基于五萬噸工業污水處理廠項目的工藝設計研究

陳 花

（蘇伊士（上海）環境服務有限公司，上海 200070）

目前我國各地工業園區數量及規模都呈現逐年增加的趨勢，工業園區生產行業類別繁多，各類生產工藝不盡相同，致使廢水污染物成分比較復雜，水質變化巨大，尤其對于農藥、醫藥、染料等行業的尾水處理可生化性差。因此，加強污水處理廠工藝設計，提高園區管理運行勢在必行。污水處理廠建設和運行需要耗費大量投資費用，且受到諸多因素的影響和制約，如何從工藝方案設計上來提高污水處理廠運行效率，降低投資費用就成為了相關設計人員必須要考慮的問題。在工藝方案設計時，必須要基于工業園污水排放水量、水質等現狀問題，選擇切實可行而又經濟合理的處理工藝方案，通過不斷優化工藝設計，在保證出水水質滿足規定的前提下，最大限度地兼顧運行靈活性與經濟性，

1 項目概況

本項目為某地經濟開發區污水處理及生態環境提升PPP項目工業污水處理廠工程，本項目相關聯污水處理廠現狀工業污水水質可生化性差，隨著園區內各企業積極推進生產工藝優化措施，TN濃度逐步得到控制，但仍有部分特征污染物超標。為了園區的持續發展，滿足國家政策及當地政府相關要求，當地管委會急需新建一座工業污水處理廠，新建工業污水處理廠設計規模為5萬m3/d，其中預處理單元設計規模8 000 m3/d。

2 園區工業污水水量、水質現狀分析

2.1 現狀污水水量、水質情況

對園區中排量較大的企業排放污水進行實地調研、取樣分析，其具體水量如表1所示，這些企業主要涉及化工、醫藥中間體和顏料等行業，主要包括苯、甲苯、苯胺類、總氰化物、甲醛、陰離子表面活性劑等特征污染因子。

表1 工業園部分企業實際納管污水水質、水量統計

2.2 現狀污水水質分析

本次新建污水處理廠項目污水來源廣、水質水量復雜、沖擊負荷難以避免，在工藝設計和運行管理上都存在較大難度。由于園區入駐企業100余家，企業種類繁多，污染物包含原料、產品、中間產物和副產物混合后的未知化學反應，有機物成百上千種，部分大水量大負荷企業生產變化、產品季節變化、市場需求變化，都將對污水廠運行帶來沖擊。其次，經過預處理后的上游企業排水中難降解有機物含量高，污水可生化性差，TDS含量高、污泥活性受抑制；進水標準中雖然對特征污染物做了限定，但仍有部分時間特征污染物超標。在對企業污水數據進行梳理、大水量高負荷企業進行調研，并對部分企業污水進行取樣和試驗后，根據水樣測試結果，分析了各主要污染物的可處理性，確定難降解COD為本項目的重點。因此，本項目工業污水處理廠根據水量、水質分析現狀，了解超標原因，協調排污企業對污水進行及時調整，并結合實際，根據試驗情況制定工藝設計方案，以滿足污水處理廠廢水處理指標要求。

3 污水處理工藝設計目標

本項目新建污水處理廠服務范圍為園區內工業廢水、生活污水及城區生活污水和少量工業廢水，工業廢水主要為工業園區近期服務范圍內企業廢水。工藝方案設計中應基于相關標準規定，綜合考慮設計規模、污水水質特征、當地實際條件等從整體優化設計，選擇先進、可靠、成熟的工藝技術與設備，確保出水水質與排放規定要求相符。本項目處理工藝采用強化預處理，生化+深度處理和尾水深度處理提升裝置相結合的工藝，在工藝設計中對碳源投加進行了考慮，以此滿足反硝化對碳源的要求；其次，根據對工業園區內精細化工企業污染物分析，污水處理必須結合統計分析及園區統一規定，對工業污水進水水質和出水水質進行設計，并在實施過程中考慮上游企業發展與排污情況，對接管標準進行調整與優化；以及按照當地對污水處理廠污染物排放規定，對廢水經過深度處理。此外，工藝設計應從經濟角度進行考慮，盡可能保證可靠運行、方便管理的前提下，減少投資與運行費用，以滿足項目建設整體效益。

4 工藝設計要點

4.1 預處理工藝設計

（1）由于園區內精細化工企業排水特征污染物種類復雜，廢水中有如硝基化合物、有機氮化合物、鹵素化合物、芳香烴化合物等有毒有害物質較多，故采用生化處理難以降解。預處理工藝設計對芬頓、臭氧和活性炭吸附等三種工藝進行比較，如表2，活性炭預處理去除率高，并考慮到投資、運行及操作便利性，其投資成本居中、運行成本低，性價比最高，故結合設置活性炭吸附進行預處理。

表2 三種預處理工藝設計比較

（2）活性炭吸附裝置采用雙向流顆粒活性炭吸附池，池內兩個吸附功率單元都有支撐顆粒活性炭層的帶有濾頭的濾板，污水由上流方式通過第一個單元，再以下流方式通過第二個吸附過濾單元，經過雙向吸附的活性炭吸附污染物飽和度高，使吸附過濾出水水質得到進一步保證。同時，前端設置的活性炭預處理與后端設置的臭氧具有協同作用，可確保污水處理穩定。活性炭吸附前應設置高效沉淀池+V型濾池，可使污水進入活性炭吸附裝置前對水中懸浮物進行處理，再結合深度處理單元工藝，使活性炭吸附效率大大提高。

4.2 生物處理工藝設計

（1）生物處理是污水處理廠的核心，本項目生物處理單元不考慮除磷功能，選擇具有脫氧功能的生物處理工藝。目前污水處理生物脫氮工藝基本是在傳統生物處理工藝上進行的改良。本次生物處理工藝對三種方案進行了對比，A/O改良工藝、MBR工藝與改良的Carrousel氧化溝工藝。從脫氮、抗沖擊能力和占地面積方面來看，MBR工藝投資運行費用最高，而Carrousel氧化溝脫氮能力較弱，A/O改良工藝具有綜合優勢，故本項目采用A/O改良工藝方案，并采用攪拌曝氣一體機，主要是因工業污水水質情況復雜，含鹽量高，對出水水質要求也很高，而采用攪拌曝氣一體機具有污水處理系統的穩定性優勢。

（2）A/O改良工藝主要包括前置反硝化區、好氧區、脫氣區。生物污泥在生物系統內與污水緊密接觸，污泥中已經同化的高效微生物對水中的污染物首先吸附，之后利用氧降解好氧生物，污染物被轉化為水與二氧化碳，并有新微生物產生，進而使水質得以凈化。同時，對碳污染去除外，還應進行硝化和反硝化處理，以此實現氮的去除。氨氧由高專屬性微生物群進行氧化，整個硝化反應為NH4++2Q2＞NO3-+H2O+2H+。硝化過程會產生酸，需要消耗堿度促進正常反應，并維持硝化反應所需的pH值；采用硝酸鹽作為電子受體，對有機物進行氧化，將硝酸鹽還原為氣態氮。脫氣區是通過機械攪拌或曝氣脫氣，釋放水中溶解的氣體，保證后續二沉池良好的固液分離結果，根據進水污染物負荷、曝氣需求量情況選擇曝氣、攪拌兩種運行工況，以此提供完美的懸浮和均化效果，并可供溶解氧。

4.3 深度處理工藝

（1） 為 了 進 一 步 降 低 CODcr、BOD5、SS、TN、TP等污染指標，本項目通過深度處理單元對二級處理進行后續處理。本項目深度處理選用兩臺工藝進行對比，①方案一：高效沉淀池+V型濾池+提升泵房+臭氧接觸池+脫碳生物濾池；②方案二：芬頓高級氧化+高密度澄清池+提升泵房+脫碳生物濾池。本項目采用方案一，其具有耐沖擊性強、污泥產量低、不增加尾水鹽分，且相對容易管理的特性。

（2）高效沉淀池可有效緩沖來水水質和水量負荷變化，確保出水水質，去除大部分懸浮及膠體狀污染物。高效沉淀池由三個單元組成，即反應、預沉-濃縮、斜管分離。反應池內的導流筒將反應池分為兩部分，導流筒內部絮凝速度快，外壁和混凝土池壁間絮凝速度慢，可使礬花均勻、密實地快速進入預沉區；礬花在預沉區速度放緩，預沉區因面積較大，大部分懸浮固體在該區沉淀并濃縮，濃縮區設有錐型濃縮刮泥機，以收集濃縮區污泥，部分濃縮污泥由錐形循環筒送至反應池入口，部分抽出排至污泥處理單元；斜管沉淀區將礬花殘余去除，其機械強度與物理性能確保管內污泥順利下滑，經斜管分離區澄清后的水由一個收集水槽系統進行收集，礬花最終堆積在沉淀池下部的濃縮區，形成的污泥在該區域進行濃縮。高效沉淀池出水被引入過濾單元，之后進入配水渠，在濾池之間進行均勻配水。

（3）由于工業污水單獨進行生化處理以后，出水不能滿足相應排放標準，因此，還應經過深度處理。本項目采用臭氧雙氧水協同氧化工藝，簡單改進常規臭氧處理單元，依靠投入H2O2加速臭氧分解產生高活性羥基自由基，從而有效提高降解有機物的處理效果。通常將臭氧工藝與好氧生物濾池工藝組合使用，以此可確保出水懸浮物與CODCR達標。脫碳生物濾池是基于傳統V型濾池所開發的細粒陶粒濾料的好氧生物濾池，在設計時應對最高設計濾速度進行控制，以此確保出水穩定達標。

5 結束語

綜合上述，企業園區化快速推進使得污水排放量不斷增加，污水處理問題受到更加廣泛關注，污水處理任務艱巨。本項目從污水水質、水量變化入手，以工藝設計為基礎，組織討論項目的關鍵點、進度、工作分工，并配合可行性研究報告、環境影響評價、初步設計和詳細設計過程中的技術澄清，根據前期對園區企業排出水質與水量分析，在設計中采取多級去除難降解COD的工藝段，包括預處理活性炭濾池、生化反應池、臭氧接觸池、生物濾池和深度處理活性炭吸附；同時，部分企業也根據行業間接排放要求設置預處理設置，上游企業特征污染物可以滿足行業排放限值，并對來自于醫藥、農藥、染料行業的廢水單獨設置預處理線進行處理，通過完善的工藝線路設計確保設計工藝達到排放標準要求，為項目順利進入施工階段提供技術支撐。