1、工程概况
江苏某化工有限公司主要采用化学合成工艺生产发散性染料等产品。由于生产过程中产生大量的高COD、高氨氮和高色度废水，如果处理不达标将会对周围环境造成严重污染。该公司已建一座3000m3/d的废水处理站，但由于该厂产量增加及染料产品变化，产生的废水污染物浓度升高，原有工艺处理能力和效果有限，无法达到排放要求。
根据该公司提供的资料，废水水量、水质及排放要求见表1。
原工艺流程见图1。原工艺是将高浓度废水与低浓度废水混合后进行处理，致使后续工艺的有机负荷承载过大，同时该废水的COD、氨氮很高，现有的处理工艺无法使出水水质达到接管标准。染料废水可生化性差，原有的生化系统处理效果不明显，故需进行升级改造。改造后工艺流程见图2。
改造后的工艺流程适应性更强，耐冲击负荷更大，经过高级氧化与物化处理后的高浓度染料废水的可生化性提高，同时也减小了对后续生化系统的冲击负荷。
相较于原有工艺单一的废水收集处理方式，改造后采用分质分流的收集处理方式。同时将部分高浓度的含氮废水预先采用脱氨膜系统处理，可将染料废水的氨氮降至100mg/L以下，混合后的废水经过氨吹脱法和硝化反硝化处理后，其氨氮能达到出水标准。混合后的高浓度废水再经过铁碳微电解和芬顿反应高级氧化进行预处理，相对改造前的铁碳芬顿池，改造后的铁碳芬顿池更换了新的铁碳填料和铁碳比，并通过小试计算出了芬顿反应中FeSO4和H2O2的最佳投加比例。改造后的前段预处理工艺对COD的去除率比原工艺提高了30%，极大地缓解了后续生化系统的处理压力。
改造后的生化系统采用厌氧+缺氧+厌氧+两级好氧的工艺组合方式。由于分散性染料在水中呈溶解度极低的非离子状态，且废水可生化性极差，故现有工艺选择ABR+微氧池+UASB的厌氧工艺组合，以加强其厌氧作用，强化水解酸化效果，提高废水可生化性，以利于后续好氧处理。相较于原工艺的A/O生化系统，改造后的生化系统对COD的去除率提高了50%。同时，为使好氧池出水指标进一步降低，在末端采用了后芬顿+UV紫外催化氧化的深度处理工艺，保证出水稳定达标排放。
2、改造后的构筑物及主要设备参数
改造后的构筑物及主要设备参数见表2。
3、实际运行结果及分析
3.1 主要反应器的运行效果
①ABR反应器经过2个月的调试运行后，ABR反应器的出水趋于稳定，其对COD的去除效果如图3所示。
ABR反应器由3个串联的ABR罐构成，为了减少进水中有毒物质对微生物的毒害作用，通过污泥回流使ABR罐3的污泥回流到罐1。接种污泥来自江苏某污水处理厂的厌氧颗粒污泥，其接种量控制在30gVSS/L左右。在实际运行中，将ABR进水COD稳定在5000mg/L左右，NH3-N控制在500mg/L以下，罐内水温控制在35～36℃，pH值控制在7.0～8.0。由于该废水中磷酸盐浓度较低，为了保证进水营养元素比例均衡，需按C∶N∶P=200∶5∶1的比例人工投加Na3PO4。由于该厂进水水质波动较大，导致ABR进水水质不太稳定，其COD波动范围为4000～5500mg/L，COD去除率稳定在20%～35%。该ABR反应器的良好运行很好地缓解了后续处理工艺的有机负荷，并提高了废水的可生化性。
②UASB反应器
该工艺的UASB反应池由2组反应器并联而成，接种污泥来自江苏某同类染料厂的UASB反应器排出的新鲜颗粒污泥。在调试过程中，当可降解污泥负荷率达到0.3kgCOD/(kgVSS·d)时，颗粒污泥开始形成，此时将污泥负荷率提高到0.6kgCOD/(kgVSS·d)有利于颗粒污泥的加速形成。在运行维护过程中，将COD保持在4000mg/L左右，氨氮浓度<350mg/L。图4是UASB反应池在2017年11月的水质数据。从图4可知，UASB反应器的出水COD保持在2400～3200mg/L，其对COD的去除率为16%～30%。随着处理工艺流程的变长，容易被微生物利用的有机物也变少，相较于ABR反应器，UASB对COD的去除率有所下降。
③两级好氧曝气池
接种污泥来自某生活污水处理厂的好氧剩余污泥，在调试期间往好氧池加满沉淀池的澄清液，同时投加适量面粉。为保证好氧微生物所需的代谢营养元素，按C∶N∶P=100∶5∶1的比例投加Na3PO4。加泥后每次闷曝0.5d，闷曝3d后连续小水量进水，每次提高污泥负荷20%，直至设计负荷。
在经过大半年的运行后，好氧池的污泥流失比较严重，为了保证好氧池的正常运行，又进行了第二次接种，总共向2座好氧池投加了100t生活污水处理厂的新鲜污泥。在经过一个月的运行后，好氧池1的污泥沉降比(SV30)从5%上升到25%，好氧池2的SV30则稳定在30%～40%，且污泥由暗黑色变成黄褐色并伴有大量菌胶团。为了保证好氧池的污泥正常生长，控制好氧池1的DO值在2.0mg/L左右，好氧池2的DO为2.0～4.0mg/L，污泥回流比为75%，MLSS稳定在3500mg/L。图5是2017年11月好氧系统的运行效果。好氧池2的出水COD为1200～1500mg/L，两级好氧池对COD的去除率保持在50%左右。
3.2 组合工艺的运行效果
该工程于2017年初开始调试，已正常运行一年多。该组合工艺运行效果良好，出水水质稳定达到园区纳管要求。2018年3月的监测数据见表3。
由表3可知，进水的污染物浓度很高，但经过铁碳芬顿、混凝沉淀、ABR、UASB反应器和两级生化曝气池处理和末端深度处理后，其出水水质趋于稳定，证明该高级氧化+物化+生化+高级氧化的组合工艺抗冲击负荷能力强。铁碳芬顿+混凝沉淀对COD的去除效果很好，能使COD为10000mg/L左右的进水经其预处理后，COD稳定在5000～6000mg/L。在未安装脱氨膜系统对超高氨氮车间废水预处理之前，其进水氨氮浓度能达到1500mg/L左右，而通过对超高氨氮废水预处理之后，进水氨氮浓度可稳定在600～800mg/L。除了氨吹脱系统、生化系统和高级氧化系统对氨氮去除发挥主要作用外，为了保证出水氨氮达标，实际运行时在三沉池出水中按0.2%的比例投加次氯酸钠，以保证出水氨氮<40mg/L。该染料废水TP浓度很低，不含有机磷，为保证生化效果，在ABR反应器和好氧池中按比例人工投加磷酸三钠，且废水中的含磷物质在整个工艺中处于低水平，并可被厌氧菌和好氧菌消耗利用，三沉池出水TP稳定在1mg/L以下。整套工艺对COD的去除率稳定在92%以上，对氨氮的去除率保持在95%以上，出水pH值也稳定在7左右。出水各项指标均达到园区污水处理厂的接管标准。
4、运行中的问题及分析
①芬顿池药剂比例的投加控制。
通过小试确定硫酸亚铁和双氧水的最佳投加比例，但在运行中由于人工控制流量误差很大，过量双氧水流入中和沉淀池会产生大量气泡，影响沉淀效果。在生产中，将硫酸亚铁投加量在计算比例基础上适量增加，以消耗过量的双氧水。
②好氧池1中DO的控制。
由于好氧池1直接受到UASB出水的厌氧冲击，导致好氧池DO一直处于2.0mg/L左右，且风机耗能比较大。若将好氧池1改造为缺氧池，与好氧池2构成A/O一体池，不仅可以去除COD，也可以强化脱氮效果。
③生化系统的可生化性利用问题。
随着工艺链的延长，微生物易降解的有机物变少，导致两级生化曝气池生化去除效果不是特别高，为了提高废水可生化性，建议将后芬顿系统设置在好氧池2前端。
5、经济分析
该工程的处理水量为2000m3/d，设备材料及电气仪表合计400万元，工程设计调试及菌种费总计150万元。药剂投加费为4.10元/m3，人工费为1.23元/m3，水电费为1.15元/m3，污泥处置费为0.6元/m3，则废水直接处理成本为7.08元/m3。
6、结论
采用RANS脱氨膜系统+Fe-C/Fenton+混凝沉淀+ABR+UASB+两级好氧池+高级氧化深度处理工艺处理高氨氮、高COD的有机染料废水，工艺运行效果很好，抗冲击负荷能力强，系统出水稳定，对COD和NH3-N的去除率分别达到92%、95%，其出水水质指标完全符合该化工园区的污水处理厂接管标准。(来源：南昌大学资源环境与化工学院 鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室)
