A/O+PACT工藝在處理印染廢水中的工程實踐研究

張茜蕓

（蘇州市環(huán)境科學研究所，江蘇 蘇州 215000）

1 廢水水質(zhì)及來源

紡織工業(yè)廢水排放量大，且含有難降解的染料、助劑等，其中印染廢水中的氮素以多種形式存在，主要來源包括印染中助劑的使用，例如尿素固色劑、液氨絲光等新工藝的應(yīng)用，以及含氮染料，如含有偶氮基、硝基和氨基等的基團[1]。隨著節(jié)能減排及綠色環(huán)保壓力的與日俱增[2]，水污染防治要求也在不斷加強，這些都會使印染廢水的處理面臨更大壓力。國內(nèi)外處理印染廢水的方法主要有化學法、物理法和生物法，其中生物法由于成本較低、效率較高而廣泛應(yīng)用于印染污水集中處理廠中。

某印染園區(qū)污水集中處理廠設(shè)計規(guī)模為1.5萬 m3/d，主要接納印染園區(qū)生活污水和紡織工業(yè)生產(chǎn)廢水。該污水處理廠接納的廢水可生化性很差，一方面由于印染廢水中的染料及助劑種類復(fù)雜，含鹽量高，另一方面納管企業(yè)一般都建設(shè)了深度處理回用工程，因此排入該污水廠的廢水多為處理后的濃水。部分企業(yè)廢水中的氨氮、總氮濃度較高，因而進水中氨氮平均濃度偏高。此外，接納的印染企業(yè)存在間歇排放、多品種、小批量生產(chǎn)頻繁的情況，因而使進水水質(zhì)和水量的波動較大。污水處理廠在設(shè)計進、出水水質(zhì)及工藝流程時，主要是根據(jù)該地區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和現(xiàn)有主要企業(yè)的廢水性質(zhì)，其COD進水濃度限值為1000 mg/L，氨氮和總氮的進水濃度限值分別為50 mg/L、70 mg/L，總磷的進水濃度限值為5 mg/L。

2 工程總體方案設(shè)計

2.1 出水水質(zhì)要求

改造前的污水處理廠采用的主體工藝是“水解酸化+CASS”工藝，起初運行較為穩(wěn)定，后因為污水處理廠的設(shè)備設(shè)施老化、生產(chǎn)廢水水質(zhì)發(fā)生變化，并且隨著環(huán)境保護要求的不斷提高等因素，使污水處理廠的出水難以長期穩(wěn)定達標。根據(jù)相關(guān)管理要求，該污水處理廠出水水質(zhì)標準應(yīng)執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32/1072-2018）表3中太湖地區(qū)其他區(qū)域內(nèi)紡織染整工業(yè)主要水污染物排放限值、《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》（GB4287-2012）表2中直接排放標準及其修改單以及環(huán)保部公告的要求。污水處理廠出水標準如表1所示。

表1 污水處理廠出水標準

2.2 廢水處理工藝

印染廢水由于其可生化性較差，因此往往需要先通過水解酸化等厭氧反應(yīng)，提高廢水的可生化性，以便于后續(xù)進一步的生物處理。

A/O工藝是改進的活性污泥法，該工藝的主要特點是將反硝化反應(yīng)器放置在系統(tǒng)之前，使反硝化過程和硝化過程有機地結(jié)合起來，在當下城市污水處理技術(shù)中廣泛應(yīng)用。A/O生物法去除氨氮是硝化和反硝化兩個過程的有機結(jié)合。A/O生物脫氮主要依靠硝化菌與反硝化菌，并且在含有大量硝酸鹽的硝化液回流進行反硝化反應(yīng)的同時，提高污水的堿度，降低反應(yīng)過程中堿的投放量[2]。A/O工藝是通過聚磷菌的生物作用達到除磷的效果，污水在厭氧區(qū)時，水中的磷元素以正磷酸鹽的形式存在，而后流入好氧區(qū)時，正磷酸鹽與活性污泥結(jié)合形成沉淀，最終進入污泥中。

粉末活性炭法（powdered activated carbon treatment，PACT）在1972年由杜邦（Du Pont）公司開發(fā)并申請專利，是一種向活性污泥系統(tǒng)中投加粉末活性炭的技術(shù)[3]。粉末活性碳投加進入生化池后，活性污泥吸附在粉末活性碳的上面，在粉末活性碳與活性污泥中微生物的協(xié)同作用下處理工業(yè)廢水[4]。研究表明，與活性炭吸附法、活性污泥工藝相比，PACT工藝在實際廢水和模擬廢水的降解試驗中都具有較大的優(yōu)勢。在處理實際廢水時，PACT工藝對CODCr的去除率比活性污泥法高10%左右，比活性炭吸附法則高了18%左右[4]。張玉杰[5]等研究了PACT工藝在難生物降解的化學合成制藥生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)PACT處理工藝可將好氧段CODCr的去除率提高約5%，同時能夠改善污泥的沉降性能。郭新雙[6]等針對顏料廢水中有機物含量高、水質(zhì)波動大、可生化性差等特點，實驗采用了UASB-PACT組合工藝在常溫下對顏料廢水進行中試研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高負荷條件下（COD＞1000 mg/L），PACT反應(yīng)器對COD的平均去除率達到了80%以上。

根據(jù)實際運營情況，污水處理廠對原有項目進行了提標改造，污水處理的主體工藝比選見表2。

表2 污水處理主體工藝比選

綜上所述，該污水處理廠采用了以“水解酸化＋A/O+PACT”為核心的組合工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 系統(tǒng)運行情況

3.1 進水水質(zhì)分析

根據(jù)該污水處理廠2021年2月～2022年1月的在線監(jiān)測記錄，對進水水質(zhì)進行分析。分析結(jié)果表明，進水COD濃度范圍為236.8～591.6 mg/L，進水氨氮濃度范圍為4.18～20.15 mg/L，進水總氮濃度范圍為18.66～52.35 mg/L，進水總磷濃度范圍為1.37～4.99 mg/L。總體而言，進水COD、氨氮、總氮濃度波動較大，平均濃度分別為498.03 mg/L、13.13 mg/L、32.57 mg/L，總磷波動程度相對較低，平均濃度為2.16 mg/L。

3.2 出水水質(zhì)分析

根據(jù)該污水處理廠2021年2月～2022年1月的總排口的在線監(jiān)測記錄，對現(xiàn)狀出水水質(zhì)進行分析。分析結(jié)果表明，出水COD的濃度范圍為24.14～37.25 mg/L，出水氨氮濃度范圍為0.358～1.025 mg/L，出水總氮濃度范圍為1.26～5.59 mg/L，出水總磷濃度范圍為0.018～0.101 mg/L。綜合來看，總排口的出水水質(zhì)中，COD的濃度變化相對平穩(wěn)，平均濃度分別為31.52 mg/L；氨氮、總氮、總磷的出水濃度略有波動，平均排放濃度分別為0.72 mg/L、3.30 mg/L、0.037 mg/L。經(jīng)過運行一年的出水水質(zhì)監(jiān)測，現(xiàn)污水處理廠出水可穩(wěn)定達到相應(yīng)的排放標準要求。

3.3 處理效果分析

根據(jù)該污水處理廠2021年2月～2022年1月的在線進出水的水質(zhì)分析，得到了提標改造后污水處理廠對印染廢水中的COD、氨氮、總磷、總氮的平均去除率，詳見圖2和表3。由此可知，總磷的去除效率相對較為穩(wěn)定，COD和氨氮的去除效率在冬季出現(xiàn)較大波動，總氮去除效率波動較大，但最低仍能維持在80%左右。總體而言，改造后該污水處理廠COD、氨氮、總磷、總氮的平均去除率較高，其中COD的平均去除率為93.45%、氨氮的平均去除率為94.52%、總氮的平均去除率為89.86%、總磷的平均去除率為98.29%，出水水質(zhì)均能滿足相應(yīng)的排放標準和管理要求。

表3 污水處理效果分析

圖2 污染物去除效率變化圖

4 結(jié)語

本工程根據(jù)廢水特點，采用了“水解酸化＋A/O+PACT”工藝對污水處理廠現(xiàn)有項目進行提標改造。運行結(jié)果顯示，改造后的污水處理工藝對該地區(qū)的印染廢水具有較好的處理效果[8]。在正常運行條件下，出水可穩(wěn)定達到相應(yīng)的排放標準要求。改造后，該污水處理廠COD的平均去除率為93.45%、氨氮平均去除率為94.52%、總氮的平均去除率為89.86%、總磷的平均去除率為98.29%。

根據(jù)相關(guān)資料分析和現(xiàn)場調(diào)研，污水處理廠仍有幾方面有待進一步加強：（1）物化污泥產(chǎn)生量較大，藥劑成本及污泥處置等運行成本相對偏高；（2）部分接管企業(yè)廢水的氨氮、總氮濃度較高，超出設(shè)計值，為冬季總氮達標排放增加了不確定性。