污水處理廠高濃度污水處理系統工藝方案探討

文／徐大義 廣東省建筑工程機械施工有限公司 廣東廣州 510500

引言：

高濃度污水有機物濃度高、成分復雜、有異味，從而給周圍環境造成不良影響，加上其呈強酸強堿性，存在的厭氧生物等，從中給污水處理工作增加了不少難題。因此，本文著重針對污水處理廠高濃度污水處理工藝進行進行深入地分析，通過對污水處理工藝的應用，大幅度地提高污水處理的效果，降低水質污染，為打造生態化城市提供有利的條件。

1、工程概況

本項目擬建于廣州東部固體資源再生中心（蘿崗福山循環經濟產業園）內，用地位于園區西南角指定的紅線范圍內，污水處理廠用地紅線面積54.1 畝，一期用地面積約為40 畝，二期用地面積約14.1 畝。由于園區用地緊張，所以在工藝單元選擇和總圖布置上應盡量節約用地，并預留二期用地，考慮一、二期工程在管道、物流、人流等銜接問題。本次設計內容是污水處理一期工程，總處理規模3250 噸/日，其中高濃度污水2250 噸/日，低濃度污水1000 噸/日。

2、主工藝路線確定

根據上述工藝比選及充分考慮結合廣州東部固體資源再生中心整體設計的前提下，最終確定本項目主體工藝路線為：調節池+UASB 厭氧+外置式膜生物反應器（MBR）+反滲透（RO）。

3、高濃度污水處理系統工藝方案

3.1 處理規模

綜合考慮工程分線設計，本項目高濃度污水設計規模確定如下：高濃度污水總建設規模為3000m/d，本工程建設2250m/d，遠期增加750m/d。

3.2 進、出水水質

綜上對高濃度污水水質的分析，由于園區各處理廠產生污水水質存在不確實因素均多，并且本項目需達到零排放的要求，為保證處理效果，本次設計水質采用最不利的情況下的濃度，因此高濃度進水水質如下表1：

表1 高濃度廢水設計進水水質表

根據本項目招標文件要求，在污水處理時，確保出水水質符合《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）道路清掃、城市綠化、車輛沖洗標準。由于回用水主要用于園區各子項目沖洗用水、冷卻系統補水及園區綠化用水、洗車補水等，根據公用配套工程情況，園區只設一套回用水管網，因此回用水出水標準采用較嚴的標準，高濃度廢水出水水質詳見下表2：

表2 高濃度廢水設計出水水質表

3.3 工藝設計

根據本項目目前進水種類及進水水質，確定本項目工藝流程為：調節池→UASB →均質池→一級反硝化池→一級硝化池→二級反硝化池→二級硝化池→外置式超濾膜→RO 膜→回用。具體工藝流程如圖1：

圖1 高濃度廢水處理工藝流程

3.4 工藝流程

本項目熱力電廠滲瀝液由于COD 濃度高達60000mg/l，廢水首先經過輸送管道輸送至1#預沉調節池，再經進水泵進入厭氧反應器，通過厭氧反應，降解COD，且在厭氧條件下廢水中的COD 將被水解酸化。

在厭氧出水時，經常會帶有厭氧污泥，故在出水進入沉淀池時，為確保厭氧反應器的微生物濃度滿足要求，將回流至厭氧反應器。

在此工藝設計時，主要采用余熱蒸汽進行厭氧加溫，以確保厭氧反應溫度的穩定性。在使用厭氧工藝時，經常會產生沼氣，其經管道收集后輸送至生物質綜合處理廠，由生物質綜合處理廠對沼氣進行凈化、貯存。污水處理廠內設一套沼氣火炬燃燒器，以在必要時對沼氣直接燃燒。

當厭氧出水進入均質池時，由于綜合處理廠沼液COD 濃度為15000mg/l，經過預沉調節池后可超越厭氧直接進入均質池。

在均質池里設置曝氣系統，將水中的有害氣體吹脫，例如硫化氫，同時還可以抑制厭氧微生物。池水經膜生化反應器（MBR）進入提升水泵，再經過濾器過濾以后，經布水系統進入MBR，實現可生化有機物去除目標。當厭氧出水C/N 比較低時，設計將新鮮熱力電廠滲瀝液提升至均質池中進行調配，以獲得合適的碳氮比，確保反硝化碳源滿足要求，進而穩定系統pH 值。

MBR 系統主要劃分為兩個部分，一是二級硝化反硝化池，二是外置超濾系統。通過生化處理后，能夠有效去除濾水中重金屬、BOD、總氮、氨氮等，但由于有些有機物難生化降解，所形成的總氮、COD 仍然超標。因此，當MBR 工藝處理結束后，應及時設置深度處理，以確保污水達標排放。

在本項目深度處理時，應采用反滲透進行超濾出水，且RO 裝置的水處理能力包括低濃度污水處理系統水量。RO 裝置產生的濃縮液水量依舊較大，經濃縮液處理系統處理后，進一步回收清液，濃液輸送至固體資源熱力電廠用于爐渣冷卻用水和飛灰固化用水。

3.5 處理效果

各單元去除效果詳見下表3：

表3 各工藝段去除率效果

3.6 工藝成熟穩定性分析

（1）高濃度COD 降解分析

本項目中的有機物污染主要通過厭氧與MBR 好氧去除。

針對于本項目的水量、水質特點，厭氧反應系統設計時做到了以下幾個方面，以提高其適應性：

①投標人的厭氧反應系統的COD 去除率為80%，大大減輕了后續好氧膜生化反應器的負荷，節省了運行費用。同時廢水中的部分難生化降解的有機物經過厭氧水解酸化后轉化為可生化降解的有機物在厭氧過程或后續的好氧過程中得到去除。

②投標方在進行工藝設計時，考慮了系統留有一定的富裕能力，足以應對本項目的水量、水質變化特點。

（2）高濃度氨氮降解分析

目前對于高濃度氨氮廢水處理脫氮工藝主要有氨吹脫和生物脫氮工藝。

①氨吹脫。氨吹脫主要原理為首先對廢水進行pH 調節，將廢水pH 值調至10 左右，在吹脫塔中將氨氮吹脫出來，但出水進入處理單元時，應將pH值調回至中性狀態。就垃圾滲濾液液而言，該工藝并不適用。

②生物脫氮。生物脫氮主要采用外置式膜生化反應工藝，以有效去除氨氮硝化，硝化的生物脫氮工藝是一種有效的脫氮方式，其主要是在硝化池中進行微生物硝化，并將氨氮轉化為硝酸鹽，在反硝化菌群作用下，硝態氮還原為氮氣，并將它釋放出來。由于傳統的硝化工藝在高濃度氨氮廢水處理時，由于其處理效果不理想，故為了解決以上問題，需要加強與硝化工藝的結合。

在硝化系統中，由于硝化菌屬于微生物，其繁殖速度比較緩慢，周期較長，導致硝化泥齡很長，加上傳統的硝化工藝經常會受到反應器尺寸的制約，加上污泥流失問題，導致在廢水處理時，未能硝化完全。另外，由于MBR 工藝對微生物進行完全截留，使其泥齡達超過硝化微生長時間，且可以繁殖達到完全硝化的濃度，使氨氮完全硝化。

（3）總氮的達標排放分析

本工程總氮的排放極限值是40mg/L。

此生物脫氮工藝選用外置式膜生化反應器，其出水氨氮一般小于15mg/L，出水總氮的組成主要為硝氮，因此，工藝方案中采用如下設計、措施保證出水總氮達標：

①前置反硝化。通過膜生化反應器硝化，可去除的氨氮超過99%，在硝化過程中，可將氨氮轉化為硝氮，將一些硝化回流至反硝化，在運行過程中，其設計反硝化率達到98%左右，并可以通過回流比進行調節。

②二級硝化。二級硝化能夠滿足總氮出水達標需求，當一級硝化脫氮不完全時，可在二級硝化反應器中進行脫氮反應，以實現硝化反應控制，通過控制完全程度來達到出水中的總氮要求。

3.7 水量、水質變化的適應性措施

（1）由于本項目設有調節池，在水量大時，調節池具有較大的緩沖余地。并且針對熱電廠滲濾液、綜合處理廠沼液分別設置調節池，進行水量水質調節。

（2）厭氧反應系統和外置式膜生化反應系統在設計時均考慮了安全余量，完全可以應對一定范圍內的水量沖擊。

（3）膜生化反應器鼓風曝氣風機部分設計為變頻風機，可有效地應對水量波動，并且達到節能的目的。

（4）外置式超濾膜設計時考慮了安全余量，當水量變化時，超濾系統有足夠的余量可以處理進水。

（5）反滲透系統設計時考慮了安全余量，可根據實際處理量確定運行時間，且增壓泵采用變頻控制技術，可根據實際處理量確定運行所需的頻率，達到節能的目的。

（6）生化進水布水設計采用進水和超濾出水回流部分混合，可有效緩沖進水的負荷變化，減小瞬間沖擊。

（7）外置式膜生化反應器由于其微生物濃度較高，污泥負荷低，耐水質沖擊負荷能力較高。

（8）關鍵設備設有備用，可有效應對水質波動，并且達到節能效果。

結語：

總而言之，隨著我國工業的持續快速，環境問題日益突出，其中水質問題引起了人們的廣泛關注。由于污水未達標排放，水質變得越來越差，加上污水中含有眾多的化學污染物，從而導致水中生物中毒死亡，直接阻止水流周邊的農業發展。而本文所提出的高濃度污水處理工藝，是一種能夠有效提高高濃度污水處理效果的一種處理方式，值得我們去推廣與應用。