芬顿+磁混凝沉淀+滤布滤池应用于园区综合废水升级改造

朱 涛， 黎艳葵

（1.重庆康达环保产业（集团）有限公司， 重庆 401121；2.宜昌市夷陵区环境监测站, 湖北 宜昌 443100）

0 引言

随着工业园区的不断发展，园区污水处理厂混合进水中工业废水占比日益增加，难降解有机物的增加导致进水偏离设计值，废水可生化性降低，生物处理难度加大，原有处理工艺不能满足出水稳定达标排放。同时，随着新环保法的实施，污水厂面临着升级改造的迫切任务。高级氧化技术是近年来在化学氧化法基础上发展起来的新技术，通过氧化剂、催化剂与电、光及超声等技术相结合，产生活性极强的自由基（·OH），将大分子难降解有机物氧化成小分子物质，甚至直接矿化为CO2和H2O[1]。具有氧化能力强、选择性小、反应速度快和反应彻底等优点，对难降解有机污染物具有较好的降解效果，包含有臭氧氧化法、芬顿氧化法等。

1 工程概况

山东某工业园区综合污水处理厂一、二期设计规模分别为2.5万m3/d，进水以石油化工、轮胎、橡胶、有机硅等废水为主，一、二期工艺流程见图1。出水执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。随着园区企业的入驻，工业废水量不断增加，2012年1～5月水量均值达到4.8万m3/d，基本达到满负荷，污水厂三期扩建工程迫在眉睫。且随着排放标准的提高，亟需将水质指标提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。

图1 一、二期工艺流程

近年来随着工业废水的增加（已接近80%），进水水质不断恶化，主要表现为难降解有机污染物增多、可生化性降低（由0.4降至0.2左右）、且水质波动大等特点，生物处理难度增大；一期工程采用淹没式生物膜工艺，已运行约6 a时间，填料老化、破损严重，生物处理效率进一步降低，给污水处理厂达标排放带来巨大压力。故升级改造工程的主要目标是难降解有机物的去除。

2 核心工艺简介

2.1 芬顿高级氧化技术

芬顿（Fenton）高级氧化法是一种深度氧化技术，即在酸性条件下利用Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成羟基自由基（·OH），具有强氧化性，能氧化各种有毒和难降解的有机化合物，以达到去除污染物的目的。特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的处理[2－3]。

2.2 磁混凝沉淀技术

磁混凝沉淀技术就是在普通的混凝沉淀中同步投加磁粉，利用微小磁粉作为晶核与污染物絮凝结合成一体，使生成的絮体密度更大、更结实，加快沉淀速度，以加强混凝、絮凝的效果，从而获得较高的表面负荷和较好的固液分离效果，减少占地面积；同时通过磁分离机回收沉淀污泥中磁粉，并循环利用，以降低运行费用[4]。磁混凝沉淀工艺原理见图2。

图2 磁混凝沉淀原理

2.3 滤布滤池

又称纤维转盘滤池，属于表面过滤，使液体通过1层隔膜（滤料）的机械筛滤，去除悬浮于液体中的颗粒物质[5]。采用新型纤维滤布，可实现清洗时连续过滤，具有占地面积少，水头损失小、反冲洗水量少，运行费用低等特点，适用于污水深度处理、中水回用、地表水净化等领域，可实现污水水质从一级B到一级A的提标改造。

3 升级改造工程设计

为验证芬顿高级氧化工艺对难降解有机物的处理效果，委托山东省环境科学研究院在现场进行小试实验，验证了芬顿高级氧化工艺对该园区混合难降解有机废水深度处理的可行性。

3.1 设计进、出水水质

升级改造设计进、出水水水质见表1。

表1 升级改造设计进、出水水水质

本项目为一、二期升级改造和三期扩建工程同时进行，深度处理按总规模7.5万m3/d整体考虑，在此只对深度处理工艺段及污泥脱水系统改造的设计概况进行论述。

3.2 二次提升泵站

为满足深度处理高程要求，二沉池后需设置二次提升泵站。设计规模7.5万m3/d，变化系数1.31，尺寸10.5 m ×10.4 m ×5.1 m（L×B×H），钢筋混凝土结构。设置潜水泵4台，3用1备，单台性能参数：Q（流量） =1 365 m3/h，H（扬程） =6 m，N（功率）=45 kW。

3.3 芬顿反应池

进一步去除难降解有机物。设计规模7.5万m3/d，变化系数1.31，尺寸为36.9 m×21.4 m×6.0 m（L×B×H），钢筋混凝土结构。设计参数为：反应pH值为 5，芬顿试剂投加量为ρ（FeSO4·7H2O） +ρ（H2O2）=200 mg/L+100 mg/L，硫酸加药量 120 mg/L，石灰加药量350 mg/L，调酸时间10 min，反应时间40 min，调碱时间10 min。设置框式搅拌器8台，N=4 kW；立式涡轮搅拌机4台，N=7.5 kW。

3.4 磁混凝沉淀池

沉淀去除芬顿反应产生的化学污泥及强化TP的去除。设计规模7.5万m3/d，变化系数1.31，设置2座磁混凝沉淀池，钢筋混凝土结构。闪混池停留时间为20～30 s，尺寸为2.0 m×2.0 m×2.35 m；反应池停留时间为9.0 min，尺寸为4.0 m×4.0 m×4.55 m；澄清池表面负荷 13.82 m3/（m2·h），D（直径） =12.0 m，H（高）=4.85 m。设计加药量：聚铁为250 mg/L（液体，当二沉池出水水质较好时暂停芬顿试剂的投加，通过增大混凝药剂投加量确保出水达标排放）；ρ（聚丙烯酰胺（PAM））为2.0 mg/L，磁粉补充量为5 mg/L。设置潜水搅拌器2台，变频，N=1.5 kW；潜水搅拌器4台，变频，N=3.7 kW；潜水搅拌器4台，变频，N=2.2 kW；剪切机2台，单台性能参数为Q=603 m3/h，N=0.75 kW；磁分离机2台，单台性能参数为Q=50 m3/h，N=4 kW； 刮泥机 2台，D=12 m，N=1.5 kW；污泥泵4台，2用2备，单台性能参数为Q=210 m3/h，H=10 m，N=11 kW。

3.5 滤布滤池

进一步去除残留在污水中的SS，满足出水要求。设计规模7.5万m3/d，变化系数1.31，钢筋混凝土结构。建筑物尺寸为8.5 m×16.15 m，构筑物尺寸为12.9 m×8.9 m×4.7 m。设置2套D=3 m的滤布转盘，驱动电机2套，功率N=0.75 kW；反冲洗离心泵6台，单台性能参数为Q=50 m3/h，H=7 m，N=2.2 kW。

3.6 加药间

设置加药间1座，设计规模7.5万m3/d，变化系数1.31，框架结构。建筑物尺寸30.4 m×12.4 m。设置溶药搅拌机4台，N=5.5 kW；硫酸亚铁螺杆加药泵3台，2用1备，单台参数为Q=2 000～4 000 L/h，P（压力）=0.4 MPa，N=1.5 kW；石灰螺杆加药泵3台，2用1备，单台参数为Q=4 000～6 000 L/h，P=0.4 MPa，N=2.2 kW；PAM一体化溶药装置1套，制备能力15 kg/h，N=5.0 kW；PAM螺杆加药泵3台，2用1备，单台参数为Q=500～700 L/h，P=0.4 MPa，N=0.75 kW。

3.7 污泥脱水系统改造

本项目提标改造后污泥处理含水率要求需从80%降至60%，设计产泥量为24 t绝干污泥/d，污泥深度处理系统采用“重力浓缩+污泥调理+板框压滤”，设计规模 7.5万 m3/d，工艺流程见图 3。设置污泥浓缩池1座，D=26 m，污泥固体负荷为45 kg/（m2·d）。 设置污泥调理池 4 格，80 m3/格，调理进泥时间1 h，调理时间1 h，调理剂FeCl3投加量为干泥量的3%～4%，生石灰投加量为干泥量的40%～50%。设置污泥脱水间1座，2层框架结构，1层为污泥调理加药设备间，2层为板框压滤操作间。板框过滤周期1.5 h（不含调理时间），设置污泥调理搅拌机4台，单台N=15 kW；生石灰储罐2个，单个容量 30 t；FeCl3储罐 1 个，容积 15 m3；FeCl3隔膜加药泵2台，N=0.25 kW；污泥切割机1台，N=4 kW；单泵壳渣浆泵1台，Q=110 m3/h，H=20 m，N=15 kW；离心式渣浆进泥泵2台，单台Q=70 m3/h，H=75 m，N=30 kW；多级离心压榨泵4台，单台Q=320 m3/h，H=138 m，N=18.5 kW；3台板框压滤机，2用1备，单台参数为过滤面积400 m2，配板数量103块，压紧压力20 Mpa，过滤压力12 kg/cm2，N=16.1 kW；螺杆式空气压缩机2台，Q（风量）=3 m3/min，P=0.8 MPa，N=18.5 kW； 皮带输送机3台，长度L=12 500 mm，N=4 kW；皮带输送机1台，L=900 mm，N=5.5 kW；螺旋输送机3台，N=4 kW。

图3 污泥深度处理工艺流程

该项目于2013年6月完成提标扩建改造工作，稳定运行至今已达3 a时间。2013年6月 ～2016年6月污水厂平均进水量为5.5万m3/d，深度处理系统进、出水平均水质见表2。

表2 2013～2016年深度处理系统平均进出水水质情况

由表2可知，芬顿+磁混凝沉淀+滤布滤池组合工艺对难降解有机物去除效果明显，出水各项指标稳定达到一级A排放标准。出水CODCr优于一级A标，验证了中试实验结论。

4 运行中的问题讨论

（1）芬顿反应较难精确控制。芬顿试剂及调节酸碱的药剂投加量需根据二沉池出水水质、水量变化做相应调节，而水质、水量瞬息变化，但pH值和流量反馈系统具有一定滞后性，导致药剂投加量的调节也具有滞后性，不能精确控制，为保证出水水质全面达标排放，可能存在药剂过量投加的情况。在选择自动控制系统时，应选择反应及时、可靠性好的控制系统及设备，尽可能实现精确控制。

（2）芬顿反应将产生大量化学污泥，给污泥脱水造成压力，同时增加运行成本。结合该厂实际情况，在二沉池出水ρ（CODCr）≤ 70 mg/L时，改为暂停芬顿试剂投加，增大聚铁投加量，以降低运行成本；当二沉池出水ρ（CODCr）＞70 mg/L时，恢复芬顿加药系统，并减少聚铁投加量。各种药剂加药量需根据进水水质由小试实验确定[6]。

（3）由于本项目污水深度处理过程中投加大量聚铁和芬顿试剂，这些试剂同时可起到污泥调理的作用，因此污泥深度脱水调理时的实际调理剂投加量远小于设计投加量，FeCl3投加率为干泥量的2.4%，生石灰投加率为干泥量的21.3%，可显著降低污泥深度处理成本。

5 结论

（1）“芬顿高级氧化+磁混凝沉淀+滤布滤池”组合工艺对该项目难降解有机物的深度处理效果明显，升级改造后出水各项指标稳定达到一级A排放标准。

（2）芬顿工艺设计反应pH值为5，芬顿试剂投加量为ρ（FeSO4·7H2O）+ρ（H2O2）=200mg/L+100mg/L，硫酸加药量120 mg/L，石灰加药量350 mg/L。当二沉池出水水质较好时，可暂停芬顿试剂的投加，通过增加混凝药剂加药量保证出水达标排放。该设计较为灵活，可根据进水水质的变化调整工艺参数和加药量，降低运行成本。

（3）“重力浓缩+污泥调理+板框压滤”可使脱水污泥含水率降至60%以下。污水深度处理投加的大量聚铁和芬顿试剂，可起污泥调理作用，减少污泥调理剂的投加量，降低污泥处理成本。

（4）该厂采用的“芬顿高级氧化+磁混凝沉淀+滤布滤池”深度处理工艺，对难降解工业废水具有良好的去除效果，对类似工业废水处理厂的升级改造具有一定借鉴意义。