工業(yè)化的快速發(fā)展有利于我國國力的增強，但工業(yè)廢水的排放導致了十分嚴重的環(huán)境污染問題。2019年我國工業(yè)廢水處理市場規(guī)模為1007.5億元，同比增長8.5%。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各地工業(yè)企業(yè)及工業(yè)園區(qū)不斷增多，特別是隨著環(huán)保監(jiān)管要求的提高，工業(yè)廢水處理市場未來將進一步擴大。
隨著我國新一輪產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和生態(tài)化、環(huán)保型工業(yè)化模式的發(fā)展，我國化工企業(yè)不斷向工業(yè)園區(qū)聚集發(fā)展。這些工業(yè)園區(qū)往往涉及紡織印染、造紙、醫(yī)藥中間體、化工原料以及其他精細化工行業(yè)。園區(qū)內(nèi)各企業(yè)產(chǎn)生的廢水經(jīng)過自身污水處理站預處理后，統(tǒng)一排放到園區(qū)污水處理廠進一步處理。工業(yè)廢水包括生產(chǎn)廢水、生產(chǎn)污水及冷卻水，是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。因工業(yè)廢水種類繁多、成分復雜，具有濃度高、毒性強、腐蝕性強、難降解等特點，處理難度及成本均較高，相應的處理單價也較高。因此，對工業(yè)園區(qū)綜合廢水的治理已成為我國工業(yè)廢水治理亟待解決的難點問題。
為了節(jié)約用水量，提高水資源利用率，需要提高工業(yè)廢水循環(huán)利用率。企業(yè)一般根據(jù)水質特點采用不同的廢水處理工藝，但是傳統(tǒng)的廢水處理工藝無法實現(xiàn)廢水循環(huán)利用，也無法做到多種廢水一體式集中處理，實現(xiàn)“零排放”，還存在占地面積大、廢水處理率低的等問題，導致水資源浪費嚴重。
本項目技術采用集中式處理工藝，將多種工業(yè)廢水進行深度處理。針對造紙、印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝的基礎上增加了上流式曝氣濾池工藝，不僅提高了工業(yè)廢水出水水質，實現(xiàn)工業(yè)廢水“零排放”，而且解決了傳統(tǒng)工藝占地面積大的問題，降低了運行成本。此工藝經(jīng)過多年的運行，在工業(yè)廢水循環(huán)利用方面達到了預期設計要求。
1、技術方案
1.1 技術路線
技術路線如圖1所示，包含初步預處理、預處理、生化處理一CASS工藝、深度處理一折流式生物膜反應器及尾水消毒等工序。
初步預處理：污水經(jīng)粗格柵和提升泵提升后，提升至細格柵和旋流沉砂池，進行固體顆粒雜質去除；預處理：工業(yè)園區(qū)廢水進入芬頓氧化磁混凝沉淀一體化池進行氧化還原反應，初步去除難以生物降解污染物；生化處理一CASS工藝：進一步去除可溶性有機物；深度處理一折流式生物膜反應器：混合污水進入折流式生物膜反應器進行有機物深度降解，實現(xiàn)脫氮除磷；尾水消毒：進入二氧化氯平流式接觸氧化消毒池進行消毒處理，得到的尾水綠化或回用。針對印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝基礎上增加了上流式曝氣濾池。
1.2 技術內(nèi)容
采用工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水及生活污水集中處理的方法。工業(yè)園區(qū)多種廢水經(jīng)芬頓磁混凝沉淀一體化結構預處理后與工業(yè)園區(qū)生活污水一同進入調(diào)節(jié)池混合；混合水進入多級CASS池進行可溶解性有機物去除；污水中的有機物經(jīng)生化處理后進入一體式折流式生物膜反應器，去除COD和脫氮除磷；尾水可回用至生產(chǎn)工藝或綠化園區(qū)。針對印染等含有重金屬的工業(yè)園區(qū)廢水，在深度處理工藝基礎上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑。
2、工程實例
處理對象為某含有印染廢水的工業(yè)園區(qū)廢水，進水水質如表1所示。
采用工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水及生活污水集中處理的方法，將各類工業(yè)廢水用一套工藝實現(xiàn)“零排放”，解決工業(yè)園區(qū)廢水分類處理的難題。采用芬頓氧化磁混凝工藝為預處理工藝，廢水經(jīng)混合后進入CASS池進行生化處理，再經(jīng)折流式生物膜反應器進行有機物深度處理，實現(xiàn)脫氮除磷。
針對印染等含有重金屬、色度的工業(yè)園區(qū)廢水，該項目在深度處理工藝上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑，能夠保障出水穩(wěn)定達標排放，是實現(xiàn)多種工業(yè)廢水的一套工藝“零排放”。
具體操作步驟有5點。
①生活綜合污水(重力管道進廠污水)：污水經(jīng)粗格柵去除直徑大于20mm的懸浮物后，利用水泵提升至細格柵渠；在細格柵中去除直徑大于5mm的懸浮物后在沉砂池進行砂水分離，沉淀比重大于2.65的砂粒；出水進入CASS生物反應池，依次通過厭氧區(qū)、選擇區(qū)和好氧區(qū)，去除大部分BOD5、氨氮和磷，并進行泥水分離。
②工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水(壓力管道專管進廠)：污水先進入芬頓混凝沉淀預處理，在池中加入磁粉、過氧化氫(H2O2)和硫酸亞鐵等亞鐵鹽，催化H2O2分解放出羥基自由基(·OH)，(·OH)有極強氧化能力，能夠將水中難以生物降解的有機物氧化分解為易降解的有機物。芬頓氧化池出水與綜合廢水一同進人調(diào)節(jié)池混合后，通過污水泵進入混合CASS反應池。
③CASS反應池出水進入折流式生物膜反應器，利用反應器內(nèi)填料上所附生物膜中微生物氧化分解廢水中難降解有機物。出水進入二氧化氯消毒池。
④在消毒池中利用二氧化氯的強氧化性將污水中的病原微生物和細菌殺滅。
⑤粗、細格柵攔截的柵渣經(jīng)螺旋輸送與沉砂池的出砂一并外運處理。剩余污泥被排放至污泥濃縮池，通過污泥提升泵提升至污泥濃縮池、板框壓濾機進行污泥一次干化，上清液排至廠區(qū)污水管網(wǎng)。脫水后的污泥含水率為60%以下，由皮帶輸送機送至污泥堆棚，在堆棚內(nèi)短暫停留后外運至垃圾焚燒廠。
2.1 芬頓氧化磁混凝工藝
芬頓工藝的優(yōu)勢在于可以逐步將難降解的有機物分解成可降解物質，為有效處理印染廢水提供重要途徑”。芬頓工藝在強氧化作用下可以大大降低印染廢水染料的整體色度，當前很多處理廠在處理染印廢水時，除了采用一般的芬頓工藝外，還采用由芬頓工藝衍生出來的其他工藝，主要是為了充分發(fā)揮其強氧化性能。傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)一般采用單獨的芬頓氧化工藝作為深度處理工藝，不僅提高了前端生化處理工藝的難度，而且也增加了深度處理成本，需要投加較多的PAM和硫酸亞鐵才能使出水達標穩(wěn)定排放。因此，本項目將芬頓氧化工藝作為預處理工藝，同時添加磁粉加強混凝效果，將芬頓氧化反應的幾種必要區(qū)結合為一體，起到緊湊結構、節(jié)約占地面積的作用(圖2)。
芬頓氧化磁混凝沉淀一體化結構，包括pH調(diào)節(jié)區(qū)、芬頓投藥區(qū)、芬頓氧化區(qū)、pH回調(diào)區(qū)、磁混凝反應區(qū)和斜板沉淀區(qū)。多種工業(yè)園區(qū)廢水中的污染物在磁混凝反應區(qū)進行磁絮凝反應后進入斜板區(qū)進行污泥沉淀，沉淀的磁性污泥經(jīng)排出后，用磁粉分離器進行磁粉回收，回收后的磁粉可循環(huán)使用。該工藝對印染廢水的色度去除率高達90%，有利于后續(xù)多級CASS池生化處理。
2.2 CASS反應池
在CASS池內(nèi)設置了生物選擇區(qū)(厭氧區(qū))、預反應區(qū)(缺氧區(qū))和主反應區(qū)(好氧區(qū))。CASS工藝
以一定的時間序列運行，其運行過程包括曝氣、沉淀、潷水和閑置等四個階段并組成其運行的一個周期。與傳統(tǒng)意義的SBR工藝不同，CASS工藝不設單純的充水過程，在非曝氣階段完成泥水分離；排水裝置是移動式自動潷水器，借此將每一循環(huán)操作中所處理的污水經(jīng)沉淀后排出系統(tǒng)。一個運行周期結束后，重復上一周期的運行并循環(huán)不止。循環(huán)過程中，反應器內(nèi)的水位隨進水而由初始的設計最低水位逐漸上升到設計最高水位，因而它是一個變?nèi)莘e的運行過程。
CASS屬于延時曝氣活性污泥法，工程實踐表明其具有很多優(yōu)點，如工藝流程簡單，構筑物少，不需要建初沉池和消化污泥池；處理效果穩(wěn)定，出水水質好；污泥產(chǎn)量少，污泥性能穩(wěn)定，不易發(fā)生污泥膨脹，不需進行消化處理；基建投資費用低，污泥沉降性良好，易于實現(xiàn)自動化控制4；能承受水量、水質沖擊負荷，即使對高濃度的廢水也具有較大的耐沖擊能力等。
2.3 折流式生物膜反應器
采用一體式折流式生物膜反應器作為深度處理工藝，通過折流結構將反應池隔成缺氧和好氧隔室。反應器的生物膜為可壓縮式流體性海綿體生物膜，流體性海綿體生物膜上附著有自適應氧化型細菌，自動培養(yǎng)優(yōu)勢菌群去除COD和脫氮除磷。
傳統(tǒng)生物膜為固定式生物膜，無法實現(xiàn)流體效果，且填充比較低，污泥濃度較低，容易產(chǎn)生污泥膨脹的問題。折流式生物膜為可壓縮式流體性海綿體生物膜，填充比為20%~25%，附著的自適應氧化性細菌為異氧菌、硝化菌、兼氧菌、好氧菌等微生物，這些生物菌群可根據(jù)環(huán)境條件自適應培養(yǎng)不同的優(yōu)勢菌群去除污染物，實現(xiàn)污水的生物凈化。使用可壓縮式流體性海綿體生物膜進行生化處理，一方面能加大比表面積，負載更多微生物提高污泥濃度，另一方面能夠使水利流體與載體充分接觸，有助于保持污泥菌群活性，防止活性污泥膨脹。
本項目改進了傳統(tǒng)的生化反應池結構，采用折流式生物膜反應器，包括反應池，擋水墻豎直交錯固定于反應池的頂端或底端，通過擋水墻將反應池隔成前后4個以上隔室；隔室上、下部設置攔截篩網(wǎng)，上下部攔截篩網(wǎng)之間設有生物載體，生物載體上設有生物膜。因為有擋水板，所以水可以上下交錯流動。該結構使污水從隔室上方進入，從隔室下方流出，污水形成折流，延長污水和生物膜的接觸時間，使污水和生物膜上的細菌充分混合，達到更好的污水處理效果。
2.4 上流式曝氣濾池
針對印染等含有重金屬、色度的工業(yè)園區(qū)廢水，本項目在深度處理工藝上增加了上流式曝氣濾池，并添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑。傳統(tǒng)的曝氣濾池濾料成分單一，過濾效果不佳，無法實現(xiàn)造紙廢水或印染廢水的深度處理。本項目改進傳統(tǒng)濾池的結構，在上流式曝氣生物濾池設有濾料層和濾板，濾料層的濾料材質包括陶粒、沸石、膨脹球黏土或活性炭；濾料層和濾板中間設有承托層，承托層包括卵石或磁鐵石或多孔靜電噴霧微球；上流式曝氣生物濾池還設有曝氣系統(tǒng)和反沖洗系統(tǒng)；反沖洗產(chǎn)生的廢水返回至預處理工藝進行處理。
傳統(tǒng)印染廢水采用的深度處理工藝復雜，單純的采用膜過濾深度處理則存在處理成本高，膜需要定期更換的問題。本項目在深度處理工藝中添加了自主研發(fā)的多孔靜電噴霧微球吸附劑，最大吸附量為300~400mg/g。本項目所用的多孔靜電噴霧微球以聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮為原料，利用靜電噴霧采用高壓電的方式在形成的微球上產(chǎn)生大量的微細孔道結構，多孔靜電噴霧微球的粒徑在0.20~0.75μm，如圖3所示。將該噴霧微球作為廢水深度處理工藝吸附劑進行深度處理，能夠有效解決印染等工業(yè)廢水中含有重金屬的廢水處理。
園區(qū)工業(yè)廢水經(jīng)本技術工藝處理后出水可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準。本項目采用一體式深度處理工藝，既節(jié)約占地面積又降低處理成本，處理出水還可以實現(xiàn)尾水回用，環(huán)境效益顯著。
3、結語
本項目運行結果表明采用的芬頓氧化磁混凝沉淀一體結構、上流式曝氣池、折流式生物膜反應器一體式深度處理工藝，具有占地面積小、處理成本低、污染物去除率高、出水水質較高等優(yōu)點，對水資源保護具有重要意義，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。目前本項目技術已成功落地運行，出水作為綠化用水，節(jié)約園區(qū)用水量。工業(yè)園區(qū)污水處理廠按日處理5000t水量算，每年可節(jié)約用水182.5萬t，節(jié)約生產(chǎn)用水成本73萬元，每年減少COD排放量120.45t，每年減少氨氮排放量29t，環(huán)境效益顯著。該技術將進一步促進造紙廢水污泥研究和循環(huán)利用，帶動造紙行業(yè)綠色發(fā)展。（來源：福建省環(huán)境保護設計院有限公司）
