常规组合工艺-稳定塘-湿地系统处理印染废水
摘要：针对工业园区印染企业产生的印染废水和生活污水，采用独特的“常规组合工艺与‘植物稳定塘-人工湿地系统’联合工艺”对其进行集中统一处理，并考察了运行效果。数据结果表明，系统出水COD、BOD5、SS、色度、NH3-N和TP平均分别为63.2 mg/L、13.8 mg/L、5.0 mg/L、49倍、0.2 mg/L和0.4 mg/L，出水水质达到国家污水综合排放一级标准(GB8978-1996)。该工艺运行稳定，可有效去除废水中的COD、SS和色度，去除率均在90%以上。按日均处理量4×104m3计算，此工艺每年将削减COD排放近30万t。
关键词：物化 常规组合工艺 稳定塘 人工湿地 印染废水
纺织印染行业是用水和排污大户，2007年我国印染废水年排放量已达23～30亿t，COD排放居工业领域第四［1］。印染废水水量大、成分复杂、有机物浓度高、碱性大、色度高，且印染所采用的染料和染整助剂分子结构十分复杂，废水可生化性差，脱色难度大，是工业废水处理中的难题之一［1-4］。探索经济有效的印染废水处理方法成为近年来水处理领域的热点。
20世纪70年代以来，国内处理印染废水主要以生物处理为主，尤以好氧生物处理占绝大多数［3］。但因印染行业中PVC、CWC和新型助剂等大量使用，染料也向抗氧化、抗生物降解方向发展，导致印染废水处理难度大增［5，6］，单纯用生物工艺难以达标，物化法与生化法结合起来成为趋势［4，7-9］。
本工艺就采用了常规“物化和生化组合”工艺，生化组合是由厌氧水解酸化池和好氧活性污泥池组成。除此之外，工艺还创新性地将高效、低成本的“植物稳定塘+人工湿地系统”工艺大规模地应用于印染工业废水的深度处理实践中，具有重要的参考借鉴意义。
1·工程概况和分析方法
1.1原水水质和排放标准
广东某印染污水处理厂位于工业园区纺织染整基地内，集中统一处理基地内数十家纺织印染企业的工业废水和生活污水。日均处理印染废水约4×104m3，主要包括浆料浓水、漂染废水和印染助剂等印染废水及部分生活污水。原水进水水质和国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准见表1。
.gif) |
1.2工艺流程
根据综合印染废水污染物水量大、成分复杂、色度深和可生化性差等特点，采用生化-植物稳定塘-人工湿地系统工艺进行处理，其工艺流程如图1所示。
.gif) |
1.3主要构筑物
主要构筑物和设备如表2所示。
.gif) |
1.3.1调节池
综合印染废水污染物种类多，成分复杂、性质不稳定，进水量大且不稳定。调节池的作用就是通过预曝气均化水量水质并加酸中和调节pH。为使污水水质均匀混合，其有效容积宜稍大，达到24 000m3。调节池出口处加入硫酸亚铁、石灰乳，进入小型混合池后，加PAM絮凝剂混凝沉淀，然后直接流进初沉池。
1.3.2厌氧水解池
采用厌氧水解酸化，废水在厌氧水解酸化池内厌氧菌和产酸菌的共同作用下，将废水中结构复杂的大分子印染有机物降解为小分子有机物或中间产物，可降低废水毒性、提高废水可生化性，为后续的好氧活性污泥处理创造了条件。因废水处理量大，应安装搅拌器，使池内的微生物与废水均匀接触，以更好地分解染料。
1.3.3好氧活性污泥池
活性污泥池在曝气条件下，通过各种好氧细菌、原生生物和后生生物的同化、异化作用，将印染废水中的有机物最终分解为水、二氧化碳和无机盐。废水经过活性污泥的絮凝、吸附和降解，再进入二沉池沉淀，排出上清液。二沉池的部分污泥回流到活性污泥池。
1.3.4植物稳定塘-人工湿地
植物稳定塘-人工湿地生态系统是将污水处理厂7 km外的城郊荒地和鱼塘改建，改后系统由植物稳定塘(2×4 000 m3)、三级串联强化生物滤床(3 500 m3+2 600 m3+4 900 m3)、表面溢流湿地(5 400 m3)、强化生物滤床组成(6×5 000 m3)，总占地面积约为5.5×104 m3。植物稳定塘中栽有莲藕、水草，并放养鲤鱼、草鱼等，人工湿地的三级强化生物滤床和表面溢流湿地交叉种植菖蒲、芦苇、风车草、美人蕉等对氮、磷、营养盐类等具有良好吸附降解作用的湿地植物，深度去除废水中SS、COD、氮磷和色度等主要污染物及其他微量特征污染物，最后流入6个5 000 m3强化生物滤床进一步深度处理降低污染指标，经监测达标后排入河涌。植物稳定塘-人工湿地生态系统通过基质过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解转化等过程来实现对污水的高效净化具有显著的环境效益、良好的经济效益［10］。
1.4分析方法
COD:重铬酸钾法测定;BOD5:稀释与接种法测定;SS:重量法测定;pH值:pH S-2型酸度计测定;色度:稀释倍数法测定;NH3-N:纳氏试剂分光光度法测定;TP:过硫酸钾消解-钼锑抗坏血酸分光光度法［11］。
2·运行结果与讨论
2.1总体运行效果
该系统的生化工艺部分增加了水解酸化池后，对整个工程包括稳定塘、人工湿地系统(生化工艺改良之前已正常稳定运行1年左右)在内进行了为期半年以上的调试运行，工艺运行稳定、出水效果良好。如表3所示，6—12月调试期间系统出水COD平均约63.2 mg/L，BOD513.8 mg/L，SS 5.0 mg/L，色度49倍，NH3-N 0.2 mg/L，TP 0.4 mg/L，完全符合GB8978-1996要求。尽管运行调试的半年期间有相当长时间处于气温较低的秋冬季，但出水指标良好，基本没有超标现象。因广东地处亚热带季风气候区，全年平均气温22.2℃，气温的日较差年较差小，系统工艺受气候影响较小，因此为详细研究工艺每日的运行情况，2.2～2.5节中选取了处于调试运行稳定阶段且气候上具有一定代表意义的10月和11月对各个水质指标进行了较为详细的分析。
.gif) |
2.2对COD的去除效果
如图2所示，稳定运行后系统进水量在3.0×104～4.3×104m3/d浮动，平均3.6×104 m3/d。进水COD 1 670～2 230 mg/L，平均2 024 mg/L，常规物化+生化组合段工艺出水COD 89.6～125.4mg/L，平均108.2 mg/L，平均去除率94.6%。经植物稳定塘-人工湿地系统处理后，出水COD 56.4～73.7 mg/L，平均64.6 mg/L，完全符合GB8978-1996一级标准，平均去除率为41.2%。可见植物稳定塘-人工湿地系统对工业废水有较强的去除效果。同时，图中进水COD曲线浮动范围较大，但出水COD曲线始终维持在100 mg/L左右，说明常规物化+生化组合段工艺去除效果稳定，耐冲击负荷大;再经植物稳定塘-人工湿地系统处理后的出水COD曲线接近直线，COD总去除率达96%以上。
.gif) |
2.3对SS的去除效果
系统稳定运行后的进水SS和去除效果如图3所示，进水SS波动曲线上下浮动显著。其中，前40天进水SS主要在617～1 140 mg/L波动，极差513mg/L，平均830 mg/L;后40天进水SS波动更为明显，浮动在727～1 300 mg/L，极差达573 mg/L，平均1 120 mg/L;前后两阶段平均值极差已达290 mg/L。这主要跟纺织企业的运行情况相关，因为工艺运行阶段纺织出口受国际经济形势影响，订单来源不稳定，导致污水排放的水质水量变化显著。尽管如此，经过常规物化+生化组合工艺处理后，出水SS保持稳定，10 mg/L左右，远低于GB8978-1996一级标准70 mg/L，平均去除率达到98.6%。经植物稳定塘-人工湿地系统进一步过滤、吸附处理后，出水SS小于5 mg/L。
.gif) |
2.4对色度的去除效果
常规物化+生化组合和植物稳定塘-人工湿地系统区段进出水色度及色度去除效果如图4所示，系统总进水色度为650～1 200倍，平均877倍。跟SS一样，前40天色度波动较小，在650～900倍之间，平均807倍;第40天后，进水色度范围为800～1200倍，波动较大，极差达400倍，是最低值的1/2，进水平均值1 033倍。经物化+生化组合前40天出水色度平均120倍，后20天平均130倍，出水色度平均为123倍，平均去除率约86.0%;经植物稳定塘-人工湿地系统深度处理后，出水波动较少，出水平均值为50倍左右，去除率为55.6%;整个系统工艺平均总去除率达93.8%。植物稳定塘-人工湿地系统对色度深度去除效果明显，色度值降低了一半以上。由于印染废水中含有难生化降解的PVC、化学助剂等，常规物化+生化组合不能将其中复杂分子结构的显色集团彻底破坏，导致出水色度值较高。增加了植物稳定塘-人工湿地系统后，易被吸附降解的色度得到去除，但残余物质的显色使得出水色度时有略超过50倍，只达到基本排放标准，故此工艺仍有改进的空间。
.gif) |
2.5对氮磷等的去除效果
系统工艺对COD、SS和色度等主要指标的去除作用明显外，对容易引起水体富营养化的氮磷等具有很强的降解去除效果。系统进水NH3-N为1～7mg/L，平均4 mg/L;而平均出水仅0.1～1 mg/L，平均0.2 mg/L以下，去除率达95.0%以上。进水TP9～30 mg/L，平均10 mg/L;而出水TP 0.1～0.8mg/L，平均约0.4 mg/L，去除率达95.5%以上。对其他指标如pH、水温等，本系统工艺也具有较强的调节能力。系统进水pH达11～13，呈强碱性，但经处理后出水pH 7.3～8.2，跟自然水体pH基本一致，表明本系统对pH的处理有很强的适应和调节能力。尽管常规物化+生化阶段出水水温较高，达30～40℃，但通入7 km外的植物稳定塘-人工湿地系统自然冷却后，出水基本与周围河涌水温一致，不会产生热污染。系统工艺每日产生的污泥量在200t左右，部分污泥被送至制砖厂综合利用，剩余部分被运至发电厂焚烧处理。
2.6经济指标分析
该工程日处理量4×104m3，总投资为15 000万元人民币，包括建设用地、植物稳定塘、人工湿地建造费用、土建设备、设计安装调试运行以及生活办公区的基础建设等。其中植物稳定塘-人工湿地系统总投资约4 000万人民币。
运行费用主要包括电费:运行功率1 700 kW，电价以0.6元/(kW·h)计，处理废水运行电费0.61元/m3;药剂费:硫酸、硫酸亚铁、石灰乳、PAM絮凝剂等，共约0.5元/m3;人工费:0.05元/m3;植物稳定塘-人工湿地(农村郊区):54 400 m2，约82亩，如日处理量为4×104m3/d，每月管理运行费用需4 000元，年仅48 000元。
3·结论
(1)本系统工艺适合处理进水量大、COD负荷高、成分复杂等特点的综合印染废水，可有效去除COD、SS和色度等污染物。按日处理量4×104 m3、COD去除率96%估算，此系统工艺一年可削减COD排放约28.6万t，对周边河道水质环境改善有明显的改善作用。对BOD5、SS和色度去除率可分别达98.4%、98.6%和92.8%以上，出水水质指标稳定达到GB8978-1996一级标准。
(2)印染污水处理厂不仅完成了工业园区要求的污水统一处理目标，还创新性地将人工湿地大规模引入印染废水的深度处理。该植物稳定塘-人工湿地系统深度处理效果良好，验证了植物稳定塘-人工湿地系统处理印染工业废水的可行性。
(3)本工艺仍有继续改进的空间。植物稳定塘-人工湿地系统深度降解印染废水效果明显、成本低廉，但对难生化降解的印染污染物色度降解效果微弱。可考虑进入植物稳定塘-人工湿地前，增加一个二氧化氯或臭氧等高级氧化脱色工艺，再经植物稳定塘-人工湿地处理后出水水质会有更大的提升。
参考文献：略
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
