1、工程概况

沧州市沧县是河北省重要的化工原料生产基地。2017年，河北省生态环境厅公开的第16批中央生态环境保护督察群众信访举报重点关注案件边督边改情况显示，沧县兴济镇化工厂地块被查出存在不同程度土壤污染和地下水污染问题。根据举报信息，该地块原有4家化工企业，其生产产品与2013年沧县某村“红水事件”中化工厂一致。“红水事件”曝光后，这4家企业因环保问题陆续停产，但其长期排放的有害废水和就地填埋的化工废料造成某镇4个区域的地下水和土壤严重污染。此外，“原化工厂附近低洼的边沟、铁路地道桥等地方存在着大量外渗红水”，其整个渗坑长400m，宽8m，深约1m。在此背景下，尽快解决渗坑废水处理问题，加快废水处理工程的建设迫在眉睫。

该工程处理水量约3000m³，设计处理规模为2m³/h，拟采用一体化撬装处理设备。现场取样分析，COD、BOD5、SS、氨氮、总氮、磷酸盐、硝基苯、氯苯和对-硝基氯苯均存在超标现象（见表1）。

该工程设计出水水质须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A标准，处理出水排至河道下游。

2、染坑废水处理工艺的确定

2.1 工艺选择的思路

渗坑废水往往具有成分复杂、含盐量高、可生化性差以及生物毒性大等特点，按照污染物种类可分为废酸污染、重金属污染、可降解有机污染、难降解有机污染等类型。

针对渗坑水质超标指标进行分析：①SS大部分为河道的淤泥和部分大分子染料颗粒，前期试验证明，可以通过常规混凝沉淀工艺去除；②COD、BOD5可在生化池活性污泥的作用下部分降解；③通过设置硝化池和反硝化池，采用多级A/O工艺可实现氨氮和总氮的达标排放；④对硝基苯、氯苯、对-硝基氯苯类，目前开展了Fenton氧化、光催化氧化、臭氧氧化等高级化学氧化处理研究，相比而言，Fenton氧化工艺最成熟，应用最广泛。因此，该项目考虑采用高级氧化法和生物法联合对渗坑废水进行处理，以达到相应地表水功能区水质要求。

2.2 工艺流程

染料渗坑废水处理工艺流程见图1。

渗坑废水通过潜污泵提升至初沉池，投加混凝剂和絮凝剂，将SS降至20mg/L以下；废水自流进入Fenton氧化池（pH调节、Fe2+和H2O2反应沉淀和pH回调）。Fenton属于强氧化剂，可将水中的难降解有机物例如硝基苯类大分子分解成易降解小分子物质。经过高级氧化处理后的废水依次通过厌氧池释磷菌的释磷作用和生化池后释磷菌的吸磷作用，最终通过排泥的方式除磷。在厌氧池后设置脱氮池，反硝化菌将后续生化池的硝态氮转化成氮气排出，从而达到去除总氮的目的。接触氧化池是在活性污泥池中添加填料，可以增加系统活性污泥浓度、降低污泥负荷，对该项目难降解废水具有很好的处理效果。接触氧化池出水经过后续沉淀、絮凝沉淀作用，可使COD、SS进一步降低，达到一级A排放标准。

3、主体工艺设计

3.1 预处理

①初沉系统

因废水中SS较高，且渗坑已存在近10年，SS大部分为无机物，为避免后续无机污泥增多影响生物池的污泥活性，考虑在前端完成SS去除。

设初沉池1座，采用钢制防腐结构，尺寸为1.2m×1.2m×2.5m，表面负荷为1.38m3（/m2·h）。

②高级氧化处理系统

废水经过长时间的自然净化，易降解污染物已大幅降低，剩余COD大部分为难降解物质，因此需采用高级氧化作为预处理。目前常用的高级氧化工艺主要为臭氧氧化、Fenton氧化，而臭氧氧化所需设备较多，且水深需达到5.5~6.0m才能获得满意的效果。鉴于该项目水量较小，设备单体水深难以达到5m，同时臭氧氧化所需设备较多，运行功率较大，对硝基化合物处理效果不佳，因此，臭氧氧化不适用。相比臭氧氧化，Fenton氧化仅需增加双氧水、硫酸亚铁、pH调节加药装置，且该项目水质呈酸性，故考虑采用Fenton氧化作为预处理。

Fenton氧化池：pH调节池1尺寸为0.6m×0.6m×1.2m，双氧水投加池尺寸为0.6m×0.6m×1.2m，反应池尺寸为1.2m×1.2m×2.5m，停留时间为1.4h，设玻璃钢防腐碳钢搅拌机1台。Fenton沉淀池尺寸为1.2m×1.2m×2.5m，pH调节池2尺寸为0.6m×0.6m×1.2m。m（H2O2）∶m（COD）=3∶1，n（Fe2+）∶n（H2O2）=1∶4。

3.2 生化处理

设置厌氧池1座，用于生物除磷；设置2级缺氧池去除总氮，设置2级生化池去除COD、BOD5和氨氮。

①厌氧池：尺寸为1.2m×1.7m×2.5m，停留时间为2h。

②缺氧池：按照最低温度10℃考虑，最小反硝化速率为0.023kgNO3--N/（kgMLSS·d），一级反硝化池和二级反硝化池尺寸均为2.0m×2.0m×2.5m，停留时间为8h。曝气池MLSS为4000mg/L，MLVSS为2800mg/L。

③好氧池：污泥负荷为0.075kgBOD5/（kgMLSS·d），硝化速率为0.034kgNH3-N/（kgMLSS·d），一级硝化池尺寸为2.0m×2.0m×2.5m，二级硝化池尺寸为2.0m×2.0m×2.5m，停留时间为8h。设二级硝化池污水回流泵、沉淀池污泥回流泵各1台。

3.3 深度处理

因废水色度较高且难降解物质较多，故考虑采用深度处理保障水质达标。将粉末活性炭投加至生化出水，加强对色度和COD的吸附去除。二沉池尺寸为2.0m×2.0m×2.5m，表面负荷为0.5m3/（m2·h），活性炭投加量为30mg/L。絮凝沉淀池尺寸为1.6m×1.6m×2.5m，表面负荷为0.78m3（/m2·h），PAC投加量为20mg/L，PAM投加量为2mg/L。

以上设备采用钢制，其中预处理+厌氧池合建，厌氧、缺氧池合建，部分好氧池合建；另外一部分好氧池和2座沉淀池组合，这4个组合通过管道连接形成撬装式设备处理渗坑染料废水。

4、运行效果及经济分析

该项目自2018年5月进入调试运行阶段，进水COD为180mg/L、BOD5为60mg/L；经过Fenton氧化作用，COD为150mg/L，BOD5为100mg/L，B/C提升至0.67；经过生化处理后，出水COD为50mg/L，二沉池中添加活性炭10mg/L，色度达到15倍以下，氨氮为0.5mg/L，总氮为11mg/L，硝基苯、氯苯、对-硝基氯苯未检出，达到一级A排放标准。最终出水SS在10mg/L以下。4个月后，该渗坑废水得到全部处理。该项目设计处理规模为2m³/h，实际日处理量为48m³/d，占地270m2，其中集装箱式设备间占地96m2。总投资为200万元，吨水投资为4万元/m³。运行费用分析见表2。

5、结论

①染料渗坑废水具有多点性、水量固定等特点，采用撬装式设备可灵活移动，相比于固定处理设备造价低，还可根据水质对工艺流程进行调整。

②相比于其他氧化工艺，Fenton氧化更能有效地氧化硝基苯类化合物，且在废水处理规模较小、处理场地小等情况下更具优势。

③采用Fenton氧化+厌氧+缺氧+好氧+活性炭吸附+絮凝沉淀组合工艺处理染料渗坑废水可实现稳定达标排放。