作者：石 岩1 ，乔 楠2*，段云霞3 （1.天津市农业科学院，300381； 2.天津市天一爱拓科技有限公司，300384； 3.天津市生态环境科学研究院，300191：天津）

摘 要: 针对天津、河北等地废水坑塘治理的技术需求，对生物强化、活性炭吸附再生、碟管式反渗透、MVR、热解等 先进技术进行集成优化，研发了高盐难降解废水坑塘治理集成技术。研究成果应用于华北地区某高盐难降解废水 坑塘治理工程中，处理后出水指标达到了地表Ⅴ类水标准，回填污泥中各项指标均低于浸出毒性鉴别标准值，实现了 坑塘废水、底泥、废渣的高效处理与资源化回用，恢复了坑塘生态环境。研究成果不仅对高盐难降解废水坑塘治理 具有重要意义，对高盐行业废水治理、北方缺水型城市坑塘治理也提供了技术支持和借鉴参考。

关键词: 高盐废水;难降解废水;坑塘治理;底泥处理;生态修复

高盐难降解有机废水主要包括印染废水、石油 类废水、焦化废水、制药废水、皮革废水、电镀废水 等，其共同特性是高盐度、高色度、高浓度、对微生物 有毒性、处理难度大，具有明显的致癌、致畸、致突变 作用［1-2］ 。从污染物质类型来看，这类废水中难生化 降解的污染物主要有卤代烃、苯的衍生物及芳香烃 化合物、酚类、硫化物、总氰化合物、萘系、蒽醌系化 合物等“优先控制污染物”［3］ 。高盐难降解有机废水 已经成为水处理领域的重点和难点问题［4］ 。 目前，个别小型乡镇企业受利益驱动，采用坑塘 的方式直接排放高盐难降解废水，致使大量污染物 进入到水环境中，造成企业所在地区水体的严重污 染，破坏了周围的景观环境，加剧了地下水资源危 机，甚至危害到居民的身体健康。2017年，在河北、 天津等地发现超大规模的工业废水坑塘，面积约有 170 000平方米，这批坑塘面积大、存续时间长，涉及 化工、皮革、金属加工等行业，对当地的地下水、土壤 安全造成了严重的威胁。天津将 92 个存贮工业废 水坑塘列为治理重点［5］，通过“关、停、迁、治”的方 法，从源头上解决污染问题；对存贮工业废水的坑塘 实现“规范处置、安全填垫、生态恢复”，消除其污染 影响。为了积极配合相关部门消除废水坑塘对周边 环境的危害，对区域内的废水坑塘进行整治，确保不 发生严重的污染事故，课题组开展了高盐难降解废 水坑塘治理集成技术研究［6-7］ ，并将研究成果应用于 华北地区某高盐难降解废水坑塘治理中，有效解决 了常规处理方法难以达到治理目标、容易造成二次 污染的问题，实现了坑塘废水、底泥、废渣的高效处 理与资源化回用，结合坑塘环境生态修复技术，使污 染坑塘得到了全方位的治理和修复，取得了显著的 经济效益和环境效益。

1 工程概况

华北地区某坑塘用于储存染料废水，总面积约 10 000 m2 ，没有任何防渗措施，对周边地下水及土 壤具有持续性的污染，存在极大的环境安全隐患， 亟需进行治理。据核算，坑塘水深平均 4 m，储存 废水 40×103 m3 ，底泥废渣 20×103 m3 ，治理周期按半 年计，废水处理规模为 230 m3 /d，底泥处理规模为 120 m3 /d。

2 废水水质和底泥成分 分别对坑塘的废水水质和底泥成分进行了检 测，废水处理设计进出水水质如表1所示。 坑 塘 废 水 呈 红 色 ，偏 酸 性 ，COD、TDS 高 达 1.20×104 mg/L、2.30×104 mg/L，B/C<0.1，铁和锌含量 较高，属于典型的高盐难降解有机废水，处理后水质 要求达到国家《地表水环境质量标准》（GB 3838－ 2002）中V类水体水质标准，出水用于景观水功能。 底泥经检测污染成分主要为铁、锌、铜、铅、汞 5 种重金属，浓度分别为1.2×104 、2.83×103 、4.2 、0.14、 0.12 mg/kg，底泥处理后重金属含量要求低于《危险 废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3－2007）中 相关指标的浸出毒性鉴别标准值，回填至原坑塘。

3 治理方案 坑塘治理方案采用课题组研发的高盐难降解废 水坑塘治理集成技术，主要包括坑塘废水处理、底泥 和蒸发釜残处理、坑塘环境生态修复三方面，通过全 方位的治理和修复，使坑塘环境得到恢复和长效 保持。

3.1 坑塘废水处理工艺 首先在污染坑塘旁边临时开挖一个新坑塘，新 坑塘底部铺设土工膜，用于储存处理后的废水。坑 塘废水采用“Fenon 氧化-生物强化-活性炭吸附再 生-碟管式反渗透”为主的处理工艺，处理后的出水 暂存到新开挖的坑塘中。反渗透浓水采用蒸发工艺 进行处理，避免对环境的二次污染。图 1 所示为坑 塘废水处理工艺流程。

3.1.1 Fenton氧化 坑塘废水呈酸性，铁离子含量高且可生化性较 差，适宜采用 Fenton 氧化法进行预处理，无需调节 pH，可快速有效的削减废水的生物毒性，显著提高 废水的可生化性，使之适于后续的生化反应。

3.1.2 生物强化 生物强化单元是坑塘废水处理系统的核心单 元。生物强化系统主要包括生物强化反应箱和生物 接触氧化池两部分。废水首先进入生物强化反应箱 中，与生物菌制剂充分混合后进入生物接触氧化池， 以强化微生物反应。

3.1.3 活性炭吸附再生技术 连续活性炭吸附再生技术是将原水从吸附塔底 部进入，通过与各段处于流动状态的粒状活性炭混 合，对原水中的有机物质进行吸附和去除。对吸附 饱和的活性炭采用活性炭再生塔进行再生，再生后 的活性炭重新回到吸附塔进行再利用。活性炭再生 塔产生的废气通入废水生物强化系统中随着废水一 同处理。 3.1.4 碟管式反渗透 碟管式反渗透膜具有结垢少、膜污染轻、膜寿命 长、安装维修简单、操作方便、自动化程度高等技术 优势。活性炭吸附出水经过滤精度 100 μm 的叠片 过滤器过滤后进入碟管式反渗透系统，产水暂存在 新的坑塘，待原坑塘底泥处理和防渗工程完成后，排 入原坑塘。碟管式反渗透浓水进入蒸发单元。

3.1.5 蒸发单元 蒸发单元采用机械蒸汽再压缩（MVR）装置。 MVR将二次蒸汽通过压缩再次利用，以替代新鲜蒸 汽，不但避免了使用新鲜蒸汽，而且彻底摒弃了冷却 塔，大大降低了运行费用。碟管式反渗透浓水进入 MVR，蒸发后冷凝水降温后返回到生物强化系统进 一步处理，釜残和坑塘底泥一并处理。

3.2 坑塘底泥和釜残处理工艺 从污染坑塘挖出的底泥和废水处理工艺蒸发单 元产生的釜残，工艺流程见图2。

3.2.1 滚筒烘干 污染坑塘挖出的污泥含水量较高，采用滚筒烘 干的方式将污泥中的水脱除，使污泥呈固体状态后 进入热解炉。

3.2.2 喷雾干燥 坑塘废水处理工艺中蒸发单元产生的釜残，采用 高速离心喷雾干燥系统转化为固体后进入热解炉。

3.2.3 热解炉 脱水后的坑塘底泥和喷雾干燥后的蒸发釜残混 合进入热解炉。热解炉是利用有机物的热不稳定 性，在无氧条件下对其加热，使有机物产生热裂解， 形成热解气和固体残渣。热解气通入生物强化系统 中，固体残渣采用料仓进行暂存。

3.2.4 溶解罐 溶解罐将热解产生的固体残渣加水进行溶解， 无机盐溶于水，碳渣不溶于水。采用板框压滤机将 碳渣从无机盐水溶液中分离，待污染坑塘铺设土工 膜防渗后，将碳渣回填到坑塘中。

3.2.5 蒸发结晶 将过滤得到的无机盐水溶液蒸发结晶为硫酸 钠、氯化钠为主的混合盐，进行资源回收。蒸出的冷 凝水排至溶解罐用于溶解热解废渣。

3.3 坑塘环境生态修复技术 分别将污染坑塘的废水及底泥进行处理后，铺 设土工膜防渗，然后将新坑塘中的水转移到原坑塘， 采取人工增氧、种植景观植物、投放滤食性和肉食性 鱼类相结合的方式进行生态修复，利用土壤-微生 物-植物生态系统有效去除水体中的有机物、氮、磷 等污染物，建立坑塘水体食物链系统，维持水体水质 并提升水体的自净能力。

4 主要构筑物及设备 4.1 Fenton氧化 Fenton氧化池 1座，内设搅拌装置，池体有效尺 寸为1.0 m×1.0 m×3.0 m；沉淀池1座，池体有效尺寸 为 5.0 m×2.0 m×3.0 m。两池合建，均为碳钢防腐结 构。加药装置3套，用于投加碱和芬顿试剂。 4.2 生物强化系统 生物强化反应箱，碳钢防腐结构，尺寸为 Φ3.2 m×3.5 m，生物菌制剂为高效降解苯胺、甲苯等芳香 族化合物的假单胞菌和枯草芽孢杆耐盐菌，投加量 为1 kg/（d·t）废水。反应箱中设有搅拌和曝气装置， 确保废水和生物菌制剂混合均匀。 生物接触氧化池，2 座，碳钢防腐结构，池体尺 寸为 12.0 m×4.0 m×5.5 m，接触氧化池底部设微孔 曝气盘，池内填充聚氨酯弹性填料，填充体积为 150 m3 。

4.3 活性炭吸附再生装置 活性炭吸附塔为碳钢材质，内部容积为 82 m3 ， 实际接触区域为60 m3 ，废水由吸附塔底部进入活性 炭充填层上升吸附，饱和活性炭由吸附塔底部排出， 经由吹送槽送至活性炭再生塔，同时再生炭槽活性 炭经由吹送槽从吸附塔顶部补充到压制炭层最 高位。 活性炭再生塔直径为2.0 m，钢板制圆筒型炉体 内衬耐火层，采用特制耐火砖砌筑“自支撑”结构的 炉床，并将炉膛区隔为 6 个炉段，采用热再生方式， 分为干燥、焙干、活化三个阶段。 4.4 碟管式反渗透 碟管式反渗透采用两级膜系统，设计处理量为 12 m3 /h，设计膜系统回收率≥80%，一级单只膜面积 11.2 m2 ，膜组件44支，设计产水通量为14.6 L/（m2 ·h）， 二级单只膜面积9.4 m2 ，膜组件22支，设计产水通量 为 11.5 L/（m2 ·h）。设置阻垢剂、酸、碱加药装置 共3套。

4.5 MVR蒸发系统 MVR蒸发主系统占地1.5 m×0.8 m×1.0 m，还包 括进料泵、中间循环泵、强制循环泵、搅拌机、出料 泵，冷凝水泵等装置。MVR 选用立式降膜蒸发器， 液体走管内，蒸汽走管外，由于液体是自然向下流 动，不容易结垢，一旦发生结垢可以从上面注入清洗 液加以清洗，而不需要拆开整个加热室。废水经过 MVR蒸发后，盐分去除率大于98%。

4.6 坑塘底泥和釜残处理系统 坑塘底泥通过回转式烘干机（规格为 Φ1.8 m× 12 m）进行干燥，干燥后的底泥通过输送带将其送入 热解炉内与釜残一起进行热解。蒸发釜残采用高速 离心喷雾干燥机进行干燥，高速离心喷雾干燥机水 分蒸发量为 170～210 kg/h，雾化器转动方式为电传 动。热解炉采用 316L 不锈钢制造，卧式回转炉结 构，主要包括变频交流电动机、减速机、螺旋输送杆 及热解炉主系统。变频交流电动机可根据需要在5 ～50 Hz频率范围任意设定，减速机减速比为71：1。 热解温度控制在500～550 ℃。

4.7 生态修复措施 人工增氧采用 10 台 3.0 kW 表面曝气机进行间 歇曝气；在景观植物的选择方面，综合考虑水质净 化、景观提升与植物的气候适应性，尽量采用净化效 果好的本地物种，并关注其在水体中的空间布局与 搭配［8］ 。在坑塘沿岸种植菖蒲、旱伞草等挺水植物， 每米种植3簇；水面上设置景观植物浮床，浮床种植 挺水植物，以黄花鸢尾、美人蕉为主，总计种植面积 为 400 m2 ，占整个治理段水面面积的 4%；投放 400 kg（15 尾/kg）鲢鱼、草鱼、鲤鱼等滤食性和肉食性鱼 类，建立坑塘水体食物链系统，维持水体自净能力。 5 处理效果 工程正式运行后，坑塘废水、底泥和废渣均得到 了有效处理。坑塘废水处理各工艺段效果如表2所 示。治理后坑塘水体透明度显著增加，由开始的5 cm 增加到30 cm以上，水质明显改善，水体COD、BOD5、 NH3-N、TP 经检测分别为 37、8、0.84、0.28 mg/L，主 要水质指标均达到了《地表水环境质量标准》（GB 3838－2002）中Ⅴ类水标准。 对处理后回填碳渣进行了浸出毒性测定，结果 如表3所示。 碳渣中各项指标均低于《危险废物鉴别标准浸 出毒性鉴别》（GB 5085.3－2007）中相关指标的浸出 毒性鉴别标准值，不属于危险废物，符合回填要求。

6 运行成本 本工程治理和修复时间共计 6 个月，废水处理 工艺运行成本中，电费为54.9元/m3 ，过氧化氢、阻垢 剂等试剂费 2.1元/m3 ，生物菌制剂费用为 0.4元/m3 ， 活性炭吸附再生费用 0.6元/m3 ，人工费约 1.4元/m3 。 不计设备折旧费，直接运行费用为59.4元/m3 。 底泥和釜残处理运行成本中，电费约为 391 元/ m3 ，人工费约 9.9 元/m3 ，不计设备折旧费，直接运行 费用为400.9元/ m3 。 生态修复运行成本主要为人工增氧电费，10台 3.0 kW 叶轮式增氧机，按照每天 8 h曝气时间，功率 因子为 0.8，电费按照 0.8元/kWh 核算，电费为 153.8 元/d。 7 结 论 1）对 Fenon 氧化、生物强化、活性炭吸附再生、 碟管式反渗透、MVR、热解等先进技术进行集成优 化，构建出高盐难降解废水坑塘治理集成技术，将研 究成果应用于华北地区某高盐难降解废水坑塘治理 中，实现了坑塘废水、底泥、废渣的高效处理与资源 化回用，结合坑塘环境生态修复技术，使污染坑塘得 到了全方位的治理和修复。 2）工程正式运行后，出水指标达到了《地表水环 境质量标准》（GB 3838－2002）中Ⅴ类水标准，回填 碳渣中各项指标均低于《危险废物鉴别标准浸出毒 性鉴别》（GB 5085.3－2007）中相关指标的浸出毒性 鉴别标准值。 3）工程治理和修复时间共计 6 个月，废水处理 直接运行费用为 59.4 元/ m3 ，底泥和釜残处理直接 运行费用为400.9元/ m3 ，生态修复运行成本为153.8 元/d。 4）研究成果不仅对高盐难降解废水坑塘治理具 有重要意义，对高盐行业废水治理、北方缺水型城市 坑塘治理也提供了技术支持和借鉴参考，具有广阔 的推广价值和应用前景。