1、項目概況
江西某油墨生產企業主要生產醇溶性油墨，生產廢水中含有較高的COD、苯酚、鹽分、色度等。因生產廢水中含有對微生物有毒有害物質，難以直接采用生化工藝處理。環保部門要求該企業生產廢水經過處理后達到《油墨工業水污染物排放標準》（GB25463—2010）中新建企業水污染物排放濃度限值后排入附近河流。
生產廢水來自多個車間，其中生產紫色原車間因需要苯酚作為催化劑，故產生的廢水中含有大量苯酚。其余車間生產廢水中不含苯酚，因此將不同車間廢水進行分類收集。企業生產廢水分為含苯酚廢水、其他生產廢水以及生活污水。該工程設計處理水量為100m3/d。各類廢水水量、水質及排放標準見表1。
2、工藝流程
廢水處理工藝流程如圖1所示。
①由于企業產污環節、產污量不同，按照產生的廢水水質分為含苯酚廢水、其他生產廢水以及生活污水。
②含苯酚廢水中苯酚、COD、含鹽量以及色度均較高，其他生產廢水不含苯酚，含鹽量較低，但含有一定色度。
③兩股生產廢水均含有較高的色度，由于生化處理對色度去除能力有限，無法滿足出水水質標準，因此需要聯合預處理工藝去除色度。
④對于含苯酚廢水，常見處理工藝有吸附法、混凝法、生物法、化學氧化法等。由于該工程中苯酚含量較高，會使活性污泥微生物產生嚴重的中毒現象，造成生化系統癱瘓，因此需聯合預處理工藝降低苯酚濃度。
⑤生產廢水含鹽量較高，會對活性污泥微生物產生抑制甚至導致死亡。目前針對高含鹽量廢水，主要處理工藝有反滲透（RO）、納濾（NF）、多效蒸發器、機械式蒸汽再壓縮（MVR）以及電滲析等。一般要求進入生化系統的含鹽量不高于5000mg/L。含苯酚廢水的含鹽量已經遠超該限值，因此需先進行除鹽處理。
⑥對于含苯酚廢水，采用活性炭+Fenton氧化+混凝沉淀+三效蒸發的預處理工藝來降低苯酚、色度、含鹽量以及部分COD等，以滿足后續生化處理需求；對于其他生產廢水，采用活性炭降低色度。經過預處理后的廢水仍含有較高的COD、氨氮以及少量的苯酚，再采用UBF+A/O+接觸氧化工藝進一步處理。
3、主要構筑物及設計參數
3.1 脫色1池/脫色2池
脫色1池和脫色2池主要通過吸附去除廢水中的色度。向池體中投加活性炭，并在池底均勻布設穿孔預曝氣裝置使活性炭與廢水充分混合，提升吸附效率。含苯酚廢水通過脫色1池后不僅能去除色度，還去除了一部分苯酚。通過試驗得出活性炭最佳投加量為脫色1池8g/L，脫色2池3g/L。由于含苯酚廢水的pH較高，通過試驗得出最適吸附pH為6~7，對苯酚去除率約70.95%，因此需在脫色1池中投加酸與含苯酚廢水進行中和。企業油墨分批次生產，其生產廢水為間歇排放，因此脫色1池設計最大流量為5m3/h，脫色2池設計最大流量為10m3/h。
脫色1池與脫色2池合建，脫色1池有效容積5m3，脫色2池有效容積10m3，半地上鋼筋混凝土加玻璃鋼防腐結構。脫色1池配有2臺污水泵（1用1備）、1套pH計、2臺酸投加泵（1用1備），污水泵流量為5m3/h，揚程為100kPa，加酸泵流量0~50L/h；脫色2池配有2臺污水泵（1用1備），污水泵流量為10m3/h，揚程為100kPa。脫色1池與脫色2池共用1套曝氣攪拌設備，配有2臺羅茨風機（1用1備），風量為1.0m3/min，風壓40kPa。
3.2 Fenton氧化池
經過活性炭吸附的含苯酚廢水中仍含有較高濃度的苯酚。由于使用超聲波氧化廢水中的苯酚去除效率并不理想，在實際工程中采用過氧化氫單獨處理較為復雜且會產生二次污染，而使用Fenton氧化法能在短時間內達到較高的去除率，操作簡單、設備投資較少且不會產生二次污染，因此，預處理采用Fenton氧化進一步降低苯酚含量。通過試驗得出FeSO4最佳投量為8g/L、H2O2為24mL/L、pH為3，去除率約93.28%。脫色1池出水pH為6~7，因此需加酸調節pH。
Fenton氧化池為半地上鋼筋混凝土加玻璃鋼防腐結構，分2格，單格有效容積2.5m3，總有效容積5m3，水力停留時間2h，芬頓試劑分別通過硫酸亞鐵投加泵和雙氧水投加泵從對應的溶藥罐向第一格反應池投加。反應池為全混流型，2格，第一格速度梯度為470s-1，第二格速度梯度為50s-1，兩格之間通過穿孔墻連接。池內通過葉輪式搪瓷玻璃攪拌器進行攪拌，使芬頓試劑與廢水充分混合反應。配有2臺污水泵（1用1備），污水泵流量為5m3/h，揚程為100kPa；1套pH計；2臺酸投加泵（1用1備），2臺硫酸亞鐵投加泵（1用1備），2臺雙氧水投加泵（1用1備），投加泵流量0~50L/h；2套葉輪式搪瓷玻璃攪拌器，功率為0.55kW；3個溶藥罐，體積為1m3，每個溶藥罐配有攪拌機。
3.3 混凝沉淀池
含苯酚廢水經Fenton氧化后，懸浮物濃度較高，經過混凝沉淀去除膠態氫氧化鐵，進一步降低廢水中的污染物濃度。通過試驗得出最佳投藥量：PAC為300mg/L，PAM為5mg/L。
混凝沉淀池為半地上鋼筋混凝土結構，總有效容積為27.9m3，混凝區水力停留時間為1.5h，沉淀區水力停留時間為4h。配有2臺污水泵（1用1備），流量為5m3/h，揚程為100kPa；1套pH計；2臺堿投加泵（1用1備），2臺PAC投加泵（1用1備），2臺PAM投加泵（1用1備），投加泵流量0~50L/h；1套葉輪式搪瓷玻璃攪拌器，功率為0.55kW；3個溶藥罐，體積為1m3/個，每個溶藥罐配有攪拌機。
3.4 三效蒸發器
混凝沉淀池出水中含鹽量仍較高，不利于后續生化處理。采用三效蒸發器除鹽，具有節能、運行過程自動化、技術成熟穩定等優點，且所需蒸汽可由企業的生物質鍋爐提供，蒸汽來源較為便利。三效蒸發器對廢水含鹽量的去除率達到99%，其出水含鹽量約300mg/L，達到了生化處理要求。
三效蒸發器的一效材質為鈦，二效和三效材質為不銹鋼，設計處理能力為3t/h。加熱器換熱面積65m2，列管直徑38mm，管壁厚1.5mm；蒸發室尺寸Ø1300mm×3000mm，壁厚1.5mm，蒸發室體積為4.5m3；預熱器換熱面積為10m2，列管直徑38mm，管壁厚1.5mm；冷凝器換熱面積為95m2，列管直徑25mm，管壁厚1.5mm；結晶罐尺寸Ø1500mm×2000mm，壁厚6mm，體積為3.5m3；另配有1臺襯四氟離心機、3臺強制循環泵、2臺逆流泵、1臺進出料泵、1臺冷凝水泵、1臺真空泵、1個安全閥、1個減壓閥、3個真空表、3個溫度表。其中強制循環泵流量為600m3/h，揚程為30kPa；逆流泵流量為5m3/h，揚程為200kPa；進、出料泵流量為5m3/h，揚程為200kPa；冷凝水泵流量為5m3/h，揚程為200kPa；真空泵流量為280m3/h，功率為7.5kW。
3.5 調節池
經過三效蒸發處理后的含苯酚廢水、經過活性炭吸附后的其他生產廢水與生活污水一同匯入調節池均質均量，并在池底均勻布設穿孔預曝氣裝置進行曝氣。在當地極端最低氣溫（-5℃）下，活性污泥吸附能力以及有機物降解效率降低，甚至硝化反應中斷，使出水氨氮增高。經過三效蒸發后的出水水溫較高，與另外兩股廢水進行充分混合，可使低溫季節后續生化系統也能達到較好的生化處理效果。在極端最低氣溫下，可通過提高溶解氧濃度、增加混合液回流比以及降低污泥負荷等方式強化生化處理效果，也可通過投加化學藥品強化污泥絮凝效果，增加微生物與污染物的反應面積與時間。另外，該工程設計出水水質遠低于排放標準，也可在一定程度上確保極端最低氣溫下出水達標。
調節池為半地上鋼筋混凝土結構，有效容積120m3，水力停留時間24h。配有2臺提升泵（1用1備），流量為10m3/h，揚程為200kPa。配有2臺羅茨風機（1用1備），風量為2.0m3/min，風壓40kPa。
3.6 UBF反應器
UBF反應器結合了UASB與AF的優點，下部是由高濃度污泥顆粒組成的污泥床，上部是填料以及附著在填料表面的生物膜。由于中間有填料層存在，使得反應器中厭氧活性污泥能維持較高的濃度，增強反應器對苯酚等有毒物質的耐受能力，且填料層的存在還能很好地解決傳統UASB反應器的跑泥問題，與厭氧生物濾池相比，還能減少填料層高度。UBF的這些特點使其非常適合高濃度廢水處理。
UBF為地上鋼筋混凝土結構，有效容積180m3，水力停留36h；設計進水流量5m3/h，設置內循環，水量為進水量的2倍；容積負荷2.334kgCOD/（m3·d）；上升流速0.76m/h；內置填料的水力負荷0.26m3/（m3·d）。配有1套脈沖布水系統、1套高效三相分離器、58m3組合填料、1套填料支架、1套水封罐、1套電磁流量計、2臺內循環泵（1用1備），其中內循環泵流量為20m3/h、揚程為200kPa。
3.7 A/O池
廢水經UBF處理后，流入A/O池進行進一步的生化處理。A池分2格，內設1套推流器以防污泥沉積。O池分3格，在池底均勻布設穿孔預曝氣裝置進行曝氣。在出水口設置回流泵，混合液回流比控制在100%~200%，污泥回流比控制在50%~100%，A池溶解氧控制在0.2~0.4mg/L，O池溶解氧控制在2~4mg/L，污泥濃度為3000mg/L。
A/O池為地上鋼筋混凝土結構，有效容積150m3，其中A池30m3，停留時間6h；O池120m3，停留時間24h。配有1套曝氣系統，2臺回流泵（1用1備），回流泵流量為25m3/h，揚程為100kPa；2臺羅茨風機（1用1備），風量為2.28m3/min，風壓53.9kPa。
3.8 沉淀池
利用平流沉淀池將A/O池出水中帶出的部分活性污泥進行沉淀，一部分沉淀污泥回流到A池，另一部分進入污泥濃縮池。沉淀池為地上鋼筋混凝土結構，有效容積30m3，停留時間6h，表面負荷0.8m3（/m2·h）。配有1臺污泥泵，流量5m3/h，揚程100kPa。
3.9 接觸氧化池
為了保證出水水質滿足標準，采用接觸氧化池進一步處理廢水中的污染物。接觸氧化池為半地上鋼筋混凝土結構，有效容積60m3，停留時間12h。配1套填料支架、40m3組合生物填料，規格為Ø150mm×80mm，容積負荷0.4kgBOD5（/m3·d），填料距底面0.5m，填料層高2m，污水與填料接觸時間為8h；1套曝氣系統，在池底均勻布設60個微孔曝氣裝置，服務面積為0.33m2/個，通氣量1.1m3（/h·個），氣水比13∶1。配有2臺羅茨風機（1用1備），風機風量1.6m3/min，風壓31kPa。
3.10 二沉池
接觸氧化池出水含有一定量老化脫落的生物膜，自流進入二沉池后生物膜沉淀，可降低出水懸浮物濃度。二沉池的底泥泵入污泥濃縮池處理。二沉池為半地上鋼筋混凝土結構，有效容積30m3，停留時間6h，固體通量72kg/（m2·h）。配有1臺污泥泵，流量5m3/h，揚程100kPa。
4、運行效果
該工程于2019年6月開始調試，經過4個月的現場調試后，系統能夠穩定運行。活性炭+Fenton氧化+混凝沉淀+三效蒸發組合工藝對含苯酚廢水的預處理效果見表2。由表2可看出，經過預處理后苯酚與含鹽量已不會影響后續生化處理中活性污泥的活性。生化處理系統穩定運行后，對各主要構筑物進行水質監測，監測結果見表3。
由表3可知，該生化處理組合工藝對COD、NH3-N以及苯酚的去除率分別達到98.24%、92.55%、98.60%，最終出水水質優于《油墨工業水污染物排放標準》（GB25463—2010）中新建企業水污染物排放濃度限值要求。
5、經濟指標
該工程總投資為314.75萬元，運行成本為27.30元/m3，運行費用主要為蒸汽費和藥劑費，其中電費2.41元/m3、藥劑費10.26元/m3、蒸汽費14.63元/m3、人工費2元/m3。
6、結論
將不同種類的油墨生產廢水進行分類收集、分類處理，可在一定程度上降低廢水處理費用。選用活性炭聯合芬頓氧化的預處理工藝降低廢水中的苯酚和色度，以三效蒸發降低含鹽量，可最大程度地降低對后續生化處理的影響。三效蒸發出水可使調節池內水溫在冬季也能維持在一定的范圍內，保證后續生化處理的正常運行。生化處理采用UBF作為厭氧反應器，能有效降低廢水中苯酚的含量。UBF相對于厭氧生物濾池減少了填料層的高度，相比于UASB降低了活性污泥的流失量，可使反應器內保持較高的微生物量。后續的A/O工藝和接觸氧化池具有較好的去除COD、氨氮效果。該企業的生產廢水最終以較低的運行成本實現了達標排放，可為同類企業的廢水處理提供參考。（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）
