1、工程概況

　　江蘇某化工有限公司主要采用化學合成工藝生產發散性染料等產品。由于生產過程中產生大量的高COD、高氨氮和高色度廢水，如果處理不達標將會對周圍環境造成嚴重污染。該公司已建一座3000m3/d的廢水處理站，但由于該廠產量增加及染料產品變化，產生的廢水污染物濃度升高，原有工藝處理能力和效果有限，無法達到排放要求。

　　根據該公司提供的資料，廢水水量、水質及排放要求見表1。

　　原工藝流程見圖1。原工藝是將高濃度廢水與低濃度廢水混合后進行處理，致使后續工藝的有機負荷承載過大，同時該廢水的COD、氨氮很高，現有的處理工藝無法使出水水質達到接管標準。染料廢水可生化性差，原有的生化系統處理效果不明顯，故需進行升級改造。改造后工藝流程見圖2。

　　改造后的工藝流程適應性更強，耐沖擊負荷更大，經過高級氧化與物化處理后的高濃度染料廢水的可生化性提高，同時也減小了對后續生化系統的沖擊負荷。

　　相較于原有工藝單一的廢水收集處理方式，改造后采用分質分流的收集處理方式。同時將部分高濃度的含氮廢水預先采用脫氨膜系統處理，可將染料廢水的氨氮降至100mg/L以下，混合后的廢水經過氨吹脫法和硝化反硝化處理后，其氨氮能達到出水標準。混合后的高濃度廢水再經過鐵碳微電解和芬頓反應高級氧化進行預處理，相對改造前的鐵碳芬頓池，改造后的鐵碳芬頓池更換了新的鐵碳填料和鐵碳比，并通過小試計算出了芬頓反應中FeSO4和H2O2的最佳投加比例。改造后的前段預處理工藝對COD的去除率比原工藝提高了30%，極大地緩解了后續生化系統的處理壓力。

　　改造后的生化系統采用厭氧+缺氧+厭氧+兩級好氧的工藝組合方式。由于分散性染料在水中呈溶解度極低的非離子狀態，且廢水可生化性極差，故現有工藝選擇ABR+微氧池+UASB的厭氧工藝組合，以加強其厭氧作用，強化水解酸化效果，提高廢水可生化性，以利于后續好氧處理。相較于原工藝的A/O生化系統，改造后的生化系統對COD的去除率提高了50%。同時，為使好氧池出水指標進一步降低，在末端采用了后芬頓+UV紫外催化氧化的深度處理工藝，保證出水穩定達標排放。

　　2、改造后的構筑物及主要設備參數

　　改造后的構筑物及主要設備參數見表2。

　　3、實際運行結果及分析

　　3.1 主要反應器的運行效果

　　①ABR反應器經過2個月的調試運行后，ABR反應器的出水趨于穩定，其對COD的去除效果如圖3所示。

　　ABR反應器由3個串聯的ABR罐構成，為了減少進水中有毒物質對微生物的毒害作用，通過污泥回流使ABR罐3的污泥回流到罐1。接種污泥來自江蘇某污水處理廠的厭氧顆粒污泥，其接種量控制在30gVSS/L左右。在實際運行中，將ABR進水COD穩定在5000mg/L左右，NH3-N控制在500mg/L以下，罐內水溫控制在35～36℃，pH值控制在7.0～8.0。由于該廢水中磷酸鹽濃度較低，為了保證進水營養元素比例均衡，需按C∶N∶P=200∶5∶1的比例人工投加Na3PO4。由于該廠進水水質波動較大，導致ABR進水水質不太穩定，其COD波動范圍為4000～5500mg/L，COD去除率穩定在20%～35%。該ABR反應器的良好運行很好地緩解了后續處理工藝的有機負荷，并提高了廢水的可生化性。

　　②UASB反應器

　　該工藝的UASB反應池由2組反應器并聯而成，接種污泥來自江蘇某同類染料廠的UASB反應器排出的新鮮顆粒污泥。在調試過程中，當可降解污泥負荷率達到0.3kgCOD/(kgVSS·d)時，顆粒污泥開始形成，此時將污泥負荷率提高到0.6kgCOD/(kgVSS·d)有利于顆粒污泥的加速形成。在運行維護過程中，將COD保持在4000mg/L左右，氨氮濃度<350mg/L。圖4是UASB反應池在2017年11月的水質數據。從圖4可知，UASB反應器的出水COD保持在2400～3200mg/L，其對COD的去除率為16%～30%。隨著處理工藝流程的變長，容易被微生物利用的有機物也變少，相較于ABR反應器，UASB對COD的去除率有所下降。

　　③兩級好氧曝氣池

　　接種污泥來自某生活污水處理廠的好氧剩余污泥，在調試期間往好氧池加滿沉淀池的澄清液，同時投加適量面粉。為保證好氧微生物所需的代謝營養元素，按C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加Na3PO4。加泥后每次悶曝0.5d，悶曝3d后連續小水量進水，每次提高污泥負荷20%，直至設計負荷。

　　在經過大半年的運行后，好氧池的污泥流失比較嚴重，為了保證好氧池的正常運行，又進行了第二次接種，總共向2座好氧池投加了100t生活污水處理廠的新鮮污泥。在經過一個月的運行后，好氧池1的污泥沉降比(SV30)從5%上升到25%，好氧池2的SV30則穩定在30%～40%，且污泥由暗黑色變成黃褐色并伴有大量菌膠團。為了保證好氧池的污泥正常生長，控制好氧池1的DO值在2.0mg/L左右，好氧池2的DO為2.0～4.0mg/L，污泥回流比為75%，MLSS穩定在3500mg/L。圖5是2017年11月好氧系統的運行效果。好氧池2的出水COD為1200～1500mg/L，兩級好氧池對COD的去除率保持在50%左右。

　　3.2 組合工藝的運行效果

　　該工程于2017年初開始調試，已正常運行一年多。該組合工藝運行效果良好，出水水質穩定達到園區納管要求。2018年3月的監測數據見表3。

　　由表3可知，進水的污染物濃度很高，但經過鐵碳芬頓、混凝沉淀、ABR、UASB反應器和兩級生化曝氣池處理和末端深度處理后，其出水水質趨于穩定，證明該高級氧化+物化+生化+高級氧化的組合工藝抗沖擊負荷能力強。鐵碳芬頓+混凝沉淀對COD的去除效果很好，能使COD為10000mg/L左右的進水經其預處理后，COD穩定在5000～6000mg/L。在未安裝脫氨膜系統對超高氨氮車間廢水預處理之前，其進水氨氮濃度能達到1500mg/L左右，而通過對超高氨氮廢水預處理之后，進水氨氮濃度可穩定在600～800mg/L。除了氨吹脫系統、生化系統和高級氧化系統對氨氮去除發揮主要作用外，為了保證出水氨氮達標，實際運行時在三沉池出水中按0.2%的比例投加次氯酸鈉，以保證出水氨氮<40mg/L。該染料廢水TP濃度很低，不含有機磷，為保證生化效果，在ABR反應器和好氧池中按比例人工投加磷酸三鈉，且廢水中的含磷物質在整個工藝中處于低水平，并可被厭氧菌和好氧菌消耗利用，三沉池出水TP穩定在1mg/L以下。整套工藝對COD的去除率穩定在92%以上，對氨氮的去除率保持在95%以上，出水pH值也穩定在7左右。出水各項指標均達到園區污水處理廠的接管標準。

　　4、運行中的問題及分析

　　①芬頓池藥劑比例的投加控制。

　　通過小試確定硫酸亞鐵和雙氧水的最佳投加比例，但在運行中由于人工控制流量誤差很大，過量雙氧水流入中和沉淀池會產生大量氣泡，影響沉淀效果。在生產中，將硫酸亞鐵投加量在計算比例基礎上適量增加，以消耗過量的雙氧水。

　　②好氧池1中DO的控制。

　　由于好氧池1直接受到UASB出水的厭氧沖擊，導致好氧池DO一直處于2.0mg/L左右，且風機耗能比較大。若將好氧池1改造為缺氧池，與好氧池2構成A/O一體池，不僅可以去除COD，也可以強化脫氮效果。

　　③生化系統的可生化性利用問題。

　　隨著工藝鏈的延長，微生物易降解的有機物變少，導致兩級生化曝氣池生化去除效果不是特別高，為了提高廢水可生化性，建議將后芬頓系統設置在好氧池2前端。

　　5、經濟分析

　　該工程的處理水量為2000m3/d，設備材料及電氣儀表合計400萬元，工程設計調試及菌種費總計150萬元。藥劑投加費為4.10元/m3，人工費為1.23元/m3，水電費為1.15元/m3，污泥處置費為0.6元/m3，則廢水直接處理成本為7.08元/m3。

　　6、結論

　　采用RANS脫氨膜系統+Fe-C/Fenton+混凝沉淀+ABR+UASB+兩級好氧池+高級氧化深度處理工藝處理高氨氮、高COD的有機染料廢水，工藝運行效果很好，抗沖擊負荷能力強，系統出水穩定，對COD和NH3-N的去除率分別達到92%、95%，其出水水質指標完全符合該化工園區的污水處理廠接管標準。(來源：南昌大學資源環境與化工學院 鄱陽湖環境與資源利用教育部重點實驗室)