湖州某印染有限公司主要從事化纖布染色印花、棉布染色及砂洗業務，其廢水主要來自產品染色印花砂洗過程中的工藝廢水、車間清洗廢水、廢氣處理廢水、廠區內生活污水、初期雨水等。人工合成有機物和天然有機物是印染廢水的主要污染物成分，其中很多有機物含有顯色基團，如-N=N-、-N=O、-SO3Na、-OH、-NH2等，還混有各類鹵代物、苯胺、酚類等助劑，以及一定量的Na2S2O4等有毒物質。
印染廢水具有成分復雜、有機物濃度高、色度高、水質波動較大、總氮較高等特點，且廢水處理過程產生的污泥量一般可達5%左右(含水率98%)。目前該企業廢水處理的難點主要集中在總氮、總銻等指標的去除及污泥的減量化，對此筆者前期通過物化加藥實驗、生物工藝參數優化后，確定采用物化+厭氧+兼氧+兩段好氧+物化工藝進行改造，項目運行半年后各項污染指標均實現穩定達標，且處理過程產生的污泥量較改造前縮減了50%。
1、工程概況
該項目廢水量為6000m3/d，出水執行《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287-2012)間接排放要求，設計進水水質及排放標準見表1。
原有廢水處理工藝流程見圖1。
由圖1可知，該廠原廢水處理系統先經調節池，進水端設有機械格柵，池內有曝氣設施，撈除垃圾后由泵提升進入加藥初沉池，通過投加聚合硫酸鐵(PFS)、消石灰、聚丙烯酰胺(PAM)將水中部分COD、色度、部分總銻去除，出水進入厭氧池，達到提高B/C、脫色、去除部分COD與總氮的目的，出水再經活性污泥池，達到去除部分COD、色度、大部分氨氮的目的，在進入二沉池進行泥水分離后，污泥回流至厭氧池，上清液進入加藥終沉池，投加PAC與PAM，進一步去除COD、色度等指標，出水納管排放。該廠原廢水站最終出水中總氮與總銻并不穩定，偶有瞬時值超標的現象，現場500m²的高壓板框壓濾機1d出3次泥餅(含水率約65%，濾餅厚20mm，即每天出30m3泥餅)，隨著環保要求日趨嚴格，污泥的處置費用不斷上升，環保問題開始制約企業的進一步發展，亟需對廢水處理站進行升級改造。
2、工藝改造思路
2.1 總氮達標改造
通過對原廢水站調研分析發現：原調節池停留時間僅5h，無法實現均質均量的目的，無單獨反硝化區及混合液回流設施，硝化不徹底是總氮無法穩定達標的主因。首先，建議擴建調節池，確保HRT在20h以上；其次，原厭氧池HRT為2d，測得MLVSS為4500mg/L左右，進厭氧池廢水的COD為1500mg/L左右，污泥負荷為0.17kgCOD/(kgVSS·d)，研究表明污泥負荷在0.29~0.51kgCOD/(kgVSS·d)范圍能加速厭氧顆粒污泥的形成，低于此范圍不利于顆粒污泥的形成，從原厭氧池內取樣發現，污泥量很少且細碎，很難通過上部三相分離器分離，導致厭氧出水渾濁，處理效果較差；建議將原厭氧池與活性污泥池改造成為厭氧池+兼氧池+兩段好氧池，
減少厭氧池停留時間，將厭氧污泥負荷提高至0.46kgCOD/(kgVSS·d)，促進顆粒污泥形成，進而改善污泥沉降性能，提高出水效果，再增設兼氧池，內設氣體攪拌設施，通過攪拌吹脫去除厭氧出水中如硫化氫等有毒氣體，改善反硝化環境，同時對好氧池內回流混合液進行反硝化，達到去除總氮的目的，最后延長好氧池停留時間，將好氧池分隔成兩段，第一段主要用于去除有機物，第二段用于硝化，增設混合液回流泵，將脫碳作用與硝化作用分開，根據生態學中的“多樣性導致穩定性原理”，兩段好氧呈現出的微生物多樣性更有利于水中各類污染物的去除。
2.2 除銻與污泥減量化改造
目前廢水中的重金屬銻主要通過加藥方法去除，傳統生物法除銻的效果不明顯，特種菌除銻雖是目前最經濟的方法，但除銻的機理與微生物的篩選培養還處于研究階段。各類藥劑中，PFS對印染廢水中銻的去除效率顯著優于鐵鋁復配混凝劑和鋁鹽混凝劑，銻去除率達97.4%，出水銻質量濃度可達4μg/L以下，因此除銻采取投加PFS為主導。
原廢水站每天消耗消石灰(粉劑、純度95%以上)約3t、PFS(水劑，純度為15%)約10t、PAC(粉劑、純度為30%)約1.2t、PAM(粉劑、純度為98%)約50kg，主要用于加藥初沉池、加藥終沉池與污泥脫水，從加藥初沉池與加藥終沉池排出含水率97%的物化污泥約250m/d，物化污泥量約占總排泥量的45%，如何減少物化污泥的產生，是本工程研究的重點，筆者從藥劑的選擇、投加點的選取、藥劑的二次利用等方面進行小試，由于印染廢水中銻離子一般成+3價或+5價，需要在酸性條件下還原后去除，原工藝pH調節不到位是除銻不穩定的主因，通過一次性采集加藥初沉池與加藥終沉池的進水進行①~⑧組對照實驗，結果見表2。
由表2可知，用硫酸+PFS組合除銻產生的污泥量明顯小于僅用PFS除銻；用石灰回調pH產泥量明顯多于液堿；除銻投加點若選擇初沉池，勢必在終沉池還要加藥，如此產泥量將明顯高于一次投加在終沉池。在保證除銻效果的前提下，污泥產量最少是第⑥實驗組，在第⑥組中先用硫酸調節pH至3~4，然后投加0.07%的PFS，此時pH為2~3，除銻效果最佳，再用液堿回調pH至6.5~7.5，沉淀分離的上清液能確保總銻保持在0.1mg/L以下，且污泥大幅減少，同時利用加藥終沉池產生的物化污泥作為藥劑二次計量投加至加藥初沉池，通過實驗組⑨可知，此法加藥初沉池中COD去除率達到25%左右，總銻去除達到50%左右，效果明顯，且整個過程僅從加藥初沉池產生一次物化污泥排入污泥池。
由于原活性污泥池停留時間較短，從二沉池排出含水率99%的剩余污泥多達300m3/d，活性污泥池內SV30達到90%，MLSS為4000mg/L左右，SVI為225，污泥膨脹嚴重，此次筆者準備通過生物池改造，延長活性污泥池的停留時間，并分隔為兩段好氧池，將有機負荷控制在0.03kgBOD5/(kgMLSS·d)以下，使活性污泥處于內源呼吸代謝期，來減少剩余污泥的排放并改善脫水性能。
3、改造工藝流程設計
改造后廢水處理工藝流程見圖2。
由圖2可知，綜合廢水自流進入調節池，擴建后的調節池有效容積為6000m3，池底設穿孔管曝氣攪拌，并通過水位控制，確保進水均質均量；出水由泵提升進入加藥初沉池，前段反應區的藥劑改為投加終沉池的物化污泥，經攪拌池攪勻后由加藥泵計量投加，達到去除部分COD、SS、色度、總銻的目的；出水進入厭氧池，調整后的厭氧池容積負荷明顯提升，具備形成顆粒污泥的條件，通過厭氧菌將廢水中各類高分子有機物開環斷鏈，提高可生化性，并將部分有色基團還原脫色，將有機氮還原成氨氮，設沉淀池回流污泥提高厭氧污泥濃度，出水自流至兼氧池，內設微曝氣設施，將厭氧出水中少量硫化氫等有毒氣體吹脫去除，并由反硝化菌對回流污泥及混合液中硝態氮、亞硝態氮還原去除，保證出水總氮達標，出水自流至兩段好氧池，先通過好氧菌吸附、代謝作用將水中大部分有機物去除，再經硝化菌硝化作用去除氨氮，出水經二沉池泥水分離后，再進入加藥終沉池，前段反應區內先用硫酸調節pH至3~4，再依次投加PFS、液堿、PAM，主要用于去除水中的總銻與COD，確保出水穩定達標后計量排放。
4、主要構筑物及設備參數
4.1 主要構筑物
(1)調節池。1座，地下式，尺寸60.0mx20.0mx5.5m，有效水深5.0m，HRT=24d，表面曝氣率0.02m3/(m2·min)，前段設格柵渠、隔油區，鋼砼結構，內壁防腐。
(2)加藥初沉池。1座，半地上式，反應區：尺寸6.0mx3.0mx3.5m，有效水深3.2m，HRT=14min，分三格；沉淀區：尺寸為48.0mx6.0mx7.0m，表面負荷0.87m3/(m²·h)，有效水深6.6m，HRT=7.6h，鋼砼結構，反應區內壁防腐。
(3)厭氧池。1座，半地上式，尺寸45.0mx15.0mx7.0m，有效水深6.5m，HRT=17.5h，分六格，容積負荷2.1kgCOD/(m·d)，污泥負荷0.46kgCOD/(kgVSS·d)，鋼砼結構，池頂加蓋。
(4)沉淀池。1座，半地上式，尺寸15.0mx15.0mx7.0m，表面負荷1.1m/(m²·h)，有效水深1.5m，HRT=1.4h，鋼砼結構。
(5)兼氧池。1座，半地上式，尺寸45.0mx15.0mx7.0m，有效水深6.4m，HRT=17h，總氮負荷0.02kgTN/(kgMLSS·d)，鋼砼結構。
(6)二段好氧池。1座，半地上式，尺寸55.0mx30.0mx7.0m，有效水深6.4m，HRT=42h，分兩段，表面曝氣率0.08m3/(m2·min)，容積負荷0.29kgCOD/(m·d)，污泥負荷0.02kgBOD/(kgMLSS·d)，氨氮負荷0.01kgNH3-N/(kgMLSS·d)，鋼砼結構。
(7)二沉池。1座，半地上式，尺寸68.0mx8.0mx7.0m，表面負荷0.46m3/(m2·h)，有效水深6.2m，
HRT=13h，鋼砼結構。
(8)加藥終沉池。1座，半地上式，反應區：尺寸7.0mx4.0mx3.5m，有效水深3.0m，HRT=20min，分
兩格；沉淀區：尺寸64.0mx7.0mx7.0m，表面負荷0.87m3/(m²·h)，有效水深6.0m，HRT=11h，鋼砼結構，反應區內壁防腐。
(9)攪拌池。1座，地下式，尺寸10.0mx5.0mx5.5m，有效水深5.0m，有效容積250m3，分兩格，鋼砼結構，內壁防腐。
(10)污泥池。1座，地下式，尺寸20.0mx7.0mx5.5m，有效水深5.0m，有效容積700m3，分兩格，鋼
砼結構，內壁防腐。
(11)輔助房。1座，尺寸50.0mx15.0mx5.0m，主要包括風機房、加藥房、脫水機房、藥劑庫、值班化驗室，框架結構。
4.2 主要設備參數
(1)調節池。粗格柵除污機，柵寬1.0m，柵隙20mm，75°安裝，反撈式，1.1kW，1臺；細格柵除污機，柵寬0.6m，柵隙3mm，75°安裝，0.55kW，回轉式；污水泵，Q=250m3/h，H=110kPa，P=15kW，2臺，1用1備；穿孔曝氣管，DN50mmx3.0mm，1788m；在線pH計，量程0~14，1臺；電磁流量計，管道式DN250mm，1臺；超聲波液位計，1臺。
(2)加藥初沉池。攪拌機，B=6.3m，P=1.55kW，1臺；桁車式刮泥機，R=45r/min，P=1.5kW，1臺。
(3)厭氧池。內循環泵，Q=900m3/h，H=50kPa，P=30kW，2臺，1用1備；射流攪拌器，DN150mm，12套。
(4)沉淀池。污泥回流泵，Q=250m3/h，H=110kPa，P=15kW，2臺，1用1備；中心筒D2500mm，1套。
(5)兼氧池。旋流微孔曝氣器，Q.=0.5m3/(min·個)，40套。
(6)二段好氧池。旋流微孔曝氣器，Q，=0.5m3/(min·個)，272套。
(7)二沉池。氣提回流裝置，DN100mm，2套；桁車式刮泥機，B=8.3m，P=1.55kW，1臺。
(8)加藥終沉池。攪拌機，R=45r/min，P=1.5kW，1臺；桁車式刮泥機，B=7.3m，P=1.55kW，1臺。
(9)攪拌池。立式攪拌機，R=20r/min，P=2.2kW，2臺；加藥泵，Q=5m/h，H=200kPa，P=1.5kW，2臺，1用1備；電磁流量計，DN32mm，1臺；超聲波液位計，1臺。
(10)污泥池。立式攪拌機，R=20r/min，P=3.0kW，2臺；螺桿泵，Q=80m/h，H=1200kPa，P=30kW，2臺，1用1備；超聲波液位計，1臺。
(11)輔助房。羅茨風機，Q，=25.2m/min，H=59.8kPa，P=45kW，2臺，1用1備；磁懸浮風機，Q，=98m3/min，H=70kPa，P=150kW，2臺，1用1備；藥劑儲罐，10m3，4只，PE材質；溶藥攪拌機，R=45r/min，P=0.75kW，10臺，5用5備；加藥槽，9.0mx3.0mx1.5m，分12格，1只，PP材質；氣動隔膜泵，Q=2m/h，H=600kPa，18臺，9用9備；空壓機，Q，=1.21m3/min，H=800kPa，P=7.5kW，2臺，1用1備；高壓隔膜壓濾機，過濾面積500m2，濾室容量為10m3，P=11kW，1臺；壓榨泵，Q=8m3/h，H=1800kPa，P=7.5kW，2臺，1用1備；壓榨水箱，5m3，1只，PE材質；電氣控制系統，1套。
5、處理效果
5.1 運行情況
該廢水處理站改造工程于2018年12月竣工，并進入調試階段，由于調試處于冬季，水池內水溫低，菌種生長緩慢，通過車間加設蒸汽支管引入生物池內，維持池內水溫為15~20℃，陸續從附近印染廠購入近1000m3(含水率99%)的活性污泥至生物池內，每天投加一定量的乙酸和磷肥作為營養，適當提高好氧池內溶解氧，并控制車間產能，1~2月進水量從1000m3/d逐步增加至3000m3/d，2~4月進水量從3000m3/d逐步增加至5000m/d，由于車間生產線調試階段廢水水質波動大，因此歷時較長，至2019年5月下旬出水指標已能穩定達到設計要求，改造后藥劑日消耗量：消石灰(粉劑、純度95%以上)約1t、液堿(水劑、純度30%)約2t，硫酸(水劑、純度98%)約1.2t，PFS(水劑，純度15%)約5t、PAC(粉劑、純度30%)約0.6t、PAM(粉劑、純度98%)約30kg；產泥量大的藥劑消耗量較改造前均有50%以上的降幅，實際每天產生含水率97%左右的物化污泥約150m，較改造前減少了40%，含水率98%生化剩余污泥目前基本上1周排1次，每次150m3，合計平均每天產生的總污泥量約171m3，目前每天500m2板框壓濾機工作次數較改造前減少一半，實際每天外運含水率65%的泥餅在15m3以內。
改造后的廢水站于2019年6月~11月連續監測6個月，監測期間處理水量在5000~6000m3/d之間，廢水處理站運行監測數據詳見表4。
由表4可知，各個出水指標均達到設計要求。
5.2 經濟分析
改造前廢水站占地約5300m2，裝機容量為773.3kW，運行功率為343.64kW，電耗為1.37kW·h/m3，運行費用為4.59元/m3(其中電費為1.1元/m3，藥劑費為2.23元/m3，人工費為0.16元/m3，污泥處理費為1.1元/m3)；改造后該工程占地約6700m2，改造費用為1079.6萬元，改造單位投資1799元/m3，裝機容量為721.7kW，運行功率為281.81kW，電耗為1.13kW·h/m3，運行費用為3.21元/m3(其中電費為0.9元/m3，藥劑費為1.65元/m3，人工費為0.16元/m3，污泥處理費為0.5元/m3)，改造后每天節省直接運行費用約0.83萬元。
6、結論
(1)采用加藥初沉-厭氧一沉淀-兼氧-兩段好氧一二沉一加藥終沉工藝，能充分利用現有構筑物，改造簡單易行，針對總氮與總銻難穩定達標的問題，該工藝在無需外加碳源及不增加藥劑成本的條件下，得到了很好的解決，整個廢水站運行效果穩定可靠。
(2)本次通過加藥工藝的改進，對產泥量大的藥劑進行替換，對藥劑二次利用，同時延長好氧池停留時間，使活性污泥處于內源呼吸期，減少剩余污泥的排放。改造后污泥減量50%，效果顯著，具有很廣闊的應用前景。
(3)加藥終沉池在除總銻中起決定性作用，通過硫酸調酸堿度時應將pH控制在3~4，再單獨投加PFS至pH為2~3，然后投加液堿回調pH至中性，最后投加PAM，最佳投加劑量建議通過調試來確定。（來源：浙江大學能源工程設計研究院有限公司）
