南方某工業密集型城鎮污水處理廠前端應急處理系統研究

郭家瑋　李斌　蔣樹賢　張博雯　陳之敏

摘 ?要：針對工業密集型城鎮污水處理廠應對突發性進水異常能力不足的問題，提出了在污水處理廠前端設置應急處理系統的解決方法。該文以南方某區綜合污水處理廠為例，通過對歷史進水異常事件分析，發現來水中工業廢水含量占比較大和水質復雜多變，同時水廠現行工藝存在難以準確掌握和控制來水的弊端。設計采用以預警監測單元和應急調蓄單元組成的應急處理系統，提升了污水處理廠應對異常進水能力。

關鍵詞：城鎮污水處理廠 ?突發性進水異常 ?工業廢水 應急處理

中圖分類號：TU992.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（a）-0009-06

Study on the Front-end Emergency Treatment System of an Industrial Intensive Town WWTP in South China

GUO Jiawei ?LI Bin* ?JIANG Shuxian ?ZHANG Bowen ?CHEN Zhimin

（School of Civil and Transportation Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong Province， 510006 China）

Abstract：Aiming at the problem that the industrial intensive urban wastewater treatment plant has insufficient ability to deal with sudden abnormal inflow， the method of setting emergency treatment system at the front end of wastewater treatment plant is proposed. Taking a comprehensive wastewater treatment plant in South China as an example， through the analysis of the historical abnormal inflow events， it is found that the industrial wastewater content of abnormal inflow is relatively large and the water quality is complex and changeable. At the same time， the current process of the water plant is difficult to accurately grasp and control the inflow. An emergency treatment system composed of early warning monitoring unit and emergency storage unit is designed to improve the ability of sewage treatment plant to cope with abnormal water inflow.

Key Words：Urban wastewater treatment plant; Sudden abnormal water inflow; Industrial waste water; Emergency treatment

近年來，部分工業密集型城鎮污水處理廠受突發性異常進水沖擊事件時有發生，進水中可能含有工業廢水，工業廢水污染物濃度高、毒性強、可生化性差，難降解有機物含量高[1-2]，短期內可導致生化系統崩潰，生化系統恢復需要數十日，對污水廠的正常運行和出水造成了惡劣的影響[3]。城鎮污水處理廠面對突發性異常進水的應急措施，一般采用前端處理或末端治理的方法。前端處理一般選擇在污水廠前端設置調節池或緩沖池，如美國Snapfinger污水處理廠[4]在集水井前增設了調節池;哈爾濱松北集樂污水處理廠[5]和遼寧某氟化工產業園區污水處理廠[6]在粗格柵后設置調節池;德國Hattingen污水處理廠[7]在沉砂池后設置了與初沉池平行的緩沖池;某制革園區污水處理廠[8]在粗格柵后設置由事故水調節池和絮凝沉淀池組成的事故應急處理系統。污水廠前端設置的調節池調蓄水量和調節水質作用明顯，但增設調節池存在占地面積大，建造費用高的局限性。末端治理主要是對二沉池后的出水進行投藥深度處理，如某市污水處理廠[9]、淮安市第二污水處理廠[10]和上海白龍港污水處理廠[11]通過投加聚合氯化鋁、昆山市新苑生活污水廠[12]通過投加次氯酸鈉、精細化工園區污水處理廠[13]通過投加“Fe/C微電解-Fenton試劑”等化學藥劑保證出水水質。但末端治理不能改變污水處理廠進水的水量水質，若進水中含有生物毒性較高的污染物，會導致生化池處理效率降低甚至二級核心處理工藝癱瘓，大大增加了末端治理的成本和難度。

該文針對南方某區綜合污水處理廠污水的水量水質和水廠運營特性，為解決異常進水問題提供建設前端應急處理系統的新思路，為工業密集型城鎮污水處理廠應急處理工程設計提供參考。

1 ?工程概況

1.1 污水處理廠介紹

南方某區綜合污水處理廠設計規模為5萬t/d，以TOT方式運營，服務區域內產業主要以電鍍和制革等工業化企業組成，其中電鍍企業20家、制革企業13家和食品制造企業4家等。設計進水指標見表1，出水指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級A標準。污水處理廠采用改良卡魯塞爾氧化溝（A2/O）+沉淀+過濾+消毒處理工藝，多年運行安全穩定。但在近幾年，隨著該鎮工業化建設步伐加快，排入市政污水管網的水量增加和水質多變，污水處理廠應對異常進水能力不足的日益凸顯，污水處理廠急需提質增效。

主要工藝流程見圖1。

1.2 進水異常情況

污水處理廠2019年出現16起污水處理廠出現進水水質異常事件，有9個月污水處理廠處理水量負荷率超過設計處理水量負荷率。

1.2.1 進水異常事件

其中較為嚴重的是2019年1月8日和11月22日。以11月22日為例，進水pH持續處于6以下。出水總錳達到16 mg/L，而污水排入下水道的總錳標準為2 mg/L，錳離子遇到空氣容易氧化呈褐色的氧化錳，且在工藝過程中無法去除該物質，導致生化池污泥和出水呈黑色，同時影響系統中的微生物活性。出水經次氯酸鈉消毒后由原無色透明液體變成黃色液體，而在水樣總磷總氮檢測時發現消解后的水樣顏色異常，判斷水樣中含有重金屬。含油較多，雖然污水處理廠在細格柵后設置了圍油欄攔油，但生化池內仍有大量浮油，影響污水處理效果和造成生化池面大量浮泥。

2019年間，污水處理廠采取關停進水泵及進水閘門，增加深度處理投藥劑量、合理減產等措施應對，效果并不理想。在11月22日突發異常進水嚴重沖擊中，異常進水持續沖擊18 h，出現生化池污泥中毒解絮現象，生化池恢復穩定達標運行歷時近20 d。污水處理廠被迫減產或停產，大量污水無法被及時處理，只能直排河涌，嚴重影響了周邊水生態環境。

1.2.2 水質異常情況

2019年污水處理廠常規監測指標中SS、pH、TP、COD、NH3-N、TN均出現異常，同時通過加測，發現Fe、Mn、Ni、油、硫化物指標異常。經統計，各污染物2019年進水濃度峰值具體見表1。

1.2.3 水量異常情況

2019年各月水量負荷情況見圖2。

1.3 進水異常事件反思

（1）從水質異常指標來看，有11項指標濃度超出進水設計值，其中硫化物進水濃度為設計值的10.0倍，Fe進水濃度為設計值的8.1倍，Mn進水濃度為設計值的8.0倍，TP進水濃度為設計值的7.5倍，Ni進水濃度為設計值的6.0倍，TN進水濃度為設計值的3.6倍。市政污水管網中污染物成分復雜，懷疑含有大量工業廢水，遠超污水處理廠工藝處理能力和檢測范圍。污水處理廠主要依靠微生物的生命活動降解污水中的易降解有機物，對于難降解的有機物質、重金屬、油污等無能為力。

（2）除因異常進水停產的2個月外，污水處理廠2019年平均負荷率達到了125%，超過了污水處理廠運行負荷率不超過設計處理量的120%的國家規定，其中有7個月負荷率達到120%以上，污水處理廠超負荷運行大大降低其處理效率。

（3）污水處理廠運營模式為TOT委托運營，原有進水異常應急預案，主要是以規定報告流程為主，而缺乏切實有效的外部聯動及內部控制調整機制，未能及時與主管部門溝通，消除現場工藝調控人員的顧慮，立刻采取相應措施，對事件處理非常不利。

2 ?異常進水應急處理系統設計

2.1 總體方案

經分析，簡單地增設調節池和末端投藥并不能解決污水處理廠異常進水問題?？紤]在污水處理廠原有集水井前設置應急處理系統，應急處理系統由預警監測單元和應急調蓄單元組成，通過預警監測單元提前預報進水水量水質情況，應急調蓄系統單元和處理異常進水，以“預警+調蓄處理”結合的方式對異常進水進行達標處理。

應急處理系統總體布置見圖3。

2.2 工藝流程

2.2.1 預警監測單元

污水處理廠只設置pH、TN、TP部分常規指標監測，未對全部歷史風險水質指標進行實時監控。預警監測系統將常規監測指標和歷史風險水質指標，以及其他污水廠調研反饋可能風險指標結合起來，共同構建監測體系。具體見表2。

選擇在污水總干管前端、應急處理排放口、污水廠排放口處設置監測點。

2.2.2 應急調蓄單元

（1）調蓄模塊。

通過計算得出，2019年污水處理廠負荷率約為125%，目前需監測的水質指標中，檢測時間最長的為氰化物的檢測，約需要1h，為保證污水處理廠的正常運行及為突發進水異常時間留下足夠的應對時間，污水處理廠調節池的蓄水時間定為4h。調節池設置采用泵后二次提升調節[14]，調節池頂與地面同高，污水從集水井一次提升到調節池，調節池后設置二次提升泵至后續處理構筑物，此種出水方式調節水量 可控、能保證穩定初流。

（2）調節池前后處理模塊。

污水處理廠進水污染物復雜多變，需要對水質進行預處理。該工程不宜采用生物處理法，上述污染物會對生物處理法中的生物造成傷害，而且應急水質處理系統在異常狀況時才啟動，屬于間歇式運行，不利于生物的培養和繁殖，所以該工程選用物理化學處理法對異常進水進行預處理。

應急處理系統的作用是把進水異常水質處理至進水設計標準值。通過酸堿中和調節pH，采用絮凝法去除TP和重金屬，氧化法去除COD、NH3-N、TN、硫化物和氰化物。

（3）主要構筑物規模與布置。

應急調蓄單元主要構筑物有格柵、一級提升泵房、斜板隔油池、調節池、二級提升泵房、中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池，主要規模大小具體見表3。

應急調蓄單元占地面積較大，污水處理廠現有規劃用地緊張，所以應急處理系統采用半地埋式布置形式。格柵泵房、斜板隔油池、調節池和二級提升泵房地下布置，中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池地上布置。

具體工程布置見圖4。

2.3 運行工況分析

面對可能發生的突發性狀況和日常運行中的異常狀況，應急處理系統能迅速做出應對。

2.3.1 污水處理廠進水水質異常，水量符合要求

污水處理廠進水將流經新建格柵、提升泵房、隔油池流入調節池，通過調節池的水量調配流入應急水質處理設施，經應急水質處理設施預處理達標后流入污水處理廠做后續處理。

2.3.2 污水處理廠進水水量異常，水質符合要求

污水處理廠進水一部分進入污水處理廠，一部分經新建格柵、提升泵房、沉砂池和隔油池流入調節池，待污水廠進水水量有余量時，逐漸將調節池內儲存的污水排放到污水處理廠做后續處理。

2.3.3 污水處理廠發生因檢修而發生減產、停產

污水處理廠因日常檢修，需要關停部分廠內構筑物或設備的進出水，此時利用調節池儲存污水處理廠正常來水，等污水處理廠日常檢修完成后，通過調節池的水量調配，逐漸將調節池內儲存的污水排放到污水處理廠做后續處理。

2.3.4 污水處理廠納污區域突發水污染事件

污水處理廠的納污區域內因發生了突發水污染事件時，被污染水體可轉移到調節池中，等待后續的處理。根據預警監測系統預報的水質情況，將被污染水體依次分配到應急水質處理設施或污水處理廠中進行處理。

2.3.5 污水處理廠出水水質異常

出水分流井污水流入調節池，通過調節池的水量調配流入應急水質處理設施，經應急水質處理設施預處理達標后流入污水處理廠做后續處理。

3 ?工程建議

對于工業密集型城鎮污水處理廠，其污廢水收集存在突發工業污染的風險，對污水處理工藝尤其是生化工藝具有嚴重的破壞作用。因此，在污水處理前端建設應急處理系統是應對此類風險的有效方案。在對該工程設計過程中的實際情況總結研究，有助于不斷完善應急污水處理工程。

（1）該工程采用絮凝法去除異常進水中的重金屬，但絮凝法對某些重金屬的去除效果并不明顯，特別是出現重金屬絡合時，應根據各污水處理廠實際情況選擇處理工藝。

（2）調節池設計應考慮污水處理廠本身的抗沖擊負荷能力和后續水質處理所需要的停留時間，達到削減峰值流量和提供水質處理足夠反應時間的目的。

（3）若污水處理廠進水水量超負荷情況較少，可以考慮將調節池和水質處理設施設置在污水處理廠沉砂池后，以減少建設成本和便于管理。

（4）工程土建量和投資成本較大，可以采用一體化設備或拼裝罐形式代替某些處理構筑物的建造[15]，減少土建開挖和建設施工成本。

4 ?結語

該文依據污水處理廠運行情況，提出前端應急處理系統設計思路，適用于多種突發性異常情況，具有廣泛的應用價值。該系統有助于提升污水處理廠應對突發異常狀況的能力，同時為我國工業密集型城鎮污水處理廠提供借鑒，推動我國水處理行業的進步。

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