沈陽市某工業園區污水處理廠工程設計及運行效果

張璞 金延 吳峰 宋歌

（1.沈陽市水務事務服務中心，遼寧 沈陽 110011；2.沈陽市建設工程質量監督站，遼寧 沈陽 110002）

1 引言

產業集聚化發展可以降低企業成本，提高企業生產效率。工業園區由于具有統一管理、集約節約的優勢而成為工業企業發展的主流［1］。然而，工業園區因產業活動規模大，污染排放集中，對區域水環境質量具有較大的潛在威脅，提高工業廢水處理水平已經成為工業園區可持續發展亟待解決的問題［2］。本文以沈陽市某工業園區污水處理廠為研究對象，主要討論其工程設計及運行效果，以期為工業園區廢水處理提供技術參考。

2 工程概況

沈陽市某開發區規劃面積96.6 km2，包括先進裝備制造產業片區、國際商貿物流產業片區及新興產業發展片區。其中先進裝備制造產業片區規劃面積22.2 km2，區域排水體制為雨污分流制。

某污水處理廠占地面積為4.05 hm2，設計規模為2.0×104m3/d，主要處理該開發區內先進裝備制造產業片區內的工業廢水和生活污水。該廠進水中工業廢水占比約為60%，以金屬加工廢水為主，出水水質要求達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。該廠設計進出水水質指標見表1。

表1 設計進出水水質指標mg/L

3 工藝流程及設計參數

3.1 工藝流程

該工業園區內企業執行遼寧省地方標準DB 21/1627—2008《污水綜合排放標準》和GB 21900—2008《電鍍污染物排放標準》，控制限值較為嚴格［3］，排入污水處理廠的廢水中重金屬離子濃度較低，因此一級處理單元沿用城鎮污水處理廠工藝路線，采用“格柵＋沉砂池”。二級處理單元選用技術成熟、應用廣泛的傳統A2/O 工藝［4］進行有機污染物的降解和氮、磷污染物的去除。三級處理單元采用“高密度沉淀池＋纖維轉盤過濾＋紫外線消毒”，將處理水質進一步提升至排放標準。該污水處理廠工藝流程如圖1 所示。

圖1 某污水處理廠工藝流程

3.2 主要設備及構筑物

（1）粗格柵及提升泵房。粗格柵間和提升泵房合建，其平面尺寸（L×B）為12 m×12.6 m。粗格柵選用回轉式格柵，共2 臺。粗格柵寬度為1.0 m，柵條間隙為20 mm，設計過柵流速為0.5～0.8 m/s。

提升泵房內安裝提升泵4 臺，其中，大泵2 臺，單臺流量833 m3/h，揚程13.2 m；小泵2 臺，單臺流量208 m3/h，揚程13.2 m。污水提升采用大小泵搭配的方式，平時啟動1 臺大型提升泵，水量較大同時啟動1 臺大型提升泵和2 臺小型提升泵。

（2）細格柵。細格柵間的平面尺寸（L×B）為9.6 m×5.1 m，內設回轉式格柵2 臺。細格柵寬度為1.4 m，柵條間隙為5.0 mm，設計過柵流速為0.5～1.0 m/s。

（3）旋流沉砂池。旋流沉砂池和細格柵間合建，共2 座，每座沉砂池的內徑為3.05 m，水深為2.8 m（含砂斗）。設計停留時間為35 s，水力表面負荷為130 m3/（m2·h）。

（4）生化池。設計生化池2 座，采用A2/O 工藝，單座生化池有效容積為8 038.8 m3，其厭氧區、缺氧區和好氧區的容積比為1 ∶1 ∶6。生化池設計污泥負荷為0.09 kg BOD5/（kg MLSS·d）；污泥齡18 d；水力停留時間為17.0 h。

生化池好氧區設計氣水比為7.1∶1，配套羅茨鼓風機4 臺（3 用1 備），單臺鼓風機風量為39.6 m3/min，揚程7 m；安裝內回流泵2 臺，單臺流量為420 m3/h，揚程1.2 m。

（5）二沉池及污泥泵房。設計輻流式二沉池2座，二沉池形式為中心進水、周邊出水，池體直徑為30 m，設計停留時間為3.0 h，表面負荷為0.9 m3/（m2·h）。

建設回流污泥泵房1 座，直徑為14.6 m，與二沉池合建。泵房內安裝3 臺污泥回流泵，單臺流量為277 m3/h，揚程為7 m；安裝2 臺剩余污泥泵（1 用1備），單臺流量為16 m3/h，揚程為9 m。

（6）高密度沉淀池。設計高密度沉淀池2 座，每座池體的平面尺寸（L×B）為15.6 m×9.4 m。高密度沉淀池分為混合區、絮凝區和沉淀區，設計停留時間分別為51 s，1.8 min 和8.6 min。混合區投加的絮凝劑選用FeCl3，設計平均投加量為30 mg/L。沉淀區安裝乙丙共聚蜂窩式斜管，設計表面負荷為10 m3/（m2·h）。

（7）纖維轉盤。過濾單元為1 臺纖維轉盤過濾器，設計濾速為8～12 m/s。過濾器共10 片盤片，單片過濾面積為10 m2。過濾器配套反沖洗水泵2 臺，單臺流量為30 m3/h，揚程14 m，反沖洗周期為1.0～2.0 h。

（8）紫外消毒槽。紫外消毒槽尺寸（L×B×H）為8.6 m×3.3 m×2.1 m，分為2 條渠道。渠道內各安裝紫外消毒模塊1 套，功率為12.5 kW，設計接觸時間為60 s。

（9）加藥間。建設加藥間2 座，分別作為生化處理單元和深度處理單元的配套建筑。生化處理單元配套加藥間，與污泥脫水間合建，加藥間內設計溶液池2 座，每座溶液池平面尺寸（L×B×H）為2.1 m×2.1 m×2.0 m，配套用于乙酸鈉投加的計量泵3 臺（2用1 備），單臺流量為370 L/h，揚程50 m。

深度處理單元配套加藥間的平面尺寸（L×B）為21.0 m×10.5 m，安裝用于FeCl3投加的計量泵3 臺（2 用1 備），單臺流量為370 L/h，揚程50 m；用于PAM 投加的計量泵3 臺（2 用1 備），單臺流量為410 L/h，揚程50 m。

（10）污泥脫水間。污泥脫水間為地上式框架結構，面積為550.56 m2。污泥脫水間內安裝帶式壓濾機2 臺，處理能力共計471 m3/d。

4 運行效果分析

沈陽市某工業園區污水處理廠自建成投入運行以來，進水負荷一直保持在95%以上，處于滿負荷運行狀態。2021 年12 月至2022 年11 月，污水處理廠的進水量為1.92×104～2.24×104m3/d，平均進水量為2.11×104m3/d，全年各月份水量較為一致，波動較小。

如圖2 所示，2021 年12 月至2022 年11 月，該污水處理廠進水COD 平均濃度為293 mg/L，但是水質波動較大，進水COD 最高濃度為974 mg/L，最低濃度僅為22.1 mg /L，其中進水濃度超過設計水質要求的運行天數達79 d。系統的COD 去除效果一直良好且穩定，平均去除率高達96.7%，出水COD 最高濃度僅為25.8 mg/L，達到GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類水標準。污水處理廠進水COD 濃度異常升高時，污水濁度也會同時升高，據此推斷進水中有機污染物的非溶解性物質含量較高，其易于通過絮凝吸附作用去除［5］。因此在有機沖擊負荷期間，系統對COD 仍具有良好的去除效果。

圖2 COD 濃度變化及去除率

如圖3 所示，該污水處理廠NH3－N 的進水平均濃度為30.38 mg/L，基本符合設計要求。但是NH3－N進水濃度波動較大，全年有115 d 超過設計水質，最高濃度高達103.5 mg/L，是設計濃度的3.45 倍。同時，超標時段主要集中在供暖季（11 月1 日至次年3 月31 日）。NH3－N 出水平均濃度為0.20 mg/L，平均去除率為98.8%。該污水處理廠全年的NH3－N 出水濃度均能滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類水要求，其中有358 d 能夠達到Ⅲ類水要求，顯示系統的NH3－N 處理效果良好。

圖3 NH3-N 濃度變化及去除率

如圖4 所示，2021 年12 月至2022 年11 月，該污水處理廠進水TN 最高濃度為137 mg/L，平均濃度為60.5 mg/L，全年僅有17.5%的運行天數進水TN濃度與設計值相符，并且TN 進水水質的變化規律與NH3－N 有相似性。為了保證出水TN 穩定達標，在實際運行中將A2/O 生化池的外回流比和內回流比全部調節至最大，以提高缺氧區內的污泥濃度和硝酸鹽含量。同時，實時提高碳源（乙酸鈉）投加量，以保證缺氧區的反硝化效果。運行結果顯示，出水TN 最高濃度為13.1 mg/L，平均濃度為6.74 mg/L，實現了TN 全年100%達標。

圖4 TN 濃度變化及去除率

由圖5 可知，該污水處理廠進水TP 濃度在0.03～30.4 mg/L 范圍內波動，除6—8 月外，其余各月進水濃度均呈現劇烈變化。進水TP 平均濃度為6.95 mg/L，全年有269 d TP 進水濃度超過設計值。由于在運行中優先保證了生物脫氮對碳源的需求，并忽略了外回流對厭氧區的影響，因此TP 主要通過化學除磷去除。監測數據顯示，出水TP 最高濃度為0.38 mg/L，能夠滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅴ類水要求；其中全年有354 d 出水TP 濃度低于0.3 mg/L，能夠滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類水要求。

圖5 TP 濃度變化及去除率

5 技術經濟指標

該污水處理廠總投資為7 061.86 萬元，其中，工程直接投資為5 906.76 萬元，噸水基建投資約為2 900 元，單位處理成本為0.54 元/m3，單位經營成本為0.41 元/m3，投資及運行費用均較為合理。

6 結論

本文研究的某污水處理廠采用“A2/O＋高密度沉淀池＋纖維轉盤過濾”組合工藝接納沈陽市某經濟開發區的工業廢水和生活污水，運行效果良好，耐沖擊負荷能力強，出水主要水質指標均能穩定達到設計排放標準。其環境、經濟效益顯著，可為同類型污水處理廠的設計和運行提供借鑒。