋转式栅网

旋转式栅网可以进一步去除前面粗格栅未能拦截的漂浮物，防止后续处理中管道、阀门堵塞，保持池面清洁[4]。

设备参数：数量4台，网筒直径为1.5 m，栅条间隙为1 mm，筛网密度为250 μm(60目)，材质为不锈钢。

2.4 水解酸化池

在适宜的环境条件下，利用厌氧菌及兼性菌群将印染废水中复杂的有机物转化为简单的有机物。水解酸化法可提高污水的可生化性，并减少后续曝气池的处理负荷；同时通过脱氢酶的作用，使染料分子中的发色基团偶氮键打开，将大分子变成小分子，实现脱色[5]。

采用对角升流式污泥床反应器，配有潜水搅拌器，综合了接触式反应器和污泥床反应器的优点，有效提高了污泥浓度，并可根据污泥浓度及运转情况，灵活调整搅拌器的运转配置。运行结果表明，水解池对COD的去除率小于10%，但水解酸化工艺可改善废水的可生化性，为后续活性污泥处理工艺的运行奠定了良好基础[5]。

1)该构筑物为钢筋混凝土结构, 半地上式， 2座池体，单座尺寸为75 m×75 m×6.0 m。

2)水力停留时间为13 h，污泥质量浓度控制在3.0～3.5 g/L。

3)设备参数：低速潜水推流器24台，每个单元1台，单台功率为5.5 kW，可以采用PLC远程控制，也可以现场手动控制。

2.5 悬挂链式曝气池

利用好氧微生物菌群降解和去除水中的污染物。废水污染物在好氧过程中得到最大程度的去除[6]。采用悬挂链式移动曝气工艺，曝气器在水中的运动使池中不存在氧的过饱和区域，效率得到提高[7]；而且气泡在水中的运动距离长，停留时间长，使氧利用率明显提高，相应的能耗得以降低，此外，污泥负荷低，泥龄长，污泥稳定，泥量少，无臭味。经浓缩后可直接利用污泥脱水设备脱水后外运。

1)该构筑物为钢筋混凝土结构, 半地上式， 2座池体，单座尺寸为160 m×75 m×6.0 m。

2)水力停留时间为30.0 h，污泥负荷为0.05 kg/(kg·d)，污泥龄为18 d，污泥回流比为100%，污泥质量浓度控制在2 500～3 500 mg/L，溶解氧的质量浓度控制在2.0～3.5 mg/L。

3)设备参数：共设供气悬浮筒80条，曝气头悬挂在浮筒上并深入水下4～5 m处，浮筒被固定在池体两侧，浮筒直径为150 mm，每根浮筒安装27组八管悬挂链式曝气器，其有效的服务面积为15～30 m2/套，膜片厚度为1.7～2 mm，通气量为45～50 m3/h，氧利用率大于35%，膜片直径为70 mm，长度为800 mm，微孔数量为136 000个，孔隙长度为0.8～2 mm，共17 120个曝气器。设置鼓风机2台，风量为500 m3/min，压力为68.6 kPa，功率为690 kW，供气主干管直径分别为1 000 mm和200 mm，入口处设气动蝶阀，池内安装溶解氧仪4台。

2.6 曝气生物滤池

曝气生物滤池(biological aerated filter，简称BAF)的主要特点是微生物附着在滤料表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O，CO2，NH3和微生物细胞物质，污水得到净化[8-9]。采用鼓风曝气系统结合污水充氧。溶解的有机污染物转化成生物膜，生物膜经反冲洗脱落下来，从系统中去除。 由于BAF的过滤能有效截留水中的悬浮物[10]，经其处理过的水，不再需要进行专门沉淀处理，减少了污水处理设施的占地和投资。

由于生化段出水COD的质量浓度为60～120 mg/L，未能达到中水回用及排放要求，为避免活性砂滤池加药堵塞中水回用系统的超滤及反渗透膜，采用上流式曝气生物滤池工艺。

1)该构筑物为钢筋水泥，半地上式，内分21格，单格尺寸为10 m×8 m×6.8 m，填料采用球形轻质多孔生物陶粒，按级配填装，粒径为3～6 mm，堆积密度为0.90～0.95 g/cm3，布水采用滤池专用楔形滤头，楔形缝隙为2.5 mm，滤头长度为440 mm，安装密度为49个/m2，曝气采用单孔膜空气扩散器，膜孔径为1.2 mm，空气流量为0.4～0.5 m3/(h·个)，安装密度为37个/m2。

2)水力负荷为2.5 m3/(m2·h)，气水比为2∶1，出水DO质量浓度为6～7 mg/L，反洗周期为7 d[11]，反冲洗水速为8.0 L/(m2·s)，反冲洗气速为24 L/(m2·s)。

3)设备参数：正常曝气采用杰尔压缩机4台(3用1备)，其性能参数为流量70 m3/min，压力80 kPa，功率100 kW；正常进水提升泵用潜污泵4台(3用1备)，其性能参数为流量2 500 m3/h，扬程9 m，功率90 kW；反冲洗水泵用离心泵3台(1用2备)，其性能参数为流量1 800 m3/h，扬程7 m，功率75 kW；反冲洗用罗茨鼓风机2台(1用1备)，其性能参数为流量100 m3/min，压力100 kPa，功率132 kW。

2.7 活性砂滤池

连续洗砂过滤器是集絮凝、澄清、过滤为一体的连续过滤设备[4]，利用开流式流砂床过滤原理，通过过滤砂在过滤器中的循环流动，使过滤和洗砂同时进行，实现过滤器连续自动运行，避免停机反冲洗工序，从而提高过滤效率。

1)采用SD6000Cn型动态流砂过滤器，由底部锥斗、导砂斗、布水器、中心进水管、洗砂器、空气提升泵和内部连接管组成。该构筑物为钢筋水泥，半地上式，池体尺寸为31 m×25 m×6.0 m，过滤器96台，布置成12个过滤单元，单台过滤面积为6 m2，过滤流量为62.5 m3/h，空气流量为150 L/min，砂床高度为2 m，滤料为天然石英砂，共计2 500 m3，粒径范围为1.2～2.0 mm。

2)工艺参数：平均过滤速度为7.23 m3/(m2·h)，反洗水量比例为6%，清洗后滤砂下沉速度为7 mm/min，反冲洗强度为23.55 m/h，滤床压头损失为0.5 m。

3)设备参数：空气压缩机2台，型号为L132DS-8，功率为132 kW，压力为0.5 MPa；储气罐1台，容积为2.5 m3，压力为0.8 MPa；一级精密过滤器1台，过滤孔径为2 μm，二级精密过滤器1台，过滤孔径为0.01 μm；冷干机1台，型号为JZK-150CA，过滤风量为24 m3/h。

在活性砂滤池进水渠中分别投加复合絮凝剂PAC(质量浓度为50 mg/L)，FeCl(质量浓度为310.0 mg/L)，APAM(质量浓度为1.0 mg/L)[12]。

2.8 污泥浓缩池

污水经生物处理，污染物质都转移到污泥中，剩余活性污泥根据曝气时间长短含有不同量的有机物，必须强化对污泥的处理，降低污泥含水率，减少污泥体积。为避免造成二次污染，采用重力浓缩、污泥脱水和污泥处置3个步骤。

1)该构筑物为钢筋水泥，半地下辐流式，池体尺寸为Φ35 m×4.0 m，停留时间为22 h，设计处理绝干污泥量为30 t/d，浓缩后进泥含水率为97%，进泥量为1 000 m3/d，脱水后出泥含水率为80%，出泥量为150 m3/d，阳离子酰胺加药量为125 mg/L(质量浓度)。

2)设备参数：带式压滤机4台，单机处理能力为30 m3/h，带宽为3 m，工作时间为12 h；高分子溶药系统1套，加药泵5台，污泥泵5台，空压机4台，反冲洗泵5台，皮带输送机3套。

2.9 工艺特点

1)采用“水解酸化+曝气池”作为主体生物处理工艺，使大分子有机物逐步得到分解和降解，技术成熟稳定，易于控制[6]。

2)采用“BAF+活性砂滤”作为深度处理工艺，进一步生物降解和截留有机污染物和悬浮物，提高出水水质，保证出水稳定达标[13]。

3 系统运行结果

目前该工程已运行一年，从监测数据来看，污水各项污染物指标已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

3.1 COD去除效果

该工程调试稳定运行一年来的COD沿程变化如图2所示。在系统正常运行情况下，进水COD平均值为669 mg/L，出水COD平均值为43.6 mg/L，整个系统的COD总去除率平均值达到了93.5%，处理效果较佳。COD的沿程变化如图2所示。

图2 系统对COD的去除效果Fig.2 Removal rate of COD by the system

3.2 NH3-N去除效果

经过水解酸化池、一沉池后，印染废水中的NH3-N含量升高，这是因为废水中含有机氮，有机氮在水解酸化池中被微生物分解，产生了游离的氨氮[5]。当经过曝气池、二沉池后NH3-N含量明显降低，平均去除率达到90.5%。整个系统的进水NH3-N平均质量浓度为8.83 mg/L，出水NH3-N平均质量浓度为0.254 mg/L， NH3-N总去除率平均值达到了97.1%，处理效果较佳。NH3-N沿程变化如图3所示。

图3 系统对NH3-N的去除效果Fig.3 Removal rate of NH3-N by the system

3.3 SS去除效果

整个系统的进水SS平均质量浓度为424 mg/L，出水SS平均质量浓度为5.0 mg/L， SS总去除率平均值达到了98.8%，处理效果较佳。SS沿程变化如图4所示。

图4 系统对SS的去除效果Fig.4 Removal rate of SS by the system

3.4 TP去除效果

整个系统的进水TP平均质量浓度为6.03 mg/L，出水TP平均质量浓度为0.227 mg/L， TP总去除率平均值达到了96.2%，处理效果较佳。TP沿程变化如图5所示。

图5 系统对TP的去除效果Fig.5 Removal rate of TP by the system

4 经济效益分析

4.1 经济分析

本工程占地面积12.33 hm2(185亩)，设计处理规模为12万m3/d，2015年实际处理水量3 704万m3/a，总投资2.1亿元，其中，设备及工程投资1.5亿元，管网投资0.46亿元，厂区外供电线源投资0.012亿元，污水处理运行成本主要包括电费、药剂费、污泥处理费、人工费、设备维修费和其他管理费用，共计0.807元/ m3(不含设备折旧、利息和税费)。

4.2 效益分析

本工程的建设和运行为缓解日益加重的水污染状况、保护水资源发挥了重要作用，其效益主要体现在环境效益、社会效益和间接的经济效益上[14]。自投入运行一年来，该工程一直处于平稳良好的运行状态，年削减COD，NH3-N，TP，SS分别为3 468，33，12，562 t。这不仅改善了周边的环境，也将促进区域经济的发展，具有显著的环境效益和社会效益。

5 结 语

本工程采用“混凝沉淀-水解酸化/曝气池-曝气生物滤池-活性砂滤”的组合工艺处理印染废水，使得处理后废水的COD，SS，NH3-N和TP的最佳去除率分别为93.5%，98.8%，97.1%和96.2%，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，其运行成本为0.807元/m3。该处理工艺具有很强的针对性。不仅可确保印染废水中的有机污染物被高效去除，而且对氮、磷等重点污染物的降解也有很好的效果。在处理污水的同时污泥达到稳定，然后经过浓缩脱水，被外运、卫生填埋。工程的实际运行证明，该工艺切实可行，其突出的特点是技术可靠，操作简单，维修方便，运行费用低，处理效果好[15]，改善了周边的环境质量，促进了区域经济发展，具有显著的环境效益和社会效益。

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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；责任编辑：王海云

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07211-001-04)

董倩倩(1984—)，女，河北保定人，工程师，硕士，主要从事工业节水及污水资源化工艺及技术方面的研究。

E-mail:dongqianqian1016@163.com

X703.1

A

10.7535/hbgykj.2016yx05014