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聚焦苏南乡镇工业园区废水治理 为太湖流域水质改善助力

2018-03-01 09:28 作者:刘萍 顾宇辉 蒋永伟 来源:中国环境报 编辑:刘飞
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湿地,是自然的赠与,是动植物的乐土,被誉为地球之肾。在江苏常熟望虞河畔有一片这样的湿地,水流清澈,鱼儿摆尾,野鸭畅游,高高的芦苇随风舞动。这看似平常的画面下,藏着的是国际领先的工业污水生态化处理技术的成功应用。

原来,这里就是江苏省常熟新材料产业园生态湿地处理中心,是在引进消化吸收德国生态处理技术基础上,建设的以化工园区污水处理厂尾水为处理对象的人工湿地,每天可处理4000吨工业尾水,不但实现出水水质指标由一级A标准向地表水Ⅳ类水标准的提升,还实现了工业尾水的循环利用。更为难得的是,处理中心的生态化运行,让整个处置过程中的水自然流动,利用植物和滤料层,运用物理、微生物等手段去除污染物,不添加任何化学药剂。这个人工打造的化工园区小湿地,近年来吸引了大量野鸭、野鸟、黄鼬等野生动物来这里安家。

很多人有这样的疑问:污水处理厂的尾水明明已经达到一级A标准,为何还要在这里建设占地6万平方米的人工湿地进行深度处理?原因是,这里紧邻长江和望虞河,望虞河是太湖“引江济太”的引水通道,其水质对于太湖水质有着直接影响。污水处理厂尾水尽管已经达标排放,但仍为劣ⅴ类,对其进行深度处理并回用于工业水厂,可以有效减少污染物排放、提升入河水质,对于保护长江、望虞河和太湖流域水环境质量,以及保护下游饮用水水源地水质安全,都有着重要作用。

十年治太,“水专项”提升工业园区废水治理水平

太湖美,美就美在太湖水。江苏省环境科学研究院与苏州德华生态环境科技股份有限公司合作建成的常熟新材料产业园生态湿地处理中心,是“十二五”期间江苏省环境科学研究院承担的国家重大科技专项太湖项目“园区化乡镇工业废水富营养污染物深度削减及资源化成套技术研究与工程示范课题”(2012ZX07101-003)成果的一个缩影。从化工、印染、造纸、IC行业,到化工园区集中污水处理厂,5年来,课题组针对江苏省南部独特的产业特征和太湖流域水质的高要求,通过反复研究和实践,构建了工业废水中有机氮磷污染物高效深度去除和工业废水资源化利用两大技术体系,并在苏州、无锡、常州等地区多个乡镇工业园区建设了六大示范工程,有效提升了太湖流域乡镇工业园区工业企业的废水治理水平。

上世纪80年代初,苏州、无锡和常州等市通过发展乡镇企业实现非农化发展。此后,苏南乡镇企业急速发展,地区整体经济水平在全国处于领先。这一发展模式引发了广泛关注,曾被著名社会学家费孝通称为“苏南模式”。然而,经济快速发展的背后,埋藏着环境隐患,2007年太湖蓝藻污染事件后,痛定思痛的苏南人开始重新审视发展路径。继而出台了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072-2007),对工业外排尾水的COD、氨氮、总磷、总氮的排放浓度限值提出了严格要求,十年治太之路由此开启。

此后,为了严格和强化管理,苏南众多乡镇企业经过统筹,发展成为乡镇工业园区(集聚区),但化工、印染、造纸等传统产业依然占了较大比重,废水排放量占区域工业废水排放总量的45%。据统计,苏、锡、常3市规上企业近两万家,占全省40%,2015年工业增加值1.2万亿元,占全省36%,单位面积企业数和工业增加值是全省的两倍多、全国的28倍。如此庞大的企业基数,加之分散于各个乡镇的工业园区(集聚区)与国家级、省级园区相比,其规划、管理及产业构成都存在一定的差距,如何提升这些遍布苏南地区的工业园区的环境管理水平是不小的技术难题,对太湖流域的水污染防治有重要影响。正是出于这样的考虑,江苏省环境科学研究院牵头,自2012年启动了“园区化乡镇工业废水富营养污染物深度削减及资源化成套技术研究与工程示范课题”,参与单位包括南京理工大学、南京大学、河海大学、北京国环清华环境工程设计研究院有限公司等,围绕进一步削减工业污染,实现太湖水环境减负、修复目标,研发关键技术,从前端防治、过程控制、末端处理、长效管理等环节系统优化技术方案,提升太湖流域工业废水治理水平。

攻坚克难,两大技术体系助力太湖流域工业污染治理

每年夏季,太湖的蓝藻情况都会引发公众的极大关切。虽然经过“十一五”治理,太湖流域工业废水基本实现了达标排放,其氮磷排放总量削减取得较好效果,但从太湖流域生态形势来看,即使工业尾水氮磷实现达标排放,氮磷污染排放总量仍然过大,超出流域的环境承载能力。尤其是跟藻类生长关系相对密切的氮、磷减排需求依然非常强烈。在此背景下,“十二五”水专项提出了“减负、修复”目标,一方面通过太湖流域的产业结构调整,从源头上减少工业氮磷污染物的产生量,另一方面进一步提高工业尾水资源化比例,削减废水和氮磷污染物排放总量。

为太湖“减负”,离不开工业废水的高效处理和回用,尤其是工业废水中富营养物质的深度削减和特征有机污染物的安全解毒。而其中,难降解有机污染物多数具有化学结构稳定、疏水性强、生物毒性强的特点,一直是制约工业废水稳定达标的重要因素和技术难题。同时,难降解有机污染物也是制约双膜法应用于工业废水资源化的主要问题,疏水性难降解有机物与钙、镁等多价阳离子的交互作用,以及芳香蛋白、溶解性微生物副产物(SMPs)是膜污染的主要成因。

为解决这一难题,课题组研究人员围绕园区化乡镇工业废水的安全排放和低碳运行,依托化工废水氮磷深度削减成套技术研究与工程示范、印染废水深度处理及回用成套技术研究与工程示范、乡镇工业园污水厂尾水深度处理回用成套技术研究与工程示范、高耗水行业节水减排成套技术研究与工程示范、示范区工业污染负荷削减方案研究等5个子课题的深入研究,最终形成工业废水中有机氮磷污染物高效深度去除和工业废水资源化利用两大技术体系,这些技术在宜兴、金坛、常熟、无锡、苏州等地6项示范工程中得到了系统和全面的应用,有机氮磷污染物高效深度处理规模达到了17000余吨/天,中水资源化回用规模达到12000余吨/天,年削减COD、NH3、TN、TP、特征污染物分别约612.03吨、11.85吨、90.98吨、5.92吨、0.11吨。这些示范工程点的高效运转,以及以示范技术为核心技术的殷村港小流域工业污染综合整治方案的实施,实现了加强太湖工业污染治理的初期目标。

针对性研发,水专项课题结出丰硕成果

太湖流域工业废水种类繁复,不同类型企业排出废水中的难降解氮磷有机物种类各异。为了更加高效地深度去除废水中难降解氮磷有机物,课题组在研究氧化-还原降解途径的基础上,面对不同种类的污染物,有针对性的开发出治理技术。

针对氮杂环类、磷杂环类等主要以还原途径降解的污染物,开发电场辅助生物驱动电化学降解技术;针对饱和烷烃、卤代芳烃、微生物代谢产物等主要以氧化途径降解的污染物,开发臭氧催化氧化加上曝气生物滤池耦合技术、高析氧电位管式膜电极催化过滤技术;针对印染废水低碳高氮特性,开发基于挥发性脂肪酸控制的厌氧高效氨化技术。技术涵盖了太湖流域印染、化工等行业,配合工业废水毒性鉴别、溯源和削减评价技术平台,构建覆盖面广、适用性强、经济高效的有机氮磷污染物高效深度去除技术体系。

虽然太湖流域水资源丰富,但课题组在工业废水的资源化利用方面依然做了深入探索。课题相关负责人介绍,针对太湖流域工业废水高端回用领域,膜分离技术占据主流地位且膜污染成为相关技术应用瓶颈的现状,在揭示印染废水与混合化工废水膜污染不同成因的基础上,分别开发以树脂吸附和强化预涂膜技术为核心的膜污染前段控制集成技术;针对限制工业废水低端回用的离子及有机物累积问题,开发电化学适度除盐、多梯度水质回用、生态回用等技术。在此基础上,构建工业废水资源化利用技术体系,同时配套相应行业废水深度处理及资源化技术指南和政策保障体系,并在殷村港流域开展工业污染物负荷削减及污染源减排的技术体系综合示范。

经过科研人员近5年的共同努力,课题研究取得了丰硕的成果。共研发新产品、新装置、新工艺、新技术等9项;申请国内外专利35项,其中20项发明专利获得授权;发表核心论文51篇,其中SCI、EI论文34篇,SCI一区12篇、二区5篇,ESI高被引1篇;编制工业废水深度处理及资源化技术指南4项。此外,示范技术在太湖流域以外也得到了较好的推广应用,共建设推广项目14项,污水处理总规模超过10万立方米,项目所研发的屹桐牌®臭氧催化剂销售超过2000立方米。

整体打包,系统提升企业污染控制与治理水平

课题组在太湖流域苏州、无锡、常州等多个乡镇工业园区建设了六大示范工程,集成“难降解氮磷化合物高效深度去除关键技术”、“工业废水的资源化利用关键技术”两大先进技术体系。此外,课题组通过引入“系统控制理论”,从前端防治、过程控制、末端处理、长效管理等环节提出系统优化技术方案,整体提升了企业污染控制与治理水平,真正实现示范企业的全面环保“变身”。

在宜兴乐祺纺织印染有限公司,通过节水、节能、减排的清洁染整集成技术的应用,降低了染整过程的能耗及水耗,回收清洁液碱进而提高产品品质,回收浓盐降低盐耗和废水中的TDS以提高后续废水的可处理性;通过废水分质收集与针对性预处理,优化了印染废水分质收集和预处理方法:印染残液采用Fenton氧化+混凝沉淀处理,前处理废水与染色废水分别收集并进行厌氧处理,利用CO2替代硫酸对高pH印染废水进行中和预处理,避免硫酸盐引入对后续厌氧处理单元的不利影响,提高厌氧处理效率,并降低了预处理成本。末端处理方面,通过控制厌氧出水(VFAs)为缺氧反硝化提供高品质碳源,提高脱氮效果;通过控制低氧条件,实现短程硝化反硝化脱氮;通过缺氧-好氧全程硝化反硝化,实现多级生物脱氮,确保氨氮、总氮的有效稳定去除。

位于常州市金坛区的登冠农药化工集中区有5家农药企业,主要以环唑类杀菌剂为主导产品,其污水处理厂处理规模为1300吨/天。示范工程实施前,其出水为《江苏省化学工业主要水污染物排放标准(DB32/939-2006)》一级排放标准,废水中含环唑类等高毒性、难降解有机物,处理难度大,出水很难保持稳定达标排放,环唑类有机物残留量较高,尾水毒性较大,受纳水体存在潜在环境风险。为了从整体对企业的环保水平进行优化,课题组的研究人员进行了系统调研,对这些企业“整体打包”进行环保改造:在前端控制方面,采用缩短产品合成路线、产品洗涤水套用,减少了特征污染物排放源强,污染物负荷也削减了50%以上。另外,对废水进行分质收集和预处理,从源头削减污染物的产生量:对高油废水、环唑类高毒性废水、高氨氮废水、高盐废水分别开展针对性预处理。通过前端控制和清洁生产工艺的使用,大大降低了末端处理的污染负荷。在末端处理方面,对废水达标处理工艺进行改造,针对废水环唑类有机物含量高、生物毒性大特点,通过高效复合工程菌技术应用及二级Fenton应急保障措施,实现污水处理厂尾水稳定达标排放。在达标基础上,通过管式膜电极-曝气生物滤池-电渗析组合工艺应用,实现了残留环唑类物质彻底降解,出水低于检测限值,毒性降低,回用于企业生产。同时,对企业内部涉及污水处理的技术和管理人员进行系统培训,编制了《深度处理电膜耦合系统操作规程》和《中水回用工程处理单元操作规程》,以规范操作。

在宜兴三木集团的凌霞污水处理厂,不仅建设了以“臭氧催化氧化+曝气生物滤池”为核心的深度处理工艺,在对企业深入调研的基础上,还提出废水分质收集及车间预处理方案,对三聚氰胺车间、环氧车间、光固化车间等废水采取不同的预处理工艺,提交园区实施,稳定了后续末端处理的水质。

通过整体打包、系统控制,不仅从技术上提升了企业的污染治理水准,更从管理上帮助企业实现了环保“变身”。

 



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