聚焦蘇南鄉鎮工業園區廢水治理 為太湖流域水質改善助力
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臭氧催化劑產品
高析氧電位管式膜電極
兩大技術體系構建圖
示范工程驗收現場
濕地，是自然的贈與，是動植物的樂土，被譽為地球之腎。在江蘇常熟望虞河畔有一片這樣的濕地，水流清澈，魚兒擺尾，野鴨暢游，高高的蘆葦隨風舞動。這看似平常的畫面下，藏著的是國際領先的工業污水生態化處理技術的成功應用。
原來，這里就是江蘇省常熟新材料產業園生態濕地處理中心，是在引進消化吸收德國生態處理技術基礎上，建設的以化工園區污水處理廠尾水為處理對象的人工濕地，每天可處理4000噸工業尾水，不但實現出水水質指標由一級A標準向地表水Ⅳ類水標準的提升，還實現了工業尾水的循環利用。更為難得的是，處理中心的生態化運行，讓整個處置過程中的水自然流動，利用植物和濾料層，運用物理、微生物等手段去除污染物，不添加任何化學藥劑。這個人工打造的化工園區小濕地，近年來吸引了大量野鴨、野鳥、黃鼬等野生動物來這里安家。
很多人有這樣的疑問：污水處理廠的尾水明明已經達到一級A標準，為何還要在這里建設占地6萬平方米的人工濕地進行深度處理？原因是，這里緊鄰長江和望虞河，望虞河是太湖“引江濟太”的引水通道，其水質對于太湖水質有著直接影響。污水處理廠尾水盡管已經達標排放，但仍為劣ⅴ類，對其進行深度處理并回用于工業水廠，可以有效減少污染物排放、提升入河水質，對于保護長江、望虞河和太湖流域水環境質量，以及保護下游飲用水水源地水質安全，都有著重要作用。
十年治太，“水專項”提升工業園區廢水治理水平
太湖美，美就美在太湖水。江蘇省環境科學研究院與蘇州德華生態環境科技股份有限公司合作建成的常熟新材料產業園生態濕地處理中心，是“十二五”期間江蘇省環境科學研究院承擔的國家重大科技專項太湖項目“園區化鄉鎮工業廢水富營養污染物深度削減及資源化成套技術研究與工程示范課題”（2012ZX07101-003）成果的一個縮影。從化工、印染、造紙、IC行業，到化工園區集中污水處理廠，5年來，課題組針對江蘇省南部獨特的產業特征和太湖流域水質的高要求，通過反復研究和實踐，構建了工業廢水中有機氮磷污染物高效深度去除和工業廢水資源化利用兩大技術體系，并在蘇州、無錫、常州等地區多個鄉鎮工業園區建設了六大示范工程，有效提升了太湖流域鄉鎮工業園區工業企業的廢水治理水平。
上世紀80年代初，蘇州、無錫和常州等市通過發展鄉鎮企業實現非農化發展。此后，蘇南鄉鎮企業急速發展，地區整體經濟水平在全國處于領先。這一發展模式引發了廣泛關注，曾被著名社會學家費孝通稱為“蘇南模式”。然而，經濟快速發展的背后，埋藏著環境隱患，2007年太湖藍藻污染事件后，痛定思痛的蘇南人開始重新審視發展路徑。繼而出臺了《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》（DB32/1072-2007），對工業外排尾水的COD、氨氮、總磷、總氮的排放濃度限值提出了嚴格要求，十年治太之路由此開啟。
此后，為了嚴格和強化管理，蘇南眾多鄉鎮企業經過統籌，發展成為鄉鎮工業園區（集聚區），但化工、印染、造紙等傳統產業依然占了較大比重，廢水排放量占區域工業廢水排放總量的45%。據統計，蘇、錫、常3市規上企業近兩萬家，占全省40%，2015年工業增加值1.2萬億元，占全省36%，單位面積企業數和工業增加值是全省的兩倍多、全國的28倍。如此龐大的企業基數，加之分散于各個鄉鎮的工業園區（集聚區）與國家級、省級園區相比，其規劃、管理及產業構成都存在一定的差距，如何提升這些遍布蘇南地區的工業園區的環境管理水平是不小的技術難題，對太湖流域的水污染防治有重要影響。正是出于這樣的考慮，江蘇省環境科學研究院牽頭，自2012年啟動了“園區化鄉鎮工業廢水富營養污染物深度削減及資源化成套技術研究與工程示范課題”，參與單位包括南京理工大學、南京大學、河海大學、北京國環清華環境工程設計研究院有限公司等，圍繞進一步削減工業污染，實現太湖水環境減負、修復目標，研發關鍵技術，從前端防治、過程控制、末端處理、長效管理等環節系統優化技術方案，提升太湖流域工業廢水治理水平。
攻堅克難，兩大技術體系助力太湖流域工業污染治理
每年夏季，太湖的藍藻情況都會引發公眾的極大關切。雖然經過“十一五”治理，太湖流域工業廢水基本實現了達標排放，其氮磷排放總量削減取得較好效果，但從太湖流域生態形勢來看，即使工業尾水氮磷實現達標排放，氮磷污染排放總量仍然過大，超出流域的環境承載能力。尤其是跟藻類生長關系相對密切的氮、磷減排需求依然非常強烈。在此背景下，“十二五”水專項提出了“減負、修復”目標，一方面通過太湖流域的產業結構調整，從源頭上減少工業氮磷污染物的產生量，另一方面進一步提高工業尾水資源化比例，削減廢水和氮磷污染物排放總量。
為太湖“減負”，離不開工業廢水的高效處理和回用，尤其是工業廢水中富營養物質的深度削減和特征有機污染物的安全解毒。而其中，難降解有機污染物多數具有化學結構穩定、疏水性強、生物毒性強的特點，一直是制約工業廢水穩定達標的重要因素和技術難題。同時，難降解有機污染物也是制約雙膜法應用于工業廢水資源化的主要問題，疏水性難降解有機物與鈣、鎂等多價陽離子的交互作用，以及芳香蛋白、溶解性微生物副產物（SMPs）是膜污染的主要成因。
為解決這一難題，課題組研究人員圍繞園區化鄉鎮工業廢水的安全排放和低碳運行，依托化工廢水氮磷深度削減成套技術研究與工程示范、印染廢水深度處理及回用成套技術研究與工程示范、鄉鎮工業園污水廠尾水深度處理回用成套技術研究與工程示范、高耗水行業節水減排成套技術研究與工程示范、示范區工業污染負荷削減方案研究等5個子課題的深入研究，最終形成工業廢水中有機氮磷污染物高效深度去除和工業廢水資源化利用兩大技術體系，這些技術在宜興、金壇、常熟、無錫、蘇州等地6項示范工程中得到了系統和全面的應用，有機氮磷污染物高效深度處理規模達到了17000余噸/天，中水資源化回用規模達到12000余噸/天，年削減COD、NH3、TN、TP、特征污染物分別約612.03噸、11.85噸、90.98噸、5.92噸、0.11噸。這些示范工程點的高效運轉，以及以示范技術為核心技術的殷村港小流域工業污染綜合整治方案的實施，實現了加強太湖工業污染治理的初期目標。
針對性研發，水專項課題結出豐碩成果
太湖流域工業廢水種類繁復，不同類型企業排出廢水中的難降解氮磷有機物種類各異。為了更加高效地深度去除廢水中難降解氮磷有機物，課題組在研究氧化-還原降解途徑的基礎上，面對不同種類的污染物，有針對性的開發出治理技術。
針對氮雜環類、磷雜環類等主要以還原途徑降解的污染物，開發電場輔助生物驅動電化學降解技術；針對飽和烷烴、鹵代芳烴、微生物代謝產物等主要以氧化途徑降解的污染物，開發臭氧催化氧化加上曝氣生物濾池耦合技術、高析氧電位管式膜電極催化過濾技術；針對印染廢水低碳高氮特性，開發基于揮發性脂肪酸控制的厭氧高效氨化技術。技術涵蓋了太湖流域印染、化工等行業，配合工業廢水毒性鑒別、溯源和削減評價技術平臺，構建覆蓋面廣、適用性強、經濟高效的有機氮磷污染物高效深度去除技術體系。
雖然太湖流域水資源豐富，但課題組在工業廢水的資源化利用方面依然做了深入探索。課題相關負責人介紹，針對太湖流域工業廢水高端回用領域，膜分離技術占據主流地位且膜污染成為相關技術應用瓶頸的現狀，在揭示印染廢水與混合化工廢水膜污染不同成因的基礎上，分別開發以樹脂吸附和強化預涂膜技術為核心的膜污染前段控制集成技術；針對限制工業廢水低端回用的離子及有機物累積問題，開發電化學適度除鹽、多梯度水質回用、生態回用等技術。在此基礎上，構建工業廢水資源化利用技術體系，同時配套相應行業廢水深度處理及資源化技術指南和政策保障體系，并在殷村港流域開展工業污染物負荷削減及污染源減排的技術體系綜合示范。
經過科研人員近5年的共同努力，課題研究取得了豐碩的成果。共研發新產品、新裝置、新工藝、新技術等9項；申請國內外專利35項，其中20項發明專利獲得授權；發表核心論文51篇，其中SCI、EI論文34篇，SCI一區12篇、二區5篇，ESI高被引1篇；編制工業廢水深度處理及資源化技術指南4項。此外，示范技術在太湖流域以外也得到了較好的推廣應用，共建設推廣項目14項，污水處理總規模超過10萬立方米，項目所研發的屹桐牌®臭氧催化劑銷售超過2000立方米。
整體打包，系統提升企業污染控制與治理水平
課題組在太湖流域蘇州、無錫、常州等多個鄉鎮工業園區建設了六大示范工程，集成“難降解氮磷化合物高效深度去除關鍵技術”、“工業廢水的資源化利用關鍵技術”兩大先進技術體系。此外，課題組通過引入“系統控制理論”，從前端防治、過程控制、末端處理、長效管理等環節提出系統優化技術方案，整體提升了企業污染控制與治理水平，真正實現示范企業的全面環保“變身”。
在宜興樂祺紡織印染有限公司，通過節水、節能、減排的清潔染整集成技術的應用，降低了染整過程的能耗及水耗，回收清潔液堿進而提高產品品質，回收濃鹽降低鹽耗和廢水中的TDS以提高后續廢水的可處理性；通過廢水分質收集與針對性預處理，優化了印染廢水分質收集和預處理方法：印染殘液采用Fenton氧化+混凝沉淀處理，前處理廢水與染色廢水分別收集并進行厭氧處理，利用CO2替代硫酸對高pH印染廢水進行中和預處理，避免硫酸鹽引入對后續厭氧處理單元的不利影響，提高厭氧處理效率，并降低了預處理成本。末端處理方面，通過控制厭氧出水（VFAs）為缺氧反硝化提供高品質碳源，提高脫氮效果；通過控制低氧條件，實現短程硝化反硝化脫氮；通過缺氧-好氧全程硝化反硝化，實現多級生物脫氮，確保氨氮、總氮的有效穩定去除。
位于常州市金壇區的登冠農藥化工集中區有5家農藥企業，主要以環唑類殺菌劑為主導產品，其污水處理廠處理規模為1300噸/天。示范工程實施前，其出水為《江蘇省化學工業主要水污染物排放標準（DB32/939-2006）》一級排放標準，廢水中含環唑類等高毒性、難降解有機物，處理難度大，出水很難保持穩定達標排放，環唑類有機物殘留量較高，尾水毒性較大，受納水體存在潛在環境風險。為了從整體對企業的環保水平進行優化，課題組的研究人員進行了系統調研，對這些企業“整體打包”進行環保改造：在前端控制方面，采用縮短產品合成路線、產品洗滌水套用，減少了特征污染物排放源強，污染物負荷也削減了50%以上。另外，對廢水進行分質收集和預處理，從源頭削減污染物的產生量：對高油廢水、環唑類高毒性廢水、高氨氮廢水、高鹽廢水分別開展針對性預處理。通過前端控制和清潔生產工藝的使用，大大降低了末端處理的污染負荷。在末端處理方面，對廢水達標處理工藝進行改造，針對廢水環唑類有機物含量高、生物毒性大特點，通過高效復合工程菌技術應用及二級Fenton應急保障措施，實現污水處理廠尾水穩定達標排放。在達標基礎上，通過管式膜電極-曝氣生物濾池-電滲析組合工藝應用，實現了殘留環唑類物質徹底降解，出水低于檢測限值，毒性降低，回用于企業生產。同時，對企業內部涉及污水處理的技術和管理人員進行系統培訓，編制了《深度處理電膜耦合系統操作規程》和《中水回用工程處理單元操作規程》，以規范操作。
在宜興三木集團的凌霞污水處理廠，不僅建設了以“臭氧催化氧化+曝氣生物濾池”為核心的深度處理工藝，在對企業深入調研的基礎上，還提出廢水分質收集及車間預處理方案，對三聚氰胺車間、環氧車間、光固化車間等廢水采取不同的預處理工藝，提交園區實施，穩定了后續末端處理的水質。
通過整體打包、系統控制，不僅從技術上提升了企業的污染治理水準，更從管理上幫助企業實現了環保“變身”。
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