山西某經濟開發區的廢水處理工藝設計

李飛飛, 張 祥, 雷 敏, 龐 婭

（1.山西清澤陽光環保科技有限公司,山西 太原 030024；2.長沙學院,湖南 長沙 410003）

山西某經濟開發區,主要是以煤焦、化工、冶煉、機械鑄造和建材為特色的符合工業生態系統的工業產業集聚區,開發區80余家企業,其中較大型企業共計35個。該開發區涉及產業門類較多,主要為煤焦、化工、機械加工、材料加工、鑄造、玻璃加工、建材、電力和農副產品加工。產生的廢水成分復雜、含鹽量高,具有難生物降解的特性［1］。經預處理的廢水進入此污水處理廠后,廢水中剩余的有機物大部分難以生化降解,COD和氨氮更高,BOD會比常規污水更低［2］。考慮水量比較大,本著節能減排的原則,建設規劃部分出水處理到滿足回用水要求后回用。納濾產水主要流向附近電廠等企業,作為企業脫鹽水制備系統的原水；濃水經處理后可回用至附近企業,用于洗煤水等對水質要求不高的用途。本項目污水排放口設置于某河流,出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918－2002）》中的一級A標準。

1 設計進、出水水質

目前,開發區排污量約5.3×104t/d,主要廢水來源為煤化工廢水,部分企業排放的生產廢水COD、氨氮等污染物濃度很高、可生化性較差。部分企業排水含脫鹽水站和循環冷卻水排污水,預計污水廠進水中將含有一定量的鹽分。

建設規模：7×104t/d,主要處理對象為園區工業廢水及各企業及生活區排放的生活污水。

該污水處理廠出水部分處理到滿足回用要求后回用為附近電廠等企業鍋爐補給水的原水；其余尾水到達標排放,出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918－2002）一級 A 標準［3－4］。

設計進出水水質對照如第163頁表1所示。根據進、出水水質比較,該污水處理廠排放水處理工藝以去除有機物為主,同時具有脫氮的功能；而回用水處理工藝以軟化脫鹽為主。

2 工藝流程的選擇

2.1 園區污水的水質特性

2.1.1 污水的可生化特性

園區污水 BOD5/CODcr＝0.3。由于 BOD5/CODcr＜0.35,表明園區污水的可生化性較差,生化處理難度較大。廢水來源含有大量焦化廢水,這些水經過園區各企業的預處理系統處理之后,大部分可生化降解的有機物都已經被降解,廢水中所剩有機物有很大一部分為難降解有機物。為達到出水標準,必須盡可能提高廢水的可生化性,并且采用混凝沉淀等物化方法進行預處理和后處理,才能夠實現難降解有機物去除目標。

2.1.2 污水的反硝化特性

園區污水BOD5/ρ（TN）＝150/100＝1.5。由于BOD5/ρ（TN）＜3.0,故表明污水的碳源不能滿足反硝化需求,需要外加碳源。

表1 設計進、出水水質 mg/L

2.2 工藝流程

廢水經園區排水管網輸送重力自流入污水廠進水泵房,進水泵前設粗格柵。進水泵提升后廢水經過細格柵進入調節池,調節水質水量。調節池出水通過泵送入反應沉淀氣浮池預處理,去除部分SS、油分及難降解有機物。出水進入生化池,依次經過水解酸化、缺氧、好氧處理。在水解酸化段,大分子有機物被分解成小分子,廢水的可生化性提高,再經過脫氮并去除可降解有機物,然后經二沉池沉淀。生化出水經過循環澄清池反應沉淀去除SS和磷,最后采用超濾＋納濾雙膜法軟化除鹽,以滿足回用要求。回用水流向鋼鐵廠、熱電廠及其他有用水的企業,作為回用水制備系統原水。

超濾＋納濾雙膜法的設計回收率為80%。占污水總量20%的濃水由于富集了較高濃度的難生化降解有機物,采用fenton法氧化去除難生化降解COD后,經過沉淀池＋循環澄清池（投加粉末活性炭去除剩余微量COD）＋浸沒式超濾處理后,達到出水標準。尾水經白石南河最終排放入汾河。

廢水處理工藝流程及水量平衡如圖1所示。

圖1 處理工藝流程及水量平衡圖

二沉池排放剩余污泥和沉淀池排放化學污泥在儲泥池混合,采用機械濃縮＋板框脫水機脫水至含水率低于60%后外運,進附近電廠摻燒處置。

3 主要構筑物及設計參數

3.1 調節池和事故池

調節池與事故池合建。調節池用于調節進水水量與水質,保障后續處理系統的正常穩定運行。同時,使后續構筑物可按平均時流量進行設計,利于縮小投資規模。事故池用于在企業因種種事故排放出超過設計負荷的廢水時,暫時儲存事故廢水,并通過提升泵緩緩送入廢水處理系統,以免對系統造成過大的沖擊負荷。調節池設置2格,總停留時間按12h設計；事故池設1格,停留時間按6h設計。

總體布置：設置1座,平面尺寸為46.0m×149.0m,有效水深8m。其中,調節池2格,單格尺寸49.0m×45.0m×8.5m,有效容積35 280m3；事故池1格,尺寸49.0m×45.0m×8.5m,有效容積17 640m3。調節池和事故池前端設細格柵。

3.2 反應沉淀氣浮池

反應沉淀氣浮池集破乳、混凝、絮凝、pH調節、氣浮、沉淀等功能于一體。反應段投加硫酸亞鐵、氫氧化鈉和絮凝劑。硫酸亞鐵作為混凝劑的同時,還可沉淀廢水中的硫化物。混凝絮凝反應需在中性條件下進行,由于投加了鐵鹽,廢水可能呈現弱酸性,需投加氫氧化鈉中和。

總體布置：設置4座,氣浮池尺寸27.0m×17.5m×6.0m,帶泥斗,采用重力排泥排渣,每座分4組并聯運行；每座氣浮池附設污泥池1座（尺寸6.6m×6.6m×3.5m）,設備區1座（鋼結構雨棚,20.5m×6.6m×6.0m）。

3.3 生化池

生化池含水解酸化段、缺氧段和好氧段。

總體布置：設置2座,水解酸化池、缺氧池、好氧池合建,共2座,每座分2個系列。單座總尺寸202.0m×73.0m×8.5m。

水解酸化池采用完全混合的氧化溝型式,提高抗沖擊負荷能力,每座分成2格,有效水深8m,水力停留時間24h。缺氧池每座分成2格,有效水深8m,水力停留時間11h。好氧池每座分成2格,有效水深7m,水力停留時間38h。

混合液回流比5∶1,污泥回流比1∶1,混合液質量濃度4gMLSS/L。

3.4 循環澄清池

總體布置：設置3座,循環澄清池包含反應區和斜板沉淀區。單座總平面尺寸為25.2m×18.9m,有效水深5.0m。

加藥區內添加粉末活性炭、混凝劑和PAM,用于進一步去除COD和SS。

3.5 Fenton反應器

設計規模：用于去除雙膜系統排放的濃水中的COD,濃水水量14 000m3/d。

總體布置：設3組fenton反應器,并聯運行。

3.6 加藥間

總體布置：設置加藥間1座,含干粉藥劑加藥間、液體藥劑加藥間、藥劑儲存間、值班室等。加藥間1層,建筑平面尺寸18m×42m,層高8m。內設鋼砼結構硫酸亞鐵配藥池1座,分2格,總尺寸4.6m×8.9m×4.5m。

其中包括雙氧水（fenton反應用）、氫氧化鈉（反應沉淀氣浮池、生化池和fenton反應用）、濃硫酸的儲罐（fenton反應用）、PAC（循環澄清池用）、硫酸亞鐵（反應沉淀氣浮池和fenton反應用）、PAM（反應沉淀氣浮池、循環澄清池和fenton反應用）、磷酸鹽（生化池用）及粉末活性炭（生化池用）的溶解配制裝置及投加設備。

3.7 濃水循環澄清池

總體布置：按總規模1.4×104m3/d設計。循環澄清池包含反應區和斜板沉淀區,總平面尺寸為25.2m×18.9m,有效水深5.0m。

加藥區內添加粉末活性炭、混凝劑和PAM,用于進一步去除COD和SS。

3.8 儲泥池

設計規模：儲泥池設置1座。生化池的剩余污泥通過剩余污泥泵排入儲泥池,反應沉淀池及fenton反應沉淀池產生的化學污泥也通過污泥泵排入儲泥池。儲泥池內的上清液通過上清液管排入廠內污水管,流入進水泵房格柵井。

總體布置：儲泥池分2格,平面總尺寸32.0m×16.5m,每格凈尺寸為15.0m×15.0m,有效水深4m,總有效池容積1 800m3,停留時間約12h。池內設潛水攪拌機,防止污泥沉積。

4 工程效益

本工程項目是一項水環境治理的系統工程,項目的實施對改善園區及周邊地區的環境、實現地方經濟可持續發展具有戰略意義。

本工程的實施對緩解黃河流域水環境污染狀況有積極的促進作用。作為一項重要的環保工程,本工程的建設將有效地改善經濟開發區的環境條件,對改善居民生活條件和居民健康水平有十分重要的作用。

經計算,該工程的實施,每年將減少向黃河流域排放污染物如下：一期,COD總量為11 242t/a、BOD5為3 577t/a、SS為9 965t/a、氨氮為1 022t/a、總磷為192t/a；二期,COD總量為22 630t/a、BOD5為7 665t/a、SS為18 433t/a、氨氮為2 044t/a、總磷為411t/a。

5 結論

山西某經濟開發區主要聚集了煤化工、機械加工等行業,產生的廢水水量大、水質水量變化大、難生物降解、含有一定的鹽度。建設規模為7×104t/d時,采用氣浮＋水解酸化＋A/O組合工藝。本著節能減排原則,部分出水經超濾＋納濾雙膜法軟化除鹽后,回用為附近電廠等企業鍋爐補給水的原水。經過近一年的運行,通過對各COD、BOD、氨氮等指標的測定,發現運行效果良好,出水水質達到排放標準和回用標準,部分處理出水回用作鍋爐補給水原水,提高了水資源利用率,大大減少了工業區的用水量,實現了水資源的循環利用,削減了該經濟開發區對黃河流域的污染。

參考文獻：

［1］ 紀欽洪,于廣欣,張振家.煤化工含鹽廢水處理與綜合利用探討［J］,水處理技術,2014,40（11）：8－11.

［2］ 劉樂.煤化工廢水處理技術應用分析［J］.山西化工,2017,37（4）：150－152.

［3］ 周鵬飛,雷睿,陳莉,等.工業園區綜合廢水處理提標改擴建工藝設計及優化運行［J］,中國給水排水,2016,32（20）：71－74,79.

［4］ 馬昕,安東子,寇彥德,等.焦化廢水膜法組合深度處理工藝設計與應用［J］,工業水處理,2017,37（4）：102－105.