改良型AB法工艺处理高氨氮印染废水工程实例

时间：2024-09-03

郭佳，闫宏生

（包头铁道职业技术学院环境科学专业，内蒙古包头 014040）

印染行业是我国重要的支柱产业，基于行业特征，印染行业污水排放量大、环境污染严重，自2013年1 月1 日实施GB 4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》以来，国家提高了CODCr、氨氮、苯胺类等指标的处理要求［1］，总氮（TN）、总锑等也被纳入常规指标监测范围，导致印染行业废水处理设施必须进行改造提升，以达到新的环保要求。

印染废水主要来自于前处理、染色、漂洗等工艺段，主要成分是各种染料、助剂、浆料、纤维杂质等，具有水量大、可生化性低、色度高、污染物种类多的特点，属于难处理废水［2］，其中尤以印花工艺排放的高总氮废水处理难度最大，一般是与其他废水混合处理，但是当印花废水比例较高时，混合废水处理难度和废水处理系统运行费用都将大大提高。因此，探索一套经济、可靠的印染废水总氮去除工艺具有重要的现实意义。

某企业采用水解氨化池/好氧池/中沉池的前置硝化工艺预处理高氨氮印花废水，采用截留池/A 段兼氧/A 段二沉/B 段好氧/B 段二沉/终沉池的改良型AB 法工艺处理高总氮综合废水。鉴于江苏省江阴地区不断严格、趋紧的环保整治力度，该企业于2017 年底兴建新的具有脱氮功能的污水处理系统，于2018年10 月试运行并投产使用。根据企业自检数据，该工程达到预期设计目标，系统运行稳定，在生产企业和环保企业的通力合作下首次实现了采用改良型AB法工艺去除污水中的CODCr及总氮。

1 工程概况

江苏省江阴市某印染厂主营高档纯棉面料的染色、印花加工，染料品种基本以活性染料为主，污水具有高CODCr、高氨氮、高总氮等缺点。该厂日常排放废水量为2 000～2 500 m3/d，其中印花废水（高氨氮、高总氮）占比约40%，该综合废水可生化性较好、pH偏碱性、色度非常深、悬浮物浓度高。原有污水处理系统出水除CODCr等常规指标达标外，氨氮、总氮均存在超标风险。为了适应江苏省江阴地区日益严格的环保要求，该企业投资改造了原有污水处理设施，确保污染物指标均可稳定达标。污水系统设计处理水量3 000 m3/d，其中高氨氮活性印花废水按1 200 t/d计，设计进水、出水水质如表1所示。

表1 设计进水及出水水质

2 工艺设计

2.1 工艺流程

印花预处理工艺：

综合污水处理系统：

物化、生化污泥排入污泥池，经板框压滤后外运填埋或焚烧。

2.2 处理单元

2.2.1 印花调节池

用于调节企业印花车间排放污水的水质、水量。一般印染企业受到机缸操作以及员工作息时间的影响，污水排放存在峰谷现象，调节池需承受高峰时期排放的污水量，并将其平衡至全天各个时段，以保证污水处理系统连续、稳定地运行。水池1 座，尺寸为20 m×5 m×5 m，水力停留时间（HRT）=9.0 h，地下式钢砼结构。调节池设置人工格栅1 套，用于去除污水中的杂质，如绒毛、短纤等；用于污水提升的引水罐1套及端吸离心泵两台（含变频），水泵1 用1 备，单台参数为Q=50 m3/h、H=20 m、额定功率（N）=5.5 kW，单台水泵均配套N=15 kW 变频；用于污水计量和实时监控流量的电磁流量计1 套；用于监控水池水位及高液位报警的雷达液位计1套。

2.2.2 脉冲氨化池

在厌氧环境下，水解细菌不仅可以将大分子有机物分解为小分子有机物，而且在活性染料印花过程中也可以将尿素分解为无机铵根离子（NH4+）。水池1 座，尺寸为10.0 m×10.0 m×7.5 m，HRT=14.0 h，半地上式钢砼结构。设置脉冲布水系统1 套（含脉冲罐和池底穿孔布水系统）；组合填料（500 m3）及配套支架1套，填料有效高度5 m；不锈钢出水堰1套。

2.2.3 好氧池

企业污水中氮源的85%以上来自印花废水，通过长停留时间的好氧硝化作用，将印花污水中的无机铵根离子全部转化为硝酸根离子，以便与综合污水进行充分的反硝化反应。水池4 座，尺寸为20.0 m×5.0 m×7.5 m，有效水深7 m，HRT=56.0 h，半地上式钢砼结构。好氧池设置型号为Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝气器220 套，单套曝气量Q=12～16 m3/h；节能风机3 台（与综合污水系统共用），2 用1 备，单台Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，单台风机均配套N=110 kW 变频。

2.2.4 中沉池

预处理生化系统需保证较高的污泥浓度，故采用斜管沉淀形式同时表面负荷取低值来最大程度地提高系统的污泥浓度。水池1 座，尺寸9 m×9 m×7 m，有效水深6.5 m；表面负荷0.62 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式钢砼结构。中沉池设置斜管（服务面积80 m2）及配套支架1 套；不锈钢出水堰1 套；污泥回流泵2台，1用1备，单台Q=50 m3/h、H=11.5 m、N=3 kW，用于中沉池底部污泥回流至好氧池。

2.2.5 综合调节池

用于调节企业排放污水的水质、水量。水池1 座，尺寸为20 m×20 m×5 m，HRT=14.4 h，地下式钢砼结构。调节池设置超精细气洗格栅机1 套，用于去除污水中的杂质，如绒毛、短纤等；用于污水提升的引水罐1 套以及端吸离心泵2 台（含变频），水泵1 用1 备，单台Q=160 m3/h、H=20 m、N=15 kW，单台水泵均配套N=15 kW 变频；用于污水计量和实时监控流量的电磁流量计1 套；用于监控水池水位及高液位报警的雷达液位计1套。

2.2.6 截留池

一般压滤机滤液及污泥池滗水清液中往往残留少量絮凝类金属离子，如Fe2+、Fe3+、Al3+等，当该废水回流至调节池时，因pH 波动容易形成二次絮凝，如果该絮凝物化污泥进入生化系统，容易导致生化系统活性污泥中的无机物比例升高，SVI 值降低，污泥缺乏活性，因此需在AB 法工艺前设置截留池去除污水中的悬浮颗粒及少量絮凝物化污泥。水池1 座，尺寸为8.0 m×8.0 m×7.5 m，有效水深为7 m，表面负荷为2.0 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式钢砼结构。截留池设置斜管（服务面积64 m2）及配套支架1 套；不锈钢出水堰1 套；污泥排泥泵1 台，参数为Q=50 m3/h、H=11.5 m、N=3 kW；用于降低污水温度的冷却塔1套，处理量150 m3/h。

2.2.7 A 段兼氧池

A 段兼氧池污泥负荷高，采用低溶氧运行模式，溶解氧质量浓度控制在0～0.5 mg/L，pH 控制在7～9，此工况下不仅反硝化细菌可以高效地进行反硝化反应，常规需氧型微生物也可以利用氧气进行氧化还原反应，提高A 段生化反应池去除污染物（CODCr、TN）的效率。水池3 座，尺寸为20.0 m×5.0 m×7.5 m，有效水深为7 m，HRT=16.8 h，半地上式钢砼结构。A 段兼氧池设置型号为Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝气器120 套，单套曝气量Q=12～16 m3/h；节能风机3 台（与印花废水系统共用），2 用1 备，单台Q=52.85 m3/min、ΔP=78.4 kPa、N=110 kW，单台风机均配套N=110 kW 变频。

2.2.8 A 段二沉池

A 段二沉池可将A 段兼氧池和B 段好氧池进行有效划分，使A 段兼氧池的微生物能够以反硝化细菌和可在低溶解氧下快速繁殖的细菌为优势菌群，通过微生物吸附和生物降解去除有机污染物。水池1座，尺寸为9.0 m×9.0 m×7.5 m，有效水深为7 m，表面负荷为1.55 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式钢砼结构。A 段二沉池设置斜管（80 m2）以及配套支架1 套；不锈钢出水堰1 套；污泥回流泵2 台，1 用1 备，单台Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW，用于A 段二沉池底部污泥回流至A 段兼氧池。

2.2.9 B 段好氧池

B 段好氧池污泥负荷低，采用高溶氧运行模式，中后端溶解氧质量浓度控制在2～4 mg/L，pH 控制在6.5～8.0，硝化液回流比控制在200%～300%。水池6座，尺寸为18.0 m×6.0 m×7.5 m，有效水深为7 m，HRT=36.0 h，半地上式钢砼结构。B 段好氧池设置型号为Ф69 mm×580 mm×4 支的可提升式曝气器180 套，单套曝气量Q=12 m3/h；节能风机3 台以及配套变频（与印花废水系统共用）；硝化液回流泵2 台，1 用1 备，单台Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW。

2.2.10 B 段二沉池

考虑到污水中残留的总氮易导致污泥上浮，B 段二沉池采用辐流式沉淀池设计且表面负荷取低值，可防止因沉淀池死角导致的污泥反硝化上浮现象，从而保证出水悬浮物浓度较低，在水质较好的情况下可直接达标排放。水池1 座，尺寸为Ф16 m×6 m，有效水深5.5 m，表面负荷0.62 m3/(m2·h)，中心筒布水，半地上式钢砼结构。B 段二沉池设置不锈钢出水堰1套；周边传动刮泥机1台，N=1.5 kW；污泥回流泵2台，1用1备，单台Q=120 m3/h、H=11 m、N=5.5 kW。

2.2.11 终沉池

考虑到污水系统中存在CO32-、HCO3-缓冲体系，终沉池投加酸性絮凝剂容易产生气体，导致污泥上浮，所以终沉池表面负荷需要取低值。水池1 座，尺寸为Ф16.0 m×5.5 m，有效水深为5 m，表面负荷为0.63 m3/(m2·h)，半地上式钢砼结构。终沉池设置不锈钢出水堰1套；周边传动刮泥机1台；污泥排泥泵2台，1用1 备，单台Q=60 m3/h、H=11 m、N=3 kW；反应池中投加聚合氯化铝（PAC，水剂）和聚丙烯酰胺（PAM，粉剂），其中PAC 投加量控制在800～1 200 mg/L，PAM 投加量控制在3～5 mg/L；PAC 药剂存储PE 桶2 只；加药系统2 套、PAM 化药系统1 套，用隔膜计量泵投加，2用2备，单台Q=416 L/h、P=1 000 kPa、N=0.55 kW。

3 工程处理效果及分析

3.1 试运行数据分析

本工程采用预处理+改良型AB 法工艺，项目于2018 年8 月开展调试，并于10 月完成调试工作交付业主使用，至今仍稳定运行。由于污水进行了清污分流（主要是印花水分流），综合调节池的污水混入了预处理后的印花废水，并不能代表本项目实际的进水水质，鉴于车间至污水站采用水泵泵送，我方通过管道在线采样设备，每日采集进入印花废水调节池和综合调节池的污水水样并监测各项污染物指标，通过加权法计算企业排放混合污水的污染物质量浓度估算值，计算公式如下：

式中：ρ日加权值为企业排放混合污水的污染物质量浓度估算值；ρ印花废水为在线采样设备每日获得并监测的印花废水污染物质量浓度实测值；ρ其他废水为在线采样设备每日获得并监测的印染废水（不含印花废水）污染物质量浓度实测值；Q印花废水为每日排入印花废水调节池的污水量；Q其他废水为每日排入综合调节池的污水量。试运行期间的进水水质数据见表2。

表2 试运行期间的进水水质

由表2 可以看出，试运行期间，进水水质均低于设计进水水质，符合污水系统调试验收要求。另外试运行验收期间同步监测印花调节池、截留池、脉冲氨化池、中沉池、综合调节池、A 段二沉池、B 段二沉池、终沉池的出水pH、CODCr、NH3-N、TN、苯胺类等的水质指标，平均值结果如表3 所示。从终沉池出水水质来看，本项目的实际运行效果达到了设计要求，其中CODCr、NH3-N、TN、苯胺类的去除率分别为94.6%、98.0%、92.5%、74.4%，在印染污水处理领域达到了较高的设计运维水平，特别是总氮、苯胺类难处理指标取得了较高的去除效果。

表3 各处理单元的出水水质

3.2 pH 控制

本项目污水系统pH 波动较大，会影响好氧硝化反应，因此需要注意各好氧池pH 的降低情况，特别是印花废水预处理的好氧池。由于企业85%以上的氨氮需要在好氧池内完成硝化，会产生大量硝酸根离子，消耗相应的碱剂，在好氧池后段会出现pH 快速降低的现象，需要视情况补充一定量碱剂，将好氧池pH 控制在6.5～9.0，避免出现污水pH 低于6.0 而导致活性污泥中硝化细菌活性降低的情况。

3.3 碳源利用

污水反硝化脱氮主要集中在综合系统A 段，A 段进出水TN 分别为223、58 mg/L，去除率达到了74%，CODCr分别为1 521、976 mg/L，去除率达到36%，反硝化反应消耗的碳源与氮源之比（C/N）估算公式如下：

式中，CODCr（进水）以综合调节池出水CODCr（15 日平均值）计；CODCr（出水）以A 段二沉池出水CODCr（15日平均值）计；TN（进水）以综合调节池出水TN（15 日平均值）计；TN（出水）以A 段二沉池出水TN（15 日平均值）计。

因反硝化反应消耗的C/N为3.30（估算值），与反硝化理论值2.86 非常接近，说明改良型AB 法工艺通过A 段独立的生化系统（配套独立的沉淀池）形成了以反硝化为主的微生物菌群，碳源利用率较常规AO工艺有大幅提升［3］。

3.4 苯胺类

从综合污水角度考虑，大系统苯胺类去除率为74.4%；从印花废水角度考虑，预处理系统苯胺类去除率为73.3%，推测印花废水预处理后残留的苯胺类物质不能在综合废水处理系统中被微生物分解，苯胺类污染物存在生物降解极限。为验证该猜想，对中沉池出水、B 段二沉池出水进行生化小试，结果见表4。由表4 可知，印花废水苯胺类污染物存在生物降解极限的猜想成立，原因可能是部分染料、助剂在生产过程中存在不同种类含苯胺的中间体，该中间体的可生化性决定了与之对应的苯胺类污染物是否可被降解，当中间体不易被降解时，对应的苯胺类污染物就无法通过常规生化手段去除。

表4 生化小试实验的步骤与结果

4 技术经济分析

本项目为技改项目，工程总投资578.0 万元，其中设计、设备、安装、调试费用为318.0万元，土建费用为260.0万元。系统运行费用：日均电耗8 710 kWh，电价0.8 元/kWh，电费为6 968 元/天；日均PAC 消耗量2.8 t，单价350 元/t，日均PAM 消耗量8 kg，单价20 000元/t，日均30%工业液碱（水剂）消耗量0.15 t，单价800 元/t，则药剂费为1 260 元/天；定员8 人，人工工资按5 000 元/月计，人工费为1 333 元/天；日均污泥产量5.4 t，含水率65%～70%，污泥处置费400 元/t，污泥费为2 160 元/天；试运行期间印花废水日处理量平均值984 t，其他综合废水日处理量平均值1 574 t，合计总处理水量为2 558 t/d，直接运行费用为11 721元/天，折合单位废水运行费用为4.58 元/t［4］，相较改造前降低了约0.4元/t，经济效益明显提高。