工業(yè)園區(qū)污水處理廠工藝流程及主要參數(shù)設(shè)計(jì)

徐浩東，邱 雁，田 強(qiáng)，王一茹，端 艷

（1.云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南昆明 650228；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，云南昆明 6502013；3.重慶百歐環(huán)保科技有限公司，重慶 404100）

2015年4月發(fā)布的《水污染防治行動計(jì)劃》（簡稱水十條）要求集中治理工業(yè)集聚區(qū)水污染，集聚區(qū)工業(yè)廢水必須經(jīng)過預(yù)處理達(dá)到集中處理要求，方可進(jìn)入污水集中處理設(shè)施。新建、升級工業(yè)集聚區(qū)應(yīng)同步規(guī)劃、建設(shè)污水、垃圾集中處理等污染治理設(shè)施。本工業(yè)區(qū)內(nèi)各企業(yè)已實(shí)現(xiàn)廢水回用或自行處理達(dá)標(biāo)排放要求，但尚未建設(shè)工業(yè)園區(qū)污水處理廠，為實(shí)現(xiàn)園區(qū)廢水集中處理，預(yù)處理后的污水暫時(shí)接入園區(qū)附近的生活污水處理廠進(jìn)行處理，隨著園區(qū)的發(fā)展和新企業(yè)的入駐，建設(shè)集中的污水處理廠勢在必行。工程對園區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀和近期入駐企業(yè)的排放量和水質(zhì)進(jìn)行分析，利用小試裝置對園區(qū)排水大戶的水質(zhì)特征進(jìn)行研究，確定一種經(jīng)濟(jì)、合理的園區(qū)集中污水處理工藝流程，對污水處理廠A/O和Fenton氧化工藝設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究，計(jì)算Fenton氧化運(yùn)行成本。

1 園區(qū)污水排放量及水質(zhì)分析

1.1 排放水量

云南昆明某工業(yè)園區(qū)依托原有老工業(yè)基地的優(yōu)勢，以磷化工為主體，多種工業(yè)并存，園區(qū)現(xiàn)有企業(yè)36家，5家停產(chǎn)，磷化工、化肥企業(yè)已實(shí)現(xiàn)廢水全回用，黏合劑、涂料、節(jié)能建材等企業(yè)自行處理達(dá)一級A標(biāo)后排放，其余企業(yè)僅排放生活污水；31家企業(yè)每天排放污水總量313.86m3/d，其中生活污水159.74m3/d，生產(chǎn)廢水154.12m3/d；園區(qū)居民點(diǎn)生活污水排放量70.37m3/d；近期園區(qū)排放污水總量3 385.23m3/d（含5家即將入駐企業(yè)），其中異地搬遷再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)排放生產(chǎn)廢水2 755m3/d，占園區(qū)近期總排放量的81.38%。根據(jù)《昆明海口工業(yè)園區(qū)總體規(guī)劃》，園區(qū)遠(yuǎn)期排水量根據(jù)規(guī)劃用地、工業(yè)用地類型、用水定額和回用水率需增加2 240m3/d。考慮為污水處理設(shè)施和園區(qū)招商引資留有余地，園區(qū)集中處理污水廠近期規(guī)模4 500m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模7 000m3/d。

1.2 排放水質(zhì)

園區(qū)企業(yè)車間排放口廢水成分復(fù)雜、濃度高，根據(jù)環(huán)保部門要求，31家企業(yè)污水總排放口排放污水水質(zhì)執(zhí)行生活污水水質(zhì)或一級A標(biāo)；根據(jù)“水十條”和環(huán)保要求，園區(qū)建設(shè)集中的污水處理設(shè)施后，企業(yè)廢水排放水量不變，排放水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)和《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CB/T 31962—2015）的A級標(biāo)準(zhǔn)。

異地搬遷再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)廢水處理流程：初沉+氣浮+調(diào)節(jié)酸化+IC反應(yīng)器+AO生化池+二沉池+紫外消毒，與行業(yè)處理流程[1]相類似。根據(jù)企業(yè)提供的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、第三方水質(zhì)監(jiān)測報(bào)告和行業(yè)排水特征[2-3]，綜合確定再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)處理設(shè)施尾水濃度如表1所示。

表1 再造煙葉審查企業(yè)污水處理設(shè)施尾水濃度

再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)廢水排放量占園區(qū)近期排放總量的81.38%，其他企業(yè)占18.62%，按各企業(yè)排放量占比計(jì)算的工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)廠水質(zhì)如表2所示。

表2 工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)廠污水水質(zhì)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)搬遷前廢水處理設(shè)施A/O生化前和二沉池出水處取水樣，采用小試裝置模擬污水處理環(huán)境，嚴(yán)格控制pH、溫度等因素，對待測廢水進(jìn)行生化實(shí)驗(yàn)，測定COD降解、好氧速率和Fenton藥劑量[4，6]，判斷廢水可生化性和毒性特征。

實(shí)驗(yàn)表明，隨著廢水濃度增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量隨之降低，即廢水濃度為50%時(shí)，異養(yǎng)和硝化耗氧量降低約50%，廢水呈現(xiàn)毒性和難降解特性，但生化反應(yīng)仍可進(jìn)行。對A/O生化前廢水進(jìn)行4d連續(xù)生化實(shí)驗(yàn)后，COD濃度由270mg/L降至62mg/L，此時(shí)投加50×10-6的Fenton藥劑，廢水COD降為33mg/L；對生化實(shí)驗(yàn)尾水投加1‰的活性炭時(shí)，COD由62mg/L降至45mg/L，并可去除色度。

3 污水廠工藝流程及主要參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程確定

進(jìn) 水 水 質(zhì) 的BOD5/COD=0.2~0.4、BOD5/TN=1.2~2.57、BOD5/TP=30~45，表明廢水的可生化性較低，總氮去除的碳源不足，總磷較易處理；結(jié)合設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)和再造煙葉廢水小試，園區(qū)集中處置污水處理廠工藝流程如圖1所示：

圖1 工業(yè)園區(qū)集中處置污水處理廠工藝流程圖

為防止企業(yè)事故排放造成污水廠運(yùn)行異常和停產(chǎn)，工藝流程在預(yù)處理旁增設(shè)事故池，正常情況下污水通過提升泵站進(jìn)入調(diào)節(jié)池，當(dāng)進(jìn)水在線監(jiān)測異常時(shí)，廢水經(jīng)泵站先進(jìn)入事故池儲存，并分時(shí)段泵入調(diào)節(jié)池稀釋處理；園區(qū)污水通過市政污水管網(wǎng)收集，廠內(nèi)預(yù)處理設(shè)置粗/細(xì)格柵和沉砂池；正常情況下，污水經(jīng)過沉砂池后直接進(jìn)入生化反應(yīng)池，當(dāng)事故廢水進(jìn)入系統(tǒng)后需先經(jīng)過混凝沉淀池，再進(jìn)入生化系統(tǒng)；考慮進(jìn)水碳源較低，工藝流程不設(shè)置初次沉淀池；生化反應(yīng)采用缺氧/好氧系統(tǒng)，目的是有機(jī)物污染物和總氮的去除，運(yùn)行過程需外加碳源；工藝流程在生化反應(yīng)系統(tǒng)后設(shè)置Fenton氧化，充分發(fā)揮生化降解效率基礎(chǔ)上盡量減少Fenton投加量；Fenton氧化后串聯(lián)活性炭和紫外消毒工藝，活性炭過濾作為保險(xiǎn)措施，用于水質(zhì)惡化時(shí)把關(guān)。

3.2 A/O生化主要參數(shù)設(shè)計(jì)

缺氧池容積采用硝化反硝化動力學(xué)公式Vn=計(jì)算，由于較大的混合液回流比和存在一定的生化降解難度，脫氮速率Kde（20）取0.03（需經(jīng)溫度修正）， 污泥總產(chǎn)率系數(shù)Yt在無初次沉淀池、污泥齡17d條件下取0.8kgMLSS/kgBOD5，缺氧池容積為1 354m3，停留時(shí)間為7.2h。

3.3 Fenton氧化主要參數(shù)設(shè)計(jì)和成本計(jì)算

Fenton反應(yīng)池中加入酸、亞鐵和雙氧水，將pH調(diào)至3.5左右進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后進(jìn)入脫氣池，加入液堿，將pH回調(diào)到7~8。調(diào)酸池和催化混合池采用機(jī)械攪拌，停留時(shí)間5min，容積分別為24m3；氧化反應(yīng)池停留時(shí)間3h，容積為870m3；脫氣池采用空氣攪拌，停留時(shí)間20min，容積為97m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)enton藥劑投加量和投加比例為C（H2O2，mg/L）：COD（mg/L）=3∶1；C（H2O2，mg/L）：COD（Fe2+，mg/L）= 1.22∶1。當(dāng)COD濃度為124mg/L時(shí)，F(xiàn)enton氧化運(yùn)行設(shè)備功率20kw，電耗480kWh/d，噸水電耗0.09元/m3（電費(fèi)0.8元/ kWh），F(xiàn)enton氧化噸水藥耗2.40元/m3，藥劑消耗量見表3，F(xiàn)enton氧化運(yùn)行能耗（電耗+藥耗）為2.49元/m3；若二沉池出水COD濃度低于65mg/L，F(xiàn)enton氧化運(yùn)行能耗為1.3元/m3。

表3 Fenton氧化藥劑消耗量

4 結(jié)論和建議

1）合理確定工業(yè)園區(qū)集中污水處理廠進(jìn)廠水量和水質(zhì)非常重要，企業(yè)需逐家落實(shí)生產(chǎn)工藝、用水、排水特征，并依據(jù)環(huán)保意見核定污染物排放總量；即將入駐企業(yè)需落實(shí)生產(chǎn)工藝、廠內(nèi)污水設(shè)施、環(huán)評報(bào)告等，并對同類型生產(chǎn)線和處理設(shè)施進(jìn)行調(diào)研和水質(zhì)取樣；本工程園區(qū)廢水處理難點(diǎn)是COD，且BOD5/COD較低，生化反應(yīng)效果有限，碳源低于總氮去除要求；參照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》并不能準(zhǔn)確反映真實(shí)水質(zhì)。

2）園區(qū)集中污水處理工藝流程和設(shè)計(jì)參數(shù)除依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)以外，還需對排水大戶的水樣進(jìn)行可生化性、耗氧速率、毒性等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，園區(qū)廢水具有毒性和難降解的特性，50%濃度的廢水使異養(yǎng)和硝化耗氧量降低約50%，內(nèi)源、外源呼吸均受到抑制，但充分挖掘廢水生化反應(yīng)效率基礎(chǔ)上，達(dá)一級A標(biāo)的Fenton藥劑投加量僅需50×10-6。

3）園區(qū)集中污水處理廠設(shè)置事故池、混凝沉淀等構(gòu)筑物，在進(jìn)水超標(biāo)的情況下啟動運(yùn)行；預(yù)處理工段需考慮市政管網(wǎng)帶入的較大懸浮物和泥砂的去除；廢水可生化性不足、缺少碳源，工藝流程不設(shè)初次沉淀池；生化反應(yīng)主要考慮有機(jī)物降解和TN的去除；為穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，廢水深度處理需串聯(lián)Fenton氧化，并采用活性炭吸附作為處理流程的最后把關(guān)工藝。

4）根據(jù)以上特征研究，好氧池設(shè)計(jì)100%污泥回流，400%混合液回流，污泥濃度0.08kgBOD5/（kgMLSS?d），污泥齡17d；缺氧池的脫氮速率Kde（20）=0.03（kgNO3-N）/（kgMLSS? d），設(shè)計(jì)停留時(shí)間較高。實(shí)驗(yàn)確定Fenton藥劑投加量為C（H2O2，mg/L）∶COD（mg/L）=3∶1，C（H2O2，mg/L）∶COD（Fe2+，mg/L）=1.22∶1；當(dāng)二級生化處理出水COD控制在65mg/L以下時(shí)，F(xiàn)enton氧化運(yùn)行成本中的電耗和藥耗為1.3元/m3。