濱州市某工業廢水處理廠提標擴容工藝設計

劉 可 王宇婷

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 43000

隨著我國城市發展及工業化的推進，工業廢水量越來越大，對工業廢水的處理也越來越受關注。2012 年山東省政府政府印發了《關于建設生態山東的決定》，為貫徹相關政策要求，同時滿足工業園區未來的廢水處理需求，濱州市某廢水處理廠需實施提標擴容工程建設，設計出水水質執行《地表水環境質量標準》（GB 3838- 2002）中的V 類標準（TN≤15mg/ L）

1 廢水處理廠現狀及設計難點

1.1 廢水處理廠現狀

廢水廠現有處理規模為6 萬m3/ d，廠區總占地約8.6ha。現有處理設施分四期建設，并經歷過多次改造，其中一期工程規模0.7 萬m3/ d，二期工程規模1.1 萬m3/ d，一期、二期工程采用反應斜管初沉池+ 水解酸化+A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝；三期工程規模為1.2 萬m3/ d，采用反應斜管初沉池+ 臭氧預氧化+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝；四期工程規模為3.0 萬m3/ d，采用反應平流初沉池+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 中進周出二沉池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝，全部廢水合并后采用次氯酸鈣消毒，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級A 標準。

1.2 設計重難點分析

1.2.1 廢水處理難度大，尾水排放標準高

本項目廢水處理廠主要接納以印染、石油化工、精細化工為主的工業園區廢水及部分城區生活污水，廢水具有可生化性差、生物毒性強、水質水量不穩定等特點[1]，處理難度大。同時，本次提標改造及新建擴容工程主要出水污染物指標需執行《地表水環境質量標準》中V 類標準（TN≤15mg/ L），標準的提高進一步加大了處理難度。

1.2.2 用地緊張，改造期間不能減產

污水廠內剩余用地緊張，需在保證現有設施不減產、不降標的情況下，通過合理拆建工序實現提標和擴容，實施難度大。

1.2.3 現狀設施復雜

本項目廢水廠共經過4 期建設，每期又經歷過不同的改造，部分設計資料缺失，現狀處理設施較多，設施缺乏整合。

2 污水處理廠設計進出水水質

本次擴容工程主要服務于片區新增的印染、石油化工、精細化工類企業排放的生產廢水和部分城區生活污水，結合部分實測數據，綜合確定本次提標改造設計進水水質如表1 所示。

表1 設計進出水水質一覽表 mg/ L

3 提標擴容設計思路

3.1 處理能力分析

通過對廢水處理廠現狀構筑物設計參數分析，并結合現場運維人員反饋信息，對現狀能力不足的處理構筑物分析如下：

（1）原一、二、三、四期水解酸化工藝水力停留時間分別為5.5h、11h、12h、6.6h，一期和四期水力停留時間較短，水解酸化效果較差，生化池出水COD 偏高。

（2）原廠區采用傳統芬頓工藝進行COD 的深度處理，實際處理效果尚可。但運行過程需調酸調堿，運行管理難度較大[2]；水質波動或運行控制不當的情況下容易造成出水COD 波動，存在一定的超標風險。因此，往往需要過量投加藥劑造成浪費，污泥量也較多，運行成本較高。

（3）原一、二、三、四期共用人工快滲池22 座，平均表面負荷2.5m/ h。人工快滲池負荷較低，運行效果好，但占地面積較大，集約程度較差。

（4）原廠區設脫水車間一座，采用帶式壓濾機，現場操作環境較差，污泥處理能力不足，導致生化池污泥濃度較高，污泥老化嚴重。

3.2 提標擴容方案

針對設計難點及設計進出水水質，本次提標擴容工程設計考慮優先對處理設施不足的部分進行改造，并拆除整合部分占地較大、布置分散的設施進行整合，再通過新建構筑物實現現有設施的提標和廠區的擴容。

3.2.1 現有設施提標改造

針對一期、四期水解酸化池停留時間不足的問題，考慮在水解酸化池內增加懸掛式彈性填料，以增加水解酸化池總的生物量，提高處理效果。

在現狀處理設施氨氮、TN、SS 及TP 指標可以達到V 類水指標的情況下，提標工藝重點考慮對COD 的去除。盡管芬頓工藝對COD 去除效果尚可，但考慮到運行成本較高等因素，本次新增活性焦吸附池作為COD 的保障工藝，原芬頓工藝可考慮減少投藥量甚至作為應急處理工藝運行。新增活性焦吸附池的用地通過拆除5 座占地較大的人工快滲池實現。由于快濾池原設計負荷較低，拆除過程可保證出水穩定達標，實現不減產、不降標改造。

于現狀脫水車間旁的空地新建污泥脫水車間一座，建成后再對現有污泥脫水車間設備進行更換，以保證改造期間污泥脫水工藝的正常運轉。

3.2.2 新建工程方案選取

考慮到原有工藝運行效果較好，本次擴容工程設計繼續沿用原有處理工藝的總體思路，細節上取消運行成本較高的芬頓工藝，新建活性焦吸附池以保證COD 達標。新建活性焦吸附池與提標工程合建，以整合全廠的深度處理工藝。

（1）粗格柵、細格柵工藝通過更為集約化的超微一體化分離設備替代，并將設備置于水解酸化池上方；

（2）二級處理工藝采用合建式改良A2/ O 工藝，通過將二沉池疊建于生化池池頂，將泥水分離工藝與生化池有機結合起來以進一步節省占地；

（3）深度處理采用占地較省的磁混凝高效沉淀池。本項目新建5 萬m3/ d 的處理設施實際占地僅2.5ha，用地指標相當于原有設施的一半，節地效應顯著。

綜上所述，本工程采用的處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標改造工程工藝流程圖

4 主要構筑物設計參數

4.1 超微分離一體化設備

（1）功能：通過混凝+ 超微氣泡分離的的原理去除污水中的COD、SS 及總磷等污染物。

（2）設計參數：設計流量Q=50000m3/ d；1# 設備處理能力600t/ h；1# 設備2 臺；2# 設備處理能力450t/ h；2# 設備2 臺。

4.2 水解酸化池

（1）功能：通過水解酸化反應提高污水可生化性，通過后續好氧池組合，提高對污水COD 的去除效率。同時可將部分有機氮轉化為氨氮，提高整個生化處理系統的抗毒、抗沖擊負荷能力。

（2）設計參數：設計流量Q=50000m3/ d；水解酸化池形式為折流式；總體尺寸為B×L=56.4×17.7 m；停留時間6h；有效水深H=8.0m；懸掛式彈性填料的填充率為25%。

4.3 合建式改良A2/ O生化池

（1）功能：在生物反應池中營造缺氧、好氧環境，利用生物反應池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，達到凈化水質的目的。同時，生化池頂疊合建設泥水分離模塊（二沉池），實現高效、節地的生化與泥水分離相結合的一體化工藝。

（2）設計參數：設計流量Q=50000m3/ d；總體尺寸為B×L=56.4×82 m；有效水深H=7.9m；系統污泥濃度4000mg/ L；總停留時間T=16.0 h，其中厭氧區停留時間1.0h，缺氧區停留時間3.0h，好氧區停留時間12.0h；硝化液回流比為133%～400%；缺氧池至厭氧池回流比為100%～200%；好氧池泥齡為15d；最大氣水比為7∶1。

（3）主要工程內容：生化池設置一座分為可獨立運行的兩格。厭氧區共設4 臺潛水攪拌器，每格2 臺，單臺參數φ1200，N=3.1kW；缺氧區內共設8 臺潛水推流器，每格4 臺，單臺參數φ1200mm，N=3.1kW；好氧區采用鼓風曝氣，曝氣器采用板式曝氣器形式，以充分實現環流效果，曝氣器參數B=200mm，Q=12m3/ m·h，L=1000m。好氧池池頂設置泥水分離模塊，升流區表面負荷1.3m/ h；好氧區至缺氧區共設6 臺混合液回流泵，采用穿墻泵形式，單臺參數Q=833m3/ h，H=0.85m，N=3.75kW，變頻控制；缺氧區至好氧區共設4 臺混合液回流泵，采用穿墻泵形式，單臺參數Q=1111m3/ h，H=1.0m，N=6.75kW，變頻控制。

4.4 鼓風機房

（1）功能：為生物池好氧區提供氣源。

（2）設計參數：生物池供氣量244m3/ min，風壓90 kPa。

（3）主要工程內容：設鼓風機房及變配電間1 座，外形尺寸L×B=20.0m×16.0m，H=5.5m；鼓風機房內另設離心風機3 臺，2 用1 備，變頻，單臺參數Q=122m3/ min、H=9.0m、N=230kW。

4.5 磁混凝高效澄清池

（1）功能：將二級生化處理的出水進行混凝沉淀，通過化學試劑去除TP 的同時進一步降低出水SS，保障后續活性焦吸附池的穩定運行。

（2）設計形式：高效沉淀池設置2 組，單組平均流量2.5 萬m3/ d。高效混凝沉淀池主要有反應池、澄清池、加藥系統、污泥回流及介質回收系統。將二沉池污水送往反應池并投加介質混合，通過投加混凝劑、絮凝劑和磁粉（加速絮體沉淀），進一步去除總磷及SS。并在澄清池沉淀后排放，產生的污泥回流至污水處理廠生化池前段。

（3）設計參數：機械攪拌池有效水深4.4m，有效容積42.9m3，停留時間3.08min，PAC 最大投加量5mg/ L；反應池有效水深5.4m，有效容積37.8m3，停留時間2.78min；絮凝池有效水深5.3m，有效容積107.3m3，停留時間7.7min，PAM 最大投加量1mg/ L；沉淀池直徑8m，沉淀池水深5.4m，沉淀池上升流速12.5m/ h。

4.6 活性焦吸附池

（1）功能：通過活性焦吸附對廢水進行深度處理，以進一步去除廢水中的COD，確保尾水達標。

（2）設計形式：本活性焦吸附深度處理系統設活性焦吸附濾池1 座，設計規模11 萬m3/ d。運行過程中飽和活性焦熱再生損耗約5%，計入其他損耗，每個再生周期（約120d）總損耗約12%；每組再生炭回裝時，不足部分由下一組的再生炭補充，最后一組集中補充新炭。“吸附系統”和“再生系統”由“輸送系統”完成無縫連接。飽和炭再生及集中補充新炭在吸附系統內依次滾動操作，保證炭齡一致。吸附池循環沖洗及飽和炭提出共用一個空氣提升泵，提升泵壓縮空氣氣源由壓縮空氣站提供。一個吸附過濾單元每天的處理水量根據設計進、出水水質確定。再生時一座吸附濾池進水運行9 組，再生1 組停止進水，進行飽和炭的提出和再生炭的投加操作。

（3）工藝參數：新建工程和提標工程活性焦吸附池合并建設，設計規模11 萬m3/ d。吸附池設1 座，池深10m。設計進水水質COD＜60mg/ L，SS≤20mg/ L。設計出水水質COD＜40mg/ L，SS≤10mg/ L。吸附濾池分為10 組并聯運行；每組8 個吸附單元，共80 單元；每單元裝煤質破碎顆粒活性焦52m3（26t），共需填裝活性焦2080t，每單元每天處理水量1375m3/ d，有效吸附時間60min。每系列按組自動滾動反洗。根據本廠進、出水COD 及活性焦吸附容量計算，活性焦飽和周期約為120d。安裝活性焦再生機組系統2 套，每套再生飽和炭12～15t/ d。

4.7 活性焦再生車間

（1）功能：運用物理加熱再生對吸附飽和后失去活性的炭進行再生處理，恢復其吸附性能，達到重復使用目的。

（2）工藝參數：活性焦再生車間共1 座，單層車間，凈高度7.0m。車間內配置再生能力12～15t/ d 的活性焦再生爐2 套。脫水飽和炭濕容重760～800kg/ m3；含水35%～40%。采用天然氣為再生熱源，壓力8000Pa，氣耗90～100Nm3/ t 炭（干基），全廠天然氣耗量約1500Nm3/天。每再生一次，活性焦損耗約5.0%。設計活性焦再生量為12～15t 活性焦(干基)/ d；燃料為天然氣，壓力8000Pa，熱值8600kcal/ m3，用氣量95～100m3/ t（干基）。

4.8 接觸消毒池

（1）功能：采用次氯酸鈣對出水進行消毒，確保達標排放。

（2）設計參數：設計規模5 萬m3/ d；次氯酸鈣有效投加量為30mg/ L，投加次氯酸鈣濃度5%；接觸消毒時間30min；接觸消毒池平面尺寸19×11m，有效水深5m，接觸消毒池上層疊合加藥間。

4.9 加藥間

（1）功能：用于PAC、乙酸鈣以及次氯酸鈣的投加。

（2）設計參數：設計流量Q=2083m3/ h；PAC 投加量60～100mg/ L；乙酸鈣投加量0～60mg/ L；次氯酸鈣投加量35mg/ L。

（3）工程內容：設加藥間1 座，疊合于接觸消毒池之上，外形尺寸L×B=28.0m×7.0m、H=5.2m，加藥間內設乙酸鈣投加、PAC 投加及次氯酸鈣投加設施共3 部分。PAC 采用10%濃度原液投加，共設置投加泵設6 臺，4 用2備，單臺參數Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每臺泵對應1 個投加點。乙酸鈣采用25%濃度原液投加，共設置投加泵設3 臺，2 用1 備，單臺參數Q=300L/ h、H=30m、N=0.3kW，每臺泵對應1 個投加點。次氯酸鈣采用5%濃度投加，共設置投加泵設3 臺，2 用1 備，單臺參數Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每臺泵對應1 個投加點。

4.10 污泥濃縮池

污泥濃縮池按擴容規模5 萬m3/ d 設計。對剩余污泥進行重力濃縮，使污泥含水率可降低1%～2%，即含固率達到2.0%～3.0%。

（1）功能：對系統排出的剩余污泥和化學沉淀污泥進行初步濃縮，使污泥的含固率提高到2%～3%，減少污泥量，從而減少后續處理規模。同時提供一定的調節容積，保證污水和污泥處理協調。

（2）設計參數：進泥含水率按99.2%計，污泥停留時間12.4 h，濃縮后污泥量含水率97%計。

（3）土建尺寸：圓形鋼結構池體φ17m、H＝5.4m，1座，頂部輕質材料加蓋。

4.11 污泥深度脫水車間

現有污泥脫水車間為利用現狀改造，負責處理一、二、三期剩余污泥，設計規模為11tDs/ d。共設置2 套板框壓濾機，單臺濾布面積為300m2。新建污泥脫水車間總建筑面積約750m2，負責四期及本次擴建工程污泥處理，總規模按干泥量22tDs/ d 設計。共設置2 套板框壓濾機，單臺濾布面積為600m2。

4.12 提升泵房

（1）功能：提升現狀工藝流程，保證快滲池出水順利進入活性焦吸附池，提升泵房與池合建。

（2）設計參數：設計規模6 萬m3/ d；池子1 座，平面尺寸15.0×9.0m。

（3）主要設備：潛水混流泵3 臺，2 用1 備，設備參數Q=1040～1250m3/ h、H=7.0～7.5m、N=30kW，變頻控制。

5 結論

（1）提標工程利用水解酸化池增加填料、增設活性焦吸附工藝等手段，可在不減產、不降標的情況下實現現有設施的提標，并通過減少原芬頓設施的投藥量等措施降低運行成本。

（2）新建工程采用超微分離一體化設備+ 水解酸化+ 合建式改良A2/ O 生化池+ 磁混凝高效沉淀+ 活性焦吸附+ 接觸消毒工藝，用地指標僅為現有處理設施的一半，節地效果顯著。

（3）本工程總投資約1.97 億元，新建擴容工程總成本2.69 元/ m3，經營成本2.01 元/ m3。