一、工程概況
常州某針織印染企業主要生產高檔針織面料，原有一套(一期)處理能力為4000m3/d的廢水處理工藝，其中回用系統處理能力為1100m3/d。為響應政府號召，減少污染物排放，根據企業發展需要，新增一套(二期)印染廢水處理系統，廢水處理能力為2000m3/d，其中回用系統處理能力為1100m3/d。二期完工后，總廢水處理能力達到6000m3/d，其中2200m3/d達到車間生產回用水標準。企業目前實際廢水量約5500m3/d，車間出水水質見表1，外排接管指標CODCr≤500mg/L。
深度處理進水水質要求為pH值為6~10，色度為80倍，CODCr為100mg/L，設計回用水水質指標參考《紡織染整工業廢水治理工程技術規范(HJ471—2009)》染色回用水質標準，見表2。
二、工藝流程及主要構筑物
2.1 一期工藝流程運行情況分析
2.1.1 一期工藝二級處理流程運行情況
一般認為，BOD5/CODCr值小于0.3的廢水為難生物降解廢水，大于0.3的廢水為可生物降解廢水，比值越大，廢水可生化性越好。該企業廢水的BOD5/CODCr值為0.3，介于分界點，可生化性不高。原有一期工程中，二級處理工藝流程為“調節池+初沉池+水解酸化池+生物接觸氧化池+二沉池”，二沉池出水至回用處理工藝。對于“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合，水解酸化提高了印染廢水可生化性，生物接觸氧化法兼有活性污泥法與生物膜法的優點。
一期工藝自2013年建成后，運行良好，但也出現其他研究者運行該工藝時發現的一些共性問題。如李金梅發現，生物接觸氧化法在處理不當時會產生污泥膨脹現象;程可紅等發現反應器內溶解氧質量濃度至1.0~1.5mg/L時，會出現絲狀菌膨脹。該企業廢水工藝運行時發現，隨著有機負荷的升高，針狀填料上生物膜增厚，氧傳遞效率下降，影響出水水質，并發現了絲狀菌膨脹問題。
2.1.2 一期工藝回用處理流程運行情況
一期工程中，回用處理工藝流程為“氣浮池+氣浮出水池+砂濾、炭濾、精濾+管式超濾+超濾出水池+反滲透裝置+回用水池”，對于“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合，砂濾常用于二級處理后的深度處理，截留水中大分子固體顆粒和膠體;炭濾用于除臭、脫色、脫氯，進一步去除有機物等，提高超濾進水水質;超濾膜利用壓力去除水中大分子物質。
回用處理工藝在運行時發現，砂濾、炭濾出水進入管式超濾后，超濾系統在經過反復自動清洗時會發現，水中微小懸浮物易造成超濾堵塞難以清除，使出水率變低，水損耗增大。
2.2 二期工藝流程
針對一期工程運行時發現的問題，二期工程對工藝作了針對性調整，把“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合調整為“完全混合式活性污泥池”，“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”組合調整為“浸沒式超濾裝置”，二級處理與回用處理工藝見圖1，圓圈部分為與一期工程不同之處。原一期工藝見論文《紡織印染廢水處理中的異味氣體控制工程實例》。
2.3 二期工藝構筑物(變動部分)
2.3.1 活性污泥池
一期工程采用“水解酸化池+生物接觸氧化池”組合去除有機物，二期工程改為活性污泥池，利用大量能適應較高濃度污染物的微生物種群，在好氧條件下分解水中的有機物，微生物利用有機物完成自身生長的同時，去除部分磷和氮。考慮到企業廢水BOD5/CODCr值為0.3，可生化性不高，采取延時曝氣活性污泥法，曝氣時間為24h，廢水混合過程為完全混合式，負荷率常小于0.1kgBOD/(kg污泥•d)。池中大量混合污泥能快速吸附廢水中有機物，延時方式使污泥中微生物有足夠時間逐步分解被吸附的有機物。該方法代謝時間更長，產生的剩余污泥量更少，減少頻繁的排泥操作，運行、管理更簡便。
活性污泥池采用鋼砼結構，單個池子尺寸過大會增加池壁壓力，考慮到安全性和空間安排等因素，池子分設2座，單座池子外形尺寸為φ13.5m×7.5m，總有效容積為2000m3，總停留時間設計為24h。
2.3.2浸沒式超濾裝置
二期超濾由原先的管式超濾改為浸沒式超濾，浸沒式超濾系統的能耗低于其他超濾系統，更易與傳統工藝相結合。浸沒式超濾系統的超濾膜可浸入所需處理水中，占地面積省，是膜法水處理的熱點。二期超濾采用廂式自清洗超濾裝置形式，所用超濾膜為增強型偏氟乙烯(PVDF)中空纖維，系統通過抽吸泵(產水泵)在中空纖維膜內形成負壓，待處理水因負壓形成動力，凈水通過超濾膜微孔進入中空纖維內部通道，匯集至產水管，通過抽吸泵進入出水池，超濾產生的外排水回至調節池。超濾系統流程見圖2。
該套膜系統有5個箱體(4用1備)，浸沒式PVDF中空纖維超濾膜的簾式膜組件垂直裝于膜池內，膜元件型號為SSF-30A，每個膜元件尺寸為824mm×46mm×2200mm，膜平均孔徑為0.04μm，膜絲內/外徑為0.9mm/2.1mm，膜元件總數量為220簾，設計膜總面積/有效總面積為6600m2/5280m2。集水管材質為ABS，采取負壓抽吸式運行，設計產水運行通量和平均運行通量分別為19.72L/(m2•h)和15.78L(/m2•h)，反洗水量92.4m3/h，工作溫度為20℃。
三、一期、二期工藝運行效果比對
二期工藝調試后，實際運行情況良好。車間廢水排放后，流入調節池，通過提升泵將廢水分別提升至一期和二期處理工藝。因此，運行效果具有一定可比性。在同水質情況下，對一期、二期工藝運行情況進行比對，以此判斷二期工藝的運行效果。比對對象為兩期二級處理進出水(同時比對生化池進出水)和浸沒式超濾-反滲透裝置進出水。
3.1 二級處理工藝對廢水色度的去除效果
印染過程所用染料和助劑不同，前處理和染色工藝不同，都會影響廢水中污染物種類和濃度。印染廢水所含的染料、助劑會提高廢水色度和有機物濃度。根據回用水水質指標可知，印染用水對回用水水質要求較高[16]，深度處理關鍵點為降低出水中有機物濃度和色度。
在運行檢測階段，廢水顏色以棕色、灰色、黃色、藍色、黑色為主，采用稀釋倍數法測定廢水色度，色度值介于160~1280倍，平均值為433倍，顏色種類多、波動大、顏色深。一、二期工藝在各自初沉池出水后色度去除率分別為55%和60%，顏色深淺接近；經過各自生化處理后，二沉池出水色度去除率分別為82%和91.5%，廢水顏色深度差距增加，說明二期工藝在實際運行過程中，色度去除率更高。每組數據測定時，均由同一人測定，以減少檢測人員之間的差異造成的顏色判定誤差。
3.2 二級處理工藝對廢水CODCr去除效果
在印染廢水回用工程中，二級處理出水質量的提高，可有效降低后續深度處理設備負荷，延長回用設備壽命，降低回用水處理過程成本。兩期二級處理工藝(含生化段)對廢水中CODCr去除效果見圖3。
處理工藝廢水來源于調節池，廢水CODCr介于550~1200mg/L，平均值為797mg/L。由圖3(a)可知，一、二期二級處理工藝CODCr平均去除率分別為83%和90%，標準偏差σ分別為6.5和2；由圖3(b)可知，一、二期生化池對廢水CODCr平均去除率分別為79%和83%，標準偏差σ分別為6.74和3.65。因此，二期二級處理工藝運行更穩定，CODCr平均去除率更高，穩定性更好。
從實際運行效果看，“完全混合式活性污泥法”優于“水解酸化+接觸氧化法”。一般認為，對于印染行業等產生的生化性差的廢水，厭氧-好氧工藝比單純好氧方法更適合。王昂做過生化性差廢水處理的對比試驗，發現出現此類研究結果相反的原因主要是，廢水中纖維、雜質等隨廢水進入接觸氧化系統后，易附著于填料上，擠壓微生物生長空間，使系統處理效果達不到設計值。
3.3 二級處理工藝對廢水中氨氮的去除效果
微生物在代謝有機物時，除需要碳源外(以BOD5計)，還需要氮源、磷源，BOD5∶N∶P比值為100∶5∶1，以滿足微生物所需營養比例要求。本研究采用CODCr反映碳源(見圖3)，采用氨氮反映氮源(見圖4)，采用總磷反映磷源(見圖5)。
調節池廢水氨氮質量濃度介于8~9.5mg/L，平均值為8.7mg/L。由圖4(a)可知，一、二期二級處理工藝氨氮平均去除率分別為72%和77%，標準偏差σ分別為4.27和4.82;由圖4(b)可知，一、二期生化池對廢水氨氮平均去除率分別為69%和73%，標準偏差σ分別為5.22和5.99。因此，二期二級處理工藝氨氮平均去除率略高，但運行穩定性較一期略低。
3.4 二級處理工藝對廢水總磷的去除效果
調節池廢水總磷質量濃度介于1.5~4.0mg/L，平均值為2.17mg/L。由圖4(a)可知，一、二期二級處理工藝總磷平均去除率分別為64%和64%，標準偏差σ分別為22.99和18.96;由圖4(b)可知，一、二期生化池對廢水總磷平均去除率分別為61%和46%，標準偏差σ分別為20.31和18.81。因此，一、二期二級處理工藝總磷去除率均不高，活性污泥法總磷去除率較低，運行穩定性均較差。主要原因為水解酸化段氧濃度較低，有利于聚磷菌對磷的釋放，接觸氧化段氧濃度較高，有利于聚磷菌對磷的過量吸收。
回用處理系統根據企業生產需要和二級處理出水水質情況來確定是否運行，最后回用水都進入回用產水池備用，為確定兩期超濾裝置運行狀況，有針對性的對一期超濾組合和二期浸沒式超濾出水進行測定，測定結果見圖6。
從出水CODCr、氨氮、總磷測量值看，出水相對穩定，進入超濾產水池的出水可以滿足一般回用水要求。若回用于對水質要求較高的生產，需要進一步通過反滲透裝置處理。
在二期工程運行后，兩期的回用出水都能達到回用水要求，因此，兩期深度處理出水混合進入回用產水池。作為對水質要求較高的生產用水，產水池水質檢測數據為：pH值6.4~7.5，色度為0，ρ(CODCr)為4.3mg/L，ρ(氨氮)為0.08mg/L，ρ(總磷)為0.03mg/L，ρ(余氯)為0.03mg/L，電導率為17.2μS/cm。
四、經濟效益
在二期工藝運行后，實際運行管理人員未增加，由現有操作人員兼任，因此，成本分析主要包括電費和藥劑費用。因二期設備為新設備，需用大量藥劑進行清洗，因此，初期成本核算時，二期成本較高，若僅考慮正常運行所含電費和藥劑費，一、二期成本接近。二期每噸水所用藥劑費用見表3。
根據一期、二期所產中水分開核算后，工業用電電費按0.7元(/kW•h)計，一期處理成本為(含藥劑費和電費)2.18元/t水，二期處理成本為4.14元/t水[含藥劑費(表3)、電費、新設備清洗藥劑費用]，按總產水量核算，平均為2.85元/t水。企業新鮮用水費用為1.8元/t，預處理費0.5元/t，污水接園區污水處理廠費用為4.6元/t，總用水成本為6.9元/t，中水回用可節省生產運行成本。
五、結語
工程實踐表明，該企業二期工程用“完全混合式活性污泥池”代替“水解酸化池+接觸氧化池”，二級處理出水CODCr、氨氮、總磷等指標達到一期出水水平；用“浸沒式超濾裝置”代替“砂濾、炭濾、精濾+管式超濾”，中水處理工藝也達到中水回用標準。回用水處理成本與新鮮用水總成本相比，中水回用有利于企業生產運行成本的降低，節省水資源和提高水重復利用率。
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