聚酯化纖企業的廢水主要來自聚酯化纖工藝生產過程中產生的各類廢水，以及工藝清洗廢水。企業生產過程中產生的各類廢水中常含有強堿、強酸、醇類、果膠、纖維素、半纖維素、酯類、二惡烷和2-MD等化合物，以及含有可揮發等的有機污染物。常規的水解酸化+接觸氧化、芬頓催化氧化、膜生物反應器(MBR)等處理工藝無法取得令人滿意的效果。鑒于該類企業產生的廢水水質復雜、難降解有機物含量高，可生化性差，隨著廢水的產生，還產生出大量對微生物具有毒害作用的丙烯醛和丙烯醇等揮發性有機污染物，此2類有機污染物對人眼的刺激性極強，有催淚性，刺激眼睛及呼吸道，液態的丙烯醛還具有腐蝕性等特點。
臭氧催化氧化-MBR-固定化曝氣生物濾池(G- BAF)-生物強化-碳濾組合工藝，將固定化生物濾池、生物強化、催化氧化與膜技術相集成，并成功應用到該實際工程中。通過該項目，實現聚酯化纖廢水—無害化—資源化的回用模式，不僅對企業的節水減排和持續發展有著重要的影響，也期望能為同類企業的廢水處理技術研發和應用提供參考。
1工程概況
聚酯化纖企業生產的廢水，其污水來源主要為工藝車間的生產廢水、生活廢水、車間及工藝罐沖洗廢水，每天廢水排放量約48t。考慮可能產生的不可預見廢水量，設計處理量為60t/d的污水處理系統，其中工業廢水為24t/d。設計進水pH為6——9，COD為2.5——3.5g/L，BOD5≤300mg/L，SS、NH3-N、動植物油的質量濃度分別為200——300、≤30、1.2mg/L。處理后出水要求達到GB/T18920——2002的城市綠化水標準。
廢氣來源于企業生產廢水工藝以及廢水處理系統產生。廢氣中乙二醇、H2O、乙醛、甲醇、空氣的質量流量分別為0.01、0.29、0.76、0.21、12.70kg/h，合計13.97kg/h。廢氣排放要求達到天津地方標準DB 12/524——2014指標，即出口VOCs的質量濃度≤50mg/m?，20m高空質量流量≤4.5kg/h。
根據廢水合成工藝取企業廢水和廢氣進行GC- MS定性分析，廢水中所含組分包含乙二醇、乙醛、丙烯醇、丙烯酸、對苯二甲酸乙二醇酯、二惡烷、2-MD、丙烯醇和丙烯醛等物質，廢氣包含乙二醇、乙醛、丙烯醇、丙烯酸、空氣等氣體。聚酯化纖廢水有機物含量高，有機污染物具有生物毒性，可生化性差，廢水成分復雜，具生物毒性等特點，屬于難降解工業廢水。
2工藝流程
該廠廢水處理站占地200m?，綜合設備間為廠區車間內，綜合設備間內設有膜出水泵、配電控制室，膜反沖洗加藥罐、臭氧發生器、化驗室等。水池為碳鋼結構，廢水池體為碳鋼，內外二度防銹底漆，外面二度面漆。
廠區內生活廢水經過格柵后進入集水井中。格柵作用是去除污水中大塊雜質、纖維物質和毛發，防止提升泵堵塞。集水井廢水經過提升泵提升后進入調節池。廠區工業廢水直接進入到工業廢水收集池中。池體上端溢流口工業廢水自留到調節池中。調節池水通過提升泵進入到水解酸化池，水解酸化池提高廢水可生化性。出水進入到G-BAF+MBR反應池，同時通過攪拌罐將生物強化微生物菌制劑攪拌均勻激活生物活性后投加到G-BAF中，提高生物降解效率，降解水中大部分污染物，出水通過碳濾塔過濾后回到清水池中用于廠區綠化。
整個處理系統密閉，收集的系統尾氣和工業廢氣通過吸風機吸入噴淋塔，氣體通入洗滌塔后經過水洗滌，將水溶性氣體如丙烯酸和丙烯醇等可溶性物質溶解于水中。含有廢氣的廢水流回到工業污水收集池中。臭氧和工業廢水收集池中廢水進入臭氧氧化塔進行充分的接觸和反應，通過臭氧催化氧化氧化達到解除廢水毒性并提高其可生化性。尾氣通過噴淋塔洗滌處理，通過活性碳吸附塔吸附處理后20m高空達標排放。
以臭氧催化氧化、G-BAF、生物強化、MBR、碳濾為主體的廢水廢氣處理系統工藝流程見圖1。
3主要構筑物及設備
1)格柵與集水井。集水井前設置機械格柵，格柵間尺寸1.20m×0.5m×1.2m。集水井尺寸為4.0m×2.0m×5.0m，全地下結構。設置2臺潛污泵(1備1用)。泵參數為體積流量3m?/h，揚程10m，功率0.55kW。
2)工業廢水收集池。收集工業廢水，池體有效尺寸為2.5m×2.0m×3.5m，內部防腐，有效容積為15m?。污水停留時間為15h。池體為碳鋼箱體。池體上端溢流口工業廢水自留到調節池中。所有池體密閉，工業尾氣和池體廢氣通過噴淋塔洗滌后流回到工業污水收集池中。
3)調節池。將解除毒性的工業廢水和生活廢水在調節池中充分混合，設置調節池。調節池尺寸為2.5m×3.0m×3.5m，有效容積22.5m?，內部防腐。池體為碳鋼箱體。池內安裝穿孔曝氣管，通入空氣攪拌，使廢水混合均勻，并防止水中懸浮物的沉積和污水腐臭。池內設有潛污泵2臺(1備1用，體積流量3m?/h，揚程7m，功率0.37kW)，并設有液位浮球來自動控制泵的啟停。
4)臭氧催化氧化塔。臭氧發生器的臭氧產量為1kg/h，含臭氧發生器、干燥器、過濾器和臭氧氧化塔。臭氧氧化塔的尺寸為Φ準0.9m×2.9m，內襯3mm厚耐酸、碳鋼，外部二度防銹底漆、二度面漆。臭氧氣體通過反應器底部的微孔補氣板通入臭氧氧化塔。氧化塔內部含有支撐架、濾帽、填料網、墊層等，負載催化劑。催化劑是含有多元的過度金屬元素的柱狀活性碳。設置pH為6.8。冷卻水體積流量為3——4m?/h。
5)水解酸化池。通過潛污泵將混合均勻的廢水打入水解酸化池中，池體為碳鋼，水解酸化池有效容積為36m?，池體尺寸為4.8m×2.5m×3.5m，箱體內部防腐。污水停留時間為14.4h。內部安裝彈性填料，填料片間距為200mm。彈性填料12m?，為厭氧微生物提供附著點。池底鋪設穿孔曝氣管，通入壓縮空氣起到攪拌作用使廢水混合均勻。內部留有溢流口，廢水通過溢流直接溢流到G-BAF中。運行時DO的質量濃度不高于0.4mg/L。
6)G-BAF。通過溢流口將水解酸化池中的廢水溢流到好養池中。尺寸為7.2m×2.5m×3.5m，箱體內部防腐，有效容積為54m?，水力停留時間為14.4h。池體為碳鋼箱體。池內設有聚氨酯組合填料，組合填料30m?，填料架1套采用槽鋼和螺紋鋼焊接而成。池底鋪設微孔曝氣系統，通入壓縮空氣進行曝氣，增加廢水好氧微生物濃度。內部留有溢流口，廢水通過溢流進入MBR池。
7)MBR生化池。池體尺寸為14.5m×2.5m×3.5m，箱體內部防腐，有效容積為 108.75m?。水力停留時間為43.5h。池體為碳鋼箱體，設有MBR。生化池出水方式采用膜分離方式進行泥水分離。采用PVDF簾式膜，14片膜，膜面積為18m?/片。反應器內設置曝氣系統，曝氣量氣水體積比為20:1，壓縮空氣通過管路從池底進入。設置回流裝置，定時回流保持生化池內污泥濃度。膜出水泵一備一用，參數為體積流量3.5m?/h，揚程12m，功率0.37kW。
8)生物強化。罐體尺寸為Φ準2.4m×3.0m，內設攪拌和曝氣裝置。將調節池廢水打入該裝置，攪拌曝氣24h。目的是將干燥的菌制劑，在罐里面和廢水充分攪拌和混勻并激活生物活性。隨后通過潛污泵將菌制劑水溶液打入到G-BAF。1t廢水投加菌制劑0.5kg。篩選和培養方法見文獻。
9)噴淋塔。噴淋塔尺寸為Φ準0.8m×2.2m，內襯3mm厚耐酸堿玻璃鋼，外部二度防銹底漆，二度面漆。分塔體、塔板和填料。工業廢氣總收集管管徑DN80mm，壓降按純空氣10Pa/100m計。風機體積流量400——500m?/h，功率0.75kW。
10)活性碳吸附塔。吸附塔尺寸為Φ準1.8m×2.8m，內襯3mm厚耐酸堿玻璃鋼，外部二度防銹底漆，二度面漆將處理后的廢氣通過活性碳吸附達標后20m高空排放。
11)碳濾塔。吸附塔尺寸為Φ準0.6m×2.5m，內襯3mm厚耐酸堿玻璃鋼，外部二度防銹底漆，二度面漆。將處理后的廢水通過碳濾塔進入清水池，該出水負責公司綠化和洗車使用。
12)其他。設備間內設置2臺膜自吸泵供膜出水，2臺風機各收集工業廢氣和整個系統的有毒氣體，4臺潛污泵，2臺將調節池廢水打入水解酸化池中。2臺將在菌液打入G-BAF池中;臭氧發生器1臺，臭氧塔1座，控制室內設有電源柜1套、電控柜1套。污泥處理間設污泥調理罐1套，加藥系統1套，氣動隔膜泵2臺(1用1備)，隔膜板框壓濾機1套，就地電控1套。
4系統運行情況
4.1 各單元處理效果
污水處理設施正式運行后，系統出水一直穩定達標，部分水質優于GB/T18920——2002標準。表1為各單元多次取水檢測的平均結果。
4.2 臭氧催化氧化系統
臭氧催化氧化系統中加入多元負載型催化劑，利用多元過渡金屬氧化物的催化氧化性能，促進臭氧分解為羥基自由基。廢水中含有丙烯醛和丙烯醇二類揮發性有機污染物，2類有機污染物對人眼的刺激性極強，有催淚性，可通過揮發進入大氣，其蒸氣刺激眼睛及呼吸道，液態的丙烯醛還具有腐蝕性。2種物質具有的共同特性是它們可被臭氧所誘發的羥基自由基所降解，基于以上特點，為了減少2類物質對后續生化反應池中微生物的毒害，減少揮發后氣體的毒性，使廢水處理系統穩定運行，需要在前期和尾氣處理中增設臭氧處理單元。降低廢水毒性并提高其可生化性，提高有機物的去除效果，從實驗數據可知，臭氧對廢水COD的降解率為15%——18%。
4.3 水解酸化段
水解酸化段COD平均去除效率為，在水解條件下，將大分子有機污染物變為小分子有機污染物，或者將有生物毒性有機物轉變為無生物毒性的有機污染物。目的在于改善有機污染物的可生化性，COD的去除效率不高，為15%——18%。
4.4 生物強化對COD去除率的影響
圖2是投加菌制劑前后出水COD變化。
由圖2可知，使用微生物菌制劑前后COD去除率有比較明顯的變化，出水COD平均分別為114.3、98.3mg/L。高效微生物菌制劑是通過長期降解該類廢水的活性污泥中馴化和篩選獲得的優勢菌種，因此可使廢水中的高效微生物的含量增加，加快對該類難降解有機物的降解。開始投加菌制劑1周，廢水COD幾乎沒什么變化，為生物菌制劑在適應生長過程中;1周后，廢水的COD開始相對下降。此后污水運行系一直正常運行，但是運行3個月后，廢水COD有上升趨勢，需要二次投加菌制劑，投加數量和第1次一樣。再1周后，運行數據維持正常。說明生物強化后的廢水COD降解率在原有的基礎上提高了16.4%，微生物菌制劑的投加頻率維持在3個月1次為宜。
由以上分析可知，該工藝系統對有機物、SS等均具有理想的去除效果。系統運行穩定，出水COD穩定在50mg/L以下，BOD5在6mg/L以下，達到GB/ T18920——2002的用于城市綠化水的排放標準，廢水可直接用于城市綠化和車輛沖洗。排放廢氣VOCs的質量濃度小于50mg/m?，達DB12/524——2014，20m高空排放，質量流量小于4.5kg/h。
4.5 G-BAF+MBR系統
在G-BAF處理系統和MBR生化系統，COD去除率可以達到76%。在G-BAF處理系統和MBR系統內有復合填料的存在，載體內單位體積為生物量加大，微生物不容易脫落。加強抗沖擊負荷能力，降低了污泥負荷，同時采用MBR出水方式，不僅截留了微生物不會流失，還能截留大分子有機物，增加其停留時間，使有機物降解更徹底。
4.6 成本分析
根據運行數據，整個工藝運行電費為2.8元/m?，菌制劑投加費用0.2元/m?，污泥處理費約為0.2元/m?，人工費約0.4元/m?，不計設備折舊費，直接運行費用為3.6元/m。具體參見污水寶商城資料或http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
5結 論
臭氧催化氧化、G-BAF、生物強化、MBR、碳濾為主體的廢水處理工藝對難降解，高有機物的聚酯化纖廢水具有良好的處理效果，其中，臭氧催化氧化+ G-BAF+ MBR對COD的除去率達到76%，生物強化技術的應用，廢水降解率在原有的基礎上提高了16.4%。
臭氧催化氧化、G-BAF、生物強化、MBR、碳濾為主體的廢水處理工藝處理后出水達到GB/T18920——2002的城市綠化水標準，廢氣達DB12/524——2014排放標準。該工藝抗沖擊負荷能力強，運行穩定。
臭氧催化氧化作用對系統產生的丙烯醛和丙烯醇有毒物質具有特定的解除其生物毒性的作用，為本系統下一步的G-BAF+生物強化+MBR提供了必要條件。
