芬頓+磁混凝沉淀+濾布濾池應(yīng)用于園區(qū)綜合廢水升級改造

朱 濤， 黎艷葵

（1.重慶康達(dá)環(huán)保產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）有限公司， 重慶 401121；2.宜昌市夷陵區(qū)環(huán)境監(jiān)測站, 湖北 宜昌 443100）

0 引言

隨著工業(yè)園區(qū)的不斷發(fā)展，園區(qū)污水處理廠混合進(jìn)水中工業(yè)廢水占比日益增加，難降解有機(jī)物的增加導(dǎo)致進(jìn)水偏離設(shè)計(jì)值，廢水可生化性降低，生物處理難度加大，原有處理工藝不能滿足出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。同時，隨著新環(huán)保法的實(shí)施，污水廠面臨著升級改造的迫切任務(wù)。高級氧化技術(shù)是近年來在化學(xué)氧化法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，通過氧化劑、催化劑與電、光及超聲等技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基（·OH），將大分子難降解有機(jī)物氧化成小分子物質(zhì)，甚至直接礦化為CO2和H2O[1]。具有氧化能力強(qiáng)、選擇性小、反應(yīng)速度快和反應(yīng)徹底等優(yōu)點(diǎn)，對難降解有機(jī)污染物具有較好的降解效果，包含有臭氧氧化法、芬頓氧化法等。

1 工程概況

山東某工業(yè)園區(qū)綜合污水處理廠一、二期設(shè)計(jì)規(guī)模分別為2.5萬m3/d，進(jìn)水以石油化工、輪胎、橡膠、有機(jī)硅等廢水為主，一、二期工藝流程見圖1。出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。隨著園區(qū)企業(yè)的入駐，工業(yè)廢水量不斷增加，2012年1～5月水量均值達(dá)到4.8萬m3/d，基本達(dá)到滿負(fù)荷，污水廠三期擴(kuò)建工程迫在眉睫。且隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，亟需將水質(zhì)指標(biāo)提高到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 一、二期工藝流程

近年來隨著工業(yè)廢水的增加（已接近80%），進(jìn)水水質(zhì)不斷惡化，主要表現(xiàn)為難降解有機(jī)污染物增多、可生化性降低（由0.4降至0.2左右）、且水質(zhì)波動大等特點(diǎn)，生物處理難度增大；一期工程采用淹沒式生物膜工藝，已運(yùn)行約6 a時間，填料老化、破損嚴(yán)重，生物處理效率進(jìn)一步降低，給污水處理廠達(dá)標(biāo)排放帶來巨大壓力。故升級改造工程的主要目標(biāo)是難降解有機(jī)物的去除。

2 核心工藝簡介

2.1 芬頓高級氧化技術(shù)

芬頓（Fenton）高級氧化法是一種深度氧化技術(shù)，即在酸性條件下利用Fe2+和H2O2之間的鏈反應(yīng)催化生成羥基自由基（·OH），具有強(qiáng)氧化性，能氧化各種有毒和難降解的有機(jī)化合物，以達(dá)到去除污染物的目的。特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的處理[2－3]。

2.2 磁混凝沉淀技術(shù)

磁混凝沉淀技術(shù)就是在普通的混凝沉淀中同步投加磁粉，利用微小磁粉作為晶核與污染物絮凝結(jié)合成一體，使生成的絮體密度更大、更結(jié)實(shí)，加快沉淀速度，以加強(qiáng)混凝、絮凝的效果，從而獲得較高的表面負(fù)荷和較好的固液分離效果，減少占地面積；同時通過磁分離機(jī)回收沉淀污泥中磁粉，并循環(huán)利用，以降低運(yùn)行費(fèi)用[4]。磁混凝沉淀工藝原理見圖2。

圖2 磁混凝沉淀原理

2.3 濾布濾池

又稱纖維轉(zhuǎn)盤濾池，屬于表面過濾，使液體通過1層隔膜（濾料）的機(jī)械篩濾，去除懸浮于液體中的顆粒物質(zhì)[5]。采用新型纖維濾布，可實(shí)現(xiàn)清洗時連續(xù)過濾，具有占地面積少，水頭損失小、反沖洗水量少，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，適用于污水深度處理、中水回用、地表水凈化等領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)污水水質(zhì)從一級B到一級A的提標(biāo)改造。

3 升級改造工程設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證芬頓高級氧化工藝對難降解有機(jī)物的處理效果，委托山東省環(huán)境科學(xué)研究院在現(xiàn)場進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了芬頓高級氧化工藝對該園區(qū)混合難降解有機(jī)廢水深度處理的可行性。

3.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

升級改造設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水水質(zhì)見表1。

表1 升級改造設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水水質(zhì)

本項(xiàng)目為一、二期升級改造和三期擴(kuò)建工程同時進(jìn)行，深度處理按總規(guī)模7.5萬m3/d整體考慮，在此只對深度處理工藝段及污泥脫水系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)概況進(jìn)行論述。

3.2 二次提升泵站

為滿足深度處理高程要求，二沉池后需設(shè)置二次提升泵站。設(shè)計(jì)規(guī)模7.5萬m3/d，變化系數(shù)1.31，尺寸10.5 m ×10.4 m ×5.1 m（L×B×H），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)置潛水泵4臺，3用1備，單臺性能參數(shù)：Q（流量） =1 365 m3/h，H（揚(yáng)程） =6 m，N（功率）=45 kW。

3.3 芬頓反應(yīng)池

進(jìn)一步去除難降解有機(jī)物。設(shè)計(jì)規(guī)模7.5萬m3/d，變化系數(shù)1.31，尺寸為36.9 m×21.4 m×6.0 m（L×B×H），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)參數(shù)為：反應(yīng)pH值為 5，芬頓試劑投加量為ρ（FeSO4·7H2O） +ρ（H2O2）=200 mg/L+100 mg/L，硫酸加藥量 120 mg/L，石灰加藥量350 mg/L，調(diào)酸時間10 min，反應(yīng)時間40 min，調(diào)堿時間10 min。設(shè)置框式攪拌器8臺，N=4 kW；立式渦輪攪拌機(jī)4臺，N=7.5 kW。

3.4 磁混凝沉淀池

沉淀去除芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)污泥及強(qiáng)化TP的去除。設(shè)計(jì)規(guī)模7.5萬m3/d，變化系數(shù)1.31，設(shè)置2座磁混凝沉淀池，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閃混池停留時間為20～30 s，尺寸為2.0 m×2.0 m×2.35 m；反應(yīng)池停留時間為9.0 min，尺寸為4.0 m×4.0 m×4.55 m；澄清池表面負(fù)荷 13.82 m3/（m2·h），D（直徑） =12.0 m，H（高）=4.85 m。設(shè)計(jì)加藥量：聚鐵為250 mg/L（液體，當(dāng)二沉池出水水質(zhì)較好時暫停芬頓試劑的投加，通過增大混凝藥劑投加量確保出水達(dá)標(biāo)排放）；ρ（聚丙烯酰胺（PAM））為2.0 mg/L，磁粉補(bǔ)充量為5 mg/L。設(shè)置潛水?dāng)嚢杵?臺，變頻，N=1.5 kW；潛水?dāng)嚢杵?臺，變頻，N=3.7 kW；潛水?dāng)嚢杵?臺，變頻，N=2.2 kW；剪切機(jī)2臺，單臺性能參數(shù)為Q=603 m3/h，N=0.75 kW；磁分離機(jī)2臺，單臺性能參數(shù)為Q=50 m3/h，N=4 kW； 刮泥機(jī) 2臺，D=12 m，N=1.5 kW；污泥泵4臺，2用2備，單臺性能參數(shù)為Q=210 m3/h，H=10 m，N=11 kW。

3.5 濾布濾池

進(jìn)一步去除殘留在污水中的SS，滿足出水要求。設(shè)計(jì)規(guī)模7.5萬m3/d，變化系數(shù)1.31，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。建筑物尺寸為8.5 m×16.15 m，構(gòu)筑物尺寸為12.9 m×8.9 m×4.7 m。設(shè)置2套D=3 m的濾布轉(zhuǎn)盤，驅(qū)動電機(jī)2套，功率N=0.75 kW；反沖洗離心泵6臺，單臺性能參數(shù)為Q=50 m3/h，H=7 m，N=2.2 kW。

3.6 加藥間

設(shè)置加藥間1座，設(shè)計(jì)規(guī)模7.5萬m3/d，變化系數(shù)1.31，框架結(jié)構(gòu)。建筑物尺寸30.4 m×12.4 m。設(shè)置溶藥攪拌機(jī)4臺，N=5.5 kW；硫酸亞鐵螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數(shù)為Q=2 000～4 000 L/h，P（壓力）=0.4 MPa，N=1.5 kW；石灰螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數(shù)為Q=4 000～6 000 L/h，P=0.4 MPa，N=2.2 kW；PAM一體化溶藥裝置1套，制備能力15 kg/h，N=5.0 kW；PAM螺桿加藥泵3臺，2用1備，單臺參數(shù)為Q=500～700 L/h，P=0.4 MPa，N=0.75 kW。

3.7 污泥脫水系統(tǒng)改造

本項(xiàng)目提標(biāo)改造后污泥處理含水率要求需從80%降至60%，設(shè)計(jì)產(chǎn)泥量為24 t絕干污泥/d，污泥深度處理系統(tǒng)采用“重力濃縮+污泥調(diào)理+板框壓濾”，設(shè)計(jì)規(guī)模 7.5萬 m3/d，工藝流程見圖 3。設(shè)置污泥濃縮池1座，D=26 m，污泥固體負(fù)荷為45 kg/（m2·d）。 設(shè)置污泥調(diào)理池 4 格，80 m3/格，調(diào)理進(jìn)泥時間1 h，調(diào)理時間1 h，調(diào)理劑FeCl3投加量為干泥量的3%～4%，生石灰投加量為干泥量的40%～50%。設(shè)置污泥脫水間1座，2層框架結(jié)構(gòu)，1層為污泥調(diào)理加藥設(shè)備間，2層為板框壓濾操作間。板框過濾周期1.5 h（不含調(diào)理時間），設(shè)置污泥調(diào)理攪拌機(jī)4臺，單臺N=15 kW；生石灰儲罐2個，單個容量 30 t；FeCl3儲罐 1 個，容積 15 m3；FeCl3隔膜加藥泵2臺，N=0.25 kW；污泥切割機(jī)1臺，N=4 kW；單泵殼渣漿泵1臺，Q=110 m3/h，H=20 m，N=15 kW；離心式渣漿進(jìn)泥泵2臺，單臺Q=70 m3/h，H=75 m，N=30 kW；多級離心壓榨泵4臺，單臺Q=320 m3/h，H=138 m，N=18.5 kW；3臺板框壓濾機(jī)，2用1備，單臺參數(shù)為過濾面積400 m2，配板數(shù)量103塊，壓緊壓力20 Mpa，過濾壓力12 kg/cm2，N=16.1 kW；螺桿式空氣壓縮機(jī)2臺，Q（風(fēng)量）=3 m3/min，P=0.8 MPa，N=18.5 kW； 皮帶輸送機(jī)3臺，長度L=12 500 mm，N=4 kW；皮帶輸送機(jī)1臺，L=900 mm，N=5.5 kW；螺旋輸送機(jī)3臺，N=4 kW。

圖3 污泥深度處理工藝流程

該項(xiàng)目于2013年6月完成提標(biāo)擴(kuò)建改造工作，穩(wěn)定運(yùn)行至今已達(dá)3 a時間。2013年6月 ～2016年6月污水廠平均進(jìn)水量為5.5萬m3/d，深度處理系統(tǒng)進(jìn)、出水平均水質(zhì)見表2。

表2 2013～2016年深度處理系統(tǒng)平均進(jìn)出水水質(zhì)情況

由表2可知，芬頓+磁混凝沉淀+濾布濾池組合工藝對難降解有機(jī)物去除效果明顯，出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。出水CODCr優(yōu)于一級A標(biāo)，驗(yàn)證了中試實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

4 運(yùn)行中的問題討論

（1）芬頓反應(yīng)較難精確控制。芬頓試劑及調(diào)節(jié)酸堿的藥劑投加量需根據(jù)二沉池出水水質(zhì)、水量變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)，而水質(zhì)、水量瞬息變化，但pH值和流量反饋系統(tǒng)具有一定滯后性，導(dǎo)致藥劑投加量的調(diào)節(jié)也具有滯后性，不能精確控制，為保證出水水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)排放，可能存在藥劑過量投加的情況。在選擇自動控制系統(tǒng)時，應(yīng)選擇反應(yīng)及時、可靠性好的控制系統(tǒng)及設(shè)備，盡可能實(shí)現(xiàn)精確控制。

（2）芬頓反應(yīng)將產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，給污泥脫水造成壓力，同時增加運(yùn)行成本。結(jié)合該廠實(shí)際情況，在二沉池出水ρ（CODCr）≤ 70 mg/L時，改為暫停芬頓試劑投加，增大聚鐵投加量，以降低運(yùn)行成本；當(dāng)二沉池出水ρ（CODCr）＞70 mg/L時，恢復(fù)芬頓加藥系統(tǒng)，并減少聚鐵投加量。各種藥劑加藥量需根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)由小試實(shí)驗(yàn)確定[6]。

（3）由于本項(xiàng)目污水深度處理過程中投加大量聚鐵和芬頓試劑，這些試劑同時可起到污泥調(diào)理的作用，因此污泥深度脫水調(diào)理時的實(shí)際調(diào)理劑投加量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)投加量，F(xiàn)eCl3投加率為干泥量的2.4%，生石灰投加率為干泥量的21.3%，可顯著降低污泥深度處理成本。

5 結(jié)論

（1）“芬頓高級氧化+磁混凝沉淀+濾布濾池”組合工藝對該項(xiàng)目難降解有機(jī)物的深度處理效果明顯，升級改造后出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）芬頓工藝設(shè)計(jì)反應(yīng)pH值為5，芬頓試劑投加量為ρ（FeSO4·7H2O）+ρ（H2O2）=200mg/L+100mg/L，硫酸加藥量120 mg/L，石灰加藥量350 mg/L。當(dāng)二沉池出水水質(zhì)較好時，可暫停芬頓試劑的投加，通過增加混凝藥劑加藥量保證出水達(dá)標(biāo)排放。該設(shè)計(jì)較為靈活，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化調(diào)整工藝參數(shù)和加藥量，降低運(yùn)行成本。

（3）“重力濃縮+污泥調(diào)理+板框壓濾”可使脫水污泥含水率降至60%以下。污水深度處理投加的大量聚鐵和芬頓試劑，可起污泥調(diào)理作用，減少污泥調(diào)理劑的投加量，降低污泥處理成本。

（4）該廠采用的“芬頓高級氧化+磁混凝沉淀+濾布濾池”深度處理工藝，對難降解工業(yè)廢水具有良好的去除效果，對類似工業(yè)廢水處理廠的升級改造具有一定借鑒意義。