工業園區污水處理廠的工程設計實踐—以云南某工業園區污水處理廠為例

陳 潔，陳 鑫，楊廣萍，丁曉濤，楊 李，鄧 鑫

（1. 云南省市政工程質量監督站，云南 昆明 650228；2. 云南省生態環境科學研究院，云南 昆明 650032；3. 云南湖柏環保科技有限公司，云南 昆明 650228；4. 云南省設計院集團有限公司，云南 昆明 650228；5. 臨滄工業園區創業服務中心，云南 臨滄 677000）

0 引言

隨著我國工業化進程加快，各地為了有效整合各方資源，相繼建立起眾多工業園區。隨之而來的園區內污水處理問題也亟待解決[1]。由于不同工業園區內產業種類不同，且園區內污水混合了生活污水與工業廢水，水質種類不穩定，針對不同園區要做針對性處理[2]。

目前針對工業園區污水處理廠的工程案例也較多，如天津某工業園污水處理廠提標改造工程設計實例中，采用BARDENPHO生物池 +深床濾池+臭氧高級催化氧化工藝[3]；山東省某工業園污水處理廠改擴建工程設計，采用初沉池+A2O+二沉池+混凝沉淀+纖維轉盤濾池工藝[4]；某工業園污水處理廠工程設計案例中，采用水解酸化池+A2/O工藝+反硝化濾池+紫外線消毒處理工藝[5]。以上污水處理廠的設計均對自身工業園區污水特征進行系統分析，并最終選擇合適的污水處理工藝，使污水處理廠達標排放并穩定運行。

而本項目的園區污水處理廠主要處理生活污水和生物特色加工產業生產廢水，經過收集環評資料分析發現本園區內污水進水水質BOD5/CODCr＝0.62，具有較好的可生化性[6]，二級處理可以采用與生活污水理廠相同工藝進行處理，經過工藝對比后采取水解酸化池+CASS 工藝+絮凝沉淀+濾布濾池+紫外消毒的工藝路線。

1 工程概況

本項目的工業園區主要產業為：小企業孵化基地、研發產業基地、城市綠化資源基地、特色居住和健康療養產業、小企業創業發展基金和融資擔保公司、手工藝產業（文化產品和創意產品）、創意產業、生態食品深加工產業，產生的生活污水和工業廢水水質成分較為接近。

新建工業園區污水處理廠的設計規模為近期（2025年）5000 m3/d，遠期（2030年）10000 m3/d。按照水廠遠期規模一次性征地進行規劃，共征地16.33 hm2。污水處理工藝采用二級生物處理+深度處理，為CASS工藝聯合絮凝、沉淀、過濾工藝，出水水質標準執行《GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準。污水處理廠于2020年建成，2021年8月進行了初驗，至目前為止污水處理廠水量、水質等指標均符合設計要求，運行基本穩定。

2 設計過程

2.1 設計規模的確定

設計規模根據工程服務范圍來確定，本項目的工程服務范圍如圖1所示。

圖1 工業園區規劃圖

圖1為工業園區規劃圖。其中：①區為生物特色（加工）產業園區，屬于在建設區，距離工業園區擬建污水處理廠地點距離較近，因此將①區產生的污水納入近期服務范圍內。②區為農田和村莊，目前無污水管網。該區域村落散亂，產生的少量生活污水基本進入農戶自建化糞池或農田中，近期無法集中收集。同時根據工業園區的建設規劃及建設時序，②區不在近期建設范圍內，因此不考慮將②區納入本污水處理廠近期服務范圍，遠期將②區納入本污水處理廠服務范圍。③區為待開發區，部分污水管網已建設完成。④區為建成區，污水管網基本建設完成。目前③④區產生的污水已通過現狀污水干管收集，排入主城區污水處理廠。但是根據《云南省環境保護廳云南省工業和信息化委員會關于請加快推進省級以上工業園區水污染集中治理的函》（云環函【2018】61號）的要求，工業園區需單獨建設污水處理設施，工業園區內的污水不能進入主城區污水處理廠進行處理，因此③④區產生的污水應納入擬建的污水處理廠進行處理。本工程考慮通過近期新建污水干管，待擬建污水處理廠建設好后，將③④區產生的生活污水接入擬建污水處理廠。

綜上所述，工程近期服務范圍為①③④區，遠期服務范圍為①②③④區，近期服務面積5.06 km2，遠期服務面積8.50 km2。

根據《GB 50013—2006室外給水設計規范》（2016版），云南省中小城市人均日生活用水量為110~180 L/人·d。結合工業園區的實際用水情況，人民生活水平的不斷提高及居住條件的改善，用水量標準將會有所提高，因此本項目取日平均生活用水指標：近期（2025年）為130 L/cap·d，遠期（2030年）為160 L/cap.d。污水總量可按供水總量一定的比例預測，國內城市一般取80%~90%，根據建筑內部給排水設施水平、排水系統普及程度和工業園區發展程度等因素確定，近期污水定額按用水定額的80%計取，遠期污水定額按用水定額的85%計取。近期、遠期工業用水量根據工業用地面積測算，在工業園區總體規劃中，本項目范圍內近期工業用地面積130 hm2，遠期工業用地面積為210 hm2。《城市給水工程規劃規范》中工業用地用水量指標為30~150 m3/(hm2·d)，本項目取50 m3/(hm2·d)，工業廢水量按工業用水量的20%計取。污水量預測結果見表1。

表1 污水規模預測表

由污水量預測結果可知，工業園區污水處理廠服務范圍內近期污水量為5036.32 m3/d；遠期污水量為10164.80 m3/d。結合實際，考慮污水收集情況及近、遠期規模的合理配置，本項目污水廠建設規模確定為：近期（2025年）5000 m3/d，遠期（2030年）10000 m3/d。

2.2 進出水水質的確定

項目為新建項目，在規劃區內采用的排水體制為雨污分流制。

2.2.1 進水水質確定

污水處理廠近期處理的污水分兩個來源，一部分是生活污水，近期約3700 m3/d，另一部分是工業廢水，近期約1300 m3/d。在確定進水水質的時候，應采取分類討論的方法，然后再對兩種水質按水量進行加權平均確定。

2.2.1.1 生活污水水質分析

污水處理廠生活污水進水水質擬通過當量負荷法及類比法進行推測。

（1）當量負荷法

以生活污水為主，按《GB 50014—2006室外排水設計規范》（2014版），有關指標可用折合當量法計算，公式為：

式中：As—已知每人每天的污染物克數；Qs—人均綜合排水指標。

考慮到工業園區目前的城市化水平較低，人均污染物量按《GB 50014—2006室外排水設計規范》（2014版）取低值：

據此預測污水主要水質指標見表2。

表2 生活污水主要水質指標預測 (mg/L)

（2）類比法

云南省部分城市污水水質見表3.

表3 云南部分城鎮污水水質表 （mg/L）

工業園區生活污水進水指標參考云南省其它類似城鎮的相關資料，并結合工業園區生活污水主要水質指標預測值，再結合工業園區實際情況，考慮一定的設計余量，本項目生活污水進廠水質設計取值見表4。

表4 工業園區生活污水設計進水水質 （mg/L）

2.2.1.2 工業廢水水質分析

通過收集到的工業園區相關資料分析，本園區的生產廢水包括生物資源萃取加工、堅果深加工、茶葉加工倉儲交易、生物醫藥等產業的生產廢水。以上行業產生的廢水污染物主要為CODCr、SS、氨氮和總磷，與生活廢水成分較為相似，可生化性較好，以上企業生產廢水約占園區污水處理廠設計總水量的30%。根據園區規劃環評要求，工業園區內工業廢水經自行處理后，必須滿足《GB/T 31962—2015污水排入城鎮下水道水質標準》要求才能排入城市市政管網。因此，本項目工業廢水水質按照《GB/T 31962—2015污水排入城鎮下水道水質標準》的上限進行取值分析，由于本污水處理廠擬采用二級生物處理，所以經處理后的工業廢水排入下水道進而進入污水處理廠的進水水質上限采用（GB/T 31962—2015）中B級，見表5。

表5 工業廢水進入污水處理廠的主要設計進水水質（mg/L）

2.2.1.3 最終進水水質的確定

最終進水水質采用對生活污水及工業廢水水質確定各自的水量，進行加權平均后，即可得到污水處理廠污水最終進水水質，見表6。

表6 工業園區廠污水處理廠近期最終設計進水水質（mg/L）

2.2.2 出水水質的確定

根據相關政策要求及當地水環境質量標準要求，本污水處理廠污水排放標準執行《GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級標準的A標準，見表7。

表7 污水處理廠設計出水水質 （mg/L）

2.3 污水處理工藝的確定

根據污水處理廠進水水質和出水水質的要求，進水BOD5/CODCr＝0.62，具有較好的可生化性，可以采用生化處理方法去除。由于本項目為工業園區污水處理廠，需處理一部分達標排放進入下水道的工業廢水，進水水質上可能具有較大的不確定性，因此在生化池前端考慮增設一組水解酸化池，用來調節水質和水量。

生化池段通過對CASS工藝與A2/O工藝的對比分析，確定CASS工藝為推薦的生化工藝，對比情況表見表8。

表8 CASS工藝與A2/O工藝基本情況和性能對比表

基本常用的深度處理工藝如下：

（1）工藝方案一：二級出水+消毒

（2）工藝方案二：二級出水+微絮凝過濾+消毒

（3）工藝方案三：二級出水+混凝沉淀+過濾+消毒

（4）工藝方案四：二級出水+混凝沉淀+活性炭吸附+過濾+消毒

在實際運行過程中可根據污水處理廠二級處理出水與深度處理水質要求進行調整。根據污水處理廠需要達到《GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級標準A標準的要求，深度處理工藝選擇工藝方案三，工藝流程見圖2。

圖2 深度處理工藝流程圖

根據上述分析，生化段和深度處理段最后確定下來的污水處理工藝流程見圖3。

圖3 污水處理工藝流程圖

2.4 主要構筑物設計參數

（1）粗格柵

設計流量：最大時流量Q=16000 m3/d＝0.185 m3/s，過柵流速：vmax=0.8 m/s，柵條間距：b=20 mm，柵前水深：H=0.6 m，通過機械清除裝置不斷循環把柵渣送到無軸螺旋脫水輸送機上，由定時器控制自動運行，柵渣送到柵渣壓榨機進行脫水處理后外運。

（2）提升泵房

設計流量：最大時流量Q=16000 m3/d＝0.185 m3/s，潛污泵3臺，2用1備。泵房內設1臺起重量1T的電動葫蘆，便于設備安裝和維修。

（3）細格柵

設計流量：0.5萬m3/d一組，過柵流速：vmax=1.0 m/s，柵條間距：b=5 mm，柵前水深：H=0.6 m，通過機械清除裝置不斷循環把柵渣送到無軸螺旋脫水輸送機上，由定時器控制自動運行，柵渣送到柵渣壓榨機進行脫水處理后外運。

（4）旋流沉砂池

設計流量：0.5萬m3/d一組，最大水力表面負荷：200 m3/m2·h，水力停留時間：30 s。旋流沉砂池共設兩座，直徑2.43 m，池深1.4m，砂斗直徑1.00 m，砂斗深度3.20 m。

（5）水解酸化池

設計流量：分兩組，一組近期0.5萬m3/d，一組遠期0.5萬m3/d，水力停留時間：4 h。近期建水解酸化池一組，共兩座，每座平面尺寸為20.0 m×11.0 m×4.5m。每座水解酸化池內設3臺水下攪拌器，功率4.0 kW。

（6）CASS反應池

設計流量：0.5萬m3/d一組，每組兩格，每格規模0.25萬m3/d。設計污泥負荷：2300 kg/d，正常循環周期：4.0 h，污泥濃度MLSS：3000~5000 mg/L，平均水力停留時間：HRT=15.01 h，泥齡：20.55 d，設計需氧量：1.51 kgO2/kgBOD5，總曝氣量：1704.00 m3/h，總曝氣時間：12 h/d，剩余污泥量：110 m3/d(稀污泥，含水率99.3%)，有效水深：4.50 m(從池底上計)。

（7）絮凝沉淀池

本污水處理廠的機械絮凝池與斜管沉淀池采取合建的方式，對二級生物處理后的進水進行絮凝沉淀處理。

①機械絮凝池

絮凝時間：19.35 min，總有效容積：70.56 m3，機械絮凝池分3格，每格設攪拌機1 臺，功率依次減小，分別為0.55 kW、0.37 kW、0.25 kW，攪拌機槳板邊緣線速度依次為0.5 m/s、0.35 m/s、0.2 m/s。

②斜管沉淀池

表面水力負荷：2.16 m3/h·m2，沉淀池有效系數：0.95，清水區面積：108 m2，斜管安裝傾角：60o，沉淀池池底設排泥斗，每個排泥斗底部單獨設置排泥管，采用電動排泥閥定時排泥。

（8）濾布濾池

設計流量：Q=5250 m3/d=218.75 m3/h，設計濾速：5 m/h，有效過濾面積：43.75 m2，單套有效過濾面積為2.0 m2，濾池反沖洗周期：1 h。

（9）污泥池

剩余污泥量：110 m3/d，含水率99.3%，停留時間：16 h，污泥池平面尺寸5.2 m×5.2 m×5.0 m，有效水深4.5 m。

3 工程建成后的效果

本污水處理廠從設計到施工完成后初驗經歷了兩年多的時間，目前污水處理廠運行基本正常，污水處理廠總體布置見圖4。

圖4 污水處理廠總體布置圖

在總體布置圖中西側預留了遠期用地，廠區道路布置形成環狀，廠區有兩個進出口。

建設過程污水處理廠的影像圖像見圖5。

圖5 建設過程中的污水處理廠影像圖

從影像圖上可以看出，除了污泥處理設施、消毒出水設施及在線監測設施沒有建成外，近期建構筑物基本上已初具規模，為污水處理廠的下一步運營提供了條件。

4 結語

4.1 設計特點

（1）進水水質的確定：一是通過收集工業園區相關法定性資料如環評資料等，來確定工業廢水的水量水質；二是通過對工業園區的生活污水和工業廢水進行定量分析，來最終確定進水水質各項指標，為后續采用的污水處理工藝提供依據。

（2）污水處理工藝的確定：由于分析得到的BOD5/CODCr數據較好，表明工業園區收集的污水具有較好的可生化性，因此在確定污水處理工藝時采用了與生活污水常用的二級生物工藝—CASS工藝作為工業園區污水處理廠的主要工藝。

（3）雖然采用了CASS工藝作為工業園區污水處理廠的主要工藝，但是考慮到本污水處理廠是工業園區的污水處理廠，工業廢水的水質具有一定的不確定性，因此在CASS反應池前增加了水解酸化池用來調節水質水量。同時在CASS反應池內增加回流泵，將一部分污泥回流到水解酸化池，以增加脫氮除磷效果。

4.2 設計不足及關注問題

雖然本污水處理廠的工程初步驗收已經通過，但是在環保專項驗收時，發現了本次工業園區污水處理廠存在著一些設計上考慮的不足及以后設計工作中需要關注的問題：

（1）工業園區的污水處理廠在環保驗收時中要求污泥儲存處理的工藝部分需要設置集中除臭設施，不能有臭氣外排現象。本污水處理廠的污泥在進行常規脫水后，再通過污泥干化場自然風干，使污泥含水率降低至60%以下，但原設計上未采取除臭措施，因此需要增設污泥干化場除臭措施。

（2）根據環評中有關地下水保護的要求，工業園區污水處理廠周邊需要設置地下水監測井對地下水進行監測。而在工業園區污水處理廠設計時，一般設計單位會忽略此問題，需要加強對該設計項的關注。

（3）在生活污水處理廠設計時，設計單位一般不會考慮廠區內事故池的設置，但是在工業園區污水處理廠設計時，由于有部分工業廢水進入污水處理廠，因此需要考慮設置事故池，用于存放事故工業廢水，待事故處理完后，再將事故池內廢水進行處理。這點在以后相似的設計項目中需要格外注意。