某北方建材化工園區(qū)工業(yè)污水處理廠設(shè)計實例與探討

方 浩，陳林倩，陳 辰，歸顯揚

（中材國際水務(wù)科技（合肥）有限公司，安徽 合肥 230088）

建材、化工行業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中的作用越來越大，不僅顯示了我國綜合國力的強弱，也影響著普通人民的生活水平。但其在發(fā)展中也帶來嚴重的環(huán)境問題，尤其是水污染問題愈加嚴重。隨著國家及人民環(huán)保意識的不斷提高，針對環(huán)保行業(yè)的相關(guān)要求及標準也越來越嚴格。建材化工園區(qū)工業(yè)污水具有排放量大、污染物種類復(fù)雜、毒性高等特點，且工業(yè)園區(qū)內(nèi)的各個企業(yè)所使用的污水生化處理工藝基本一致，處于落后狀態(tài)，必須對現(xiàn)有的工藝進行優(yōu)化，將固有的均衡進水和污水大分子結(jié)構(gòu)打亂，使難以降解的有機物轉(zhuǎn)化為易分解的有機物，實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放的目標[1-4]。

本文從某北方建材化工園區(qū)現(xiàn)狀出發(fā)，通過對現(xiàn)有污水處理工藝的分析研究，探討了建材化工園區(qū)工業(yè)污水處理廠出水的處理流程，以期為國內(nèi)其他類似建材化工園區(qū)工業(yè)污水處理廠提供設(shè)計參考。

1 項目簡介

某北方建材化工園區(qū)規(guī)劃建設(shè)污水處理廠一座，用于收集該化工園區(qū)排放的工業(yè)污水。根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，該園區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為建材、電石化工和高新技術(shù)材料。通過對園區(qū)企業(yè)實地走訪和現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)企業(yè)排放的工業(yè)污水量，并考慮一定富裕量，本污水處理廠按照工程近期2 000 m3/d，遠期4 000 m3/d的規(guī)模進行設(shè)計。

2 處理工藝

2.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

本污水處理廠進水為園區(qū)內(nèi)企業(yè)循環(huán)排污水等工業(yè)生產(chǎn)性排放水，處理后出水主要回用于企業(yè)工業(yè)用水及道路澆灑、綠化用水。因此，本工程污水處理后出水應(yīng)當同時滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》及《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》。通過以上水質(zhì)標準對比，同時遵從出水水質(zhì)從嚴的原則，本污水處理廠設(shè)計進出水水質(zhì)、處理程度如表1所示。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)及處理程度

2.2 工藝選擇

2.2.1 預(yù)處理工藝

本工程考慮到污水來源主要為企業(yè)循環(huán)排污水，屬于清凈下水，硬度、TDS 較高，SS 較低，水質(zhì)水量波動較大，因此，預(yù)處理段主要設(shè)置粗格柵、提升泵房用于攔截漂浮物和原水提升，但考慮到沿線管線會有部分小塊頭的漂浮物和小顆粒的砂礫進入管網(wǎng)系統(tǒng)，因此，格柵僅設(shè)置細格柵去除中途進入管網(wǎng)的小而輕的漂浮物，同時設(shè)置平流式沉砂池去除污水沉砂；設(shè)置均質(zhì)調(diào)節(jié)池用于均化水質(zhì)、水量；為了確保污水廠能儲存事故水，根據(jù)環(huán)評要求需設(shè)置事故儲存池；循環(huán)排污水除鹽處理前，除了格柵、沉砂及均質(zhì)調(diào)節(jié)外，還需降低水中硬度、膠體、SS等污染物，常用降低水中硬度的設(shè)施有高效沉淀池，預(yù)處理工藝為混凝、沉淀、過濾。

2.2.2 石灰軟化工藝

石灰軟化工藝主要有混凝反應(yīng)沉淀池、高效沉淀池（高密度澄清池）等。

傳統(tǒng)混凝沉淀池通常采用機械攪拌混凝+絮凝攪拌機+斜板/斜管沉淀池。高效沉淀池是將反應(yīng)、斜管沉淀、澄清綜合為一體的水處理構(gòu)筑物，同時配以外部污泥回流和外部投藥混合組成的一個完整的凈水系統(tǒng)。

相較于傳統(tǒng)混凝沉淀池，高密度澄清池占地面積小，對進水水質(zhì)適應(yīng)能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理效果好，操作簡單，藥劑用量節(jié)約，故結(jié)合進水水質(zhì)及現(xiàn)場運行管理情況，本工程采用高效沉淀池（高密度澄清池）。

2.2.3 軟化、除堿度工藝

軟化、除堿度分為藥劑軟化法和離子交換軟化法。

由于離子交換軟化法需預(yù)先除去碳酸氫鹽使水硬度減小，不能直接用Na型陽離子交換法對水進行軟化，而石灰-純堿軟化法適用于硬度高、堿度低，即永久硬度高的水。石灰用以降低水的碳酸鹽硬度，純堿用于降低水的非碳酸鹽硬度，且無再生廢液，排污僅為污泥沉淀，可與混凝沉淀同時進行；石灰+純堿價格低，投加量小，運行成本低，操作簡單，沒有繁瑣的再生過程等。結(jié)合北方建材化工園區(qū)特點，本工程采用石灰+純堿藥劑投加法。

2.2.4 脫鹽工藝

目前常用的脫鹽技術(shù)主要有離子交換、電滲析、電吸附、反滲透技術(shù)等。根據(jù)本工程水質(zhì)情況及特點，雙膜法更為適合。采用膜法脫鹽工藝具有相對投資低，運行成本合理，工藝更成熟穩(wěn)定，且出水水質(zhì)好，長期可以改善循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)，提高循環(huán)水系統(tǒng)濃水倍率，減少排污等特點。所以本工程推薦反滲透作為脫鹽工藝。

2.2.5 污泥處理工藝

考慮到本項目的污泥來自于高效沉淀池，但鑒于高效沉淀池具有污泥重力濃縮功能，同時，污泥屬于無機化學(xué)污泥，含水率為98%左右，因此，本項目不單獨設(shè)置濃縮功能的處置設(shè)施。

從脫水設(shè)備部分配置、進泥含固率要求、脫水污泥含固濃度、運行狀態(tài)、操作環(huán)境、脫水設(shè)備占地、沖洗水量、實際設(shè)備運行需調(diào)換磨損件等方面比較分析，本項目選擇脫水效果最好的板框壓濾機作為污泥脫水方案。

2.3 污水處理系統(tǒng)工藝流程

經(jīng)綜合分析，結(jié)合占地面積、運營管理、基建投資、運營成本等因素，園區(qū)污水處理總體工藝流程組成：預(yù)處理（格柵、提升+沉砂+均質(zhì)調(diào)節(jié)、事故調(diào)節(jié)+石灰軟化設(shè)施）+過濾器+自清洗過濾器+UF裝置+RO裝置。

本工程污水處理工藝流程如下：

各股廢水通過重力流進入格柵及提升泵站，經(jīng)泵提升方式進入沉砂池，將粗重砂沉淀去除，出水進入原水調(diào)節(jié)池進行勻質(zhì)，經(jīng)過高效沉淀池（高密度澄清池）降低硬度（由于中水進水硬度及含鹽量經(jīng)過濃縮后都很高，不利于直接用反滲透除鹽。考慮中水的硬度和堿度較高，采用石灰乳+碳酸鈉投加裝置去除硬度）；同時投加適量的殺菌劑，降低水中的COD及微生物，同時加入適量的混凝劑增強混凝沉淀效果，以去除水中的懸浮物。高效沉淀池出水自流進入中間水池，經(jīng)泵提升至石英砂過濾器，出水進入濾后水池，濾后水經(jīng)提升泵提升進入自清洗過濾器，自清洗過濾器作為超濾裝置的保安過濾器，進一步去除水中懸浮物，以保證滿足超濾裝置的進水水質(zhì)。經(jīng)過自清洗過濾器處理后水進入超濾裝置，進一步去除水中的懸浮物、膠體、微生物以及大分子有機物，保證出水濁度≤1.0 NTU，SDI≤3，出水進入超濾產(chǎn)水池。超濾設(shè)備的濾后水經(jīng)超濾水泵提升進入管道混合器，與酸加藥設(shè)備送來的酸、阻垢劑加藥設(shè)備送來的阻垢劑、還原劑加藥設(shè)備送來的還原劑進行混合反應(yīng)，以調(diào)整pH值，還原多余的氧化劑及進行阻垢穩(wěn)定處理，出水進入5 μm 保安過濾器，去除5 μm 及以上直徑顆粒，并經(jīng)RO 高壓泵注入反滲透設(shè)備，進行反滲透脫鹽處理。反滲透處理的出水進入反滲透產(chǎn)水池，最后經(jīng)泵加壓送至循環(huán)水補水點及其他用水點。

反滲透濃水排入濃水池，經(jīng)外排泵送至園區(qū)企業(yè)進行拌灰。高效沉淀池的泥渣水經(jīng)泥渣提升泵送至污水處理站污泥脫水間進行脫水處理。

生產(chǎn)過程中需對超濾和反滲透設(shè)備進行維護、清洗。設(shè)置化學(xué)清洗設(shè)備、酸加藥設(shè)備、堿加藥設(shè)備對超濾和反滲透設(shè)備進行清洗，以保持膜的正常通量。

主要工藝流程圖如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 工藝設(shè)計

3.1 污水處理系統(tǒng)

（1）粗格柵及提升泵站。格柵井1座，為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸10 m×6.9 m，深7.5 m，配置回轉(zhuǎn)式格柵2 臺（1 用1 備）、無軸螺旋輸送機1 臺、附壁式手動閘門4 臺，污水提升泵（潛污泵）3 臺（2 用1 備）；提升泵站1座，為地上式框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸10 m×7.3 m，高5 m，配置電動單梁懸掛起重機1 套。主要用于去除來水中較大的雜物。

（2）沉砂池、原水調(diào)節(jié)池、酸堿廢水池、事故池（合建）。地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1 座，其中沉砂池平面尺寸5.9 m×0.7 m，有效水深0.4～0.5 m，配置排砂潛污泵1臺，主要將污水中無機砂粒進行沉降并排砂；原水調(diào)節(jié)池，平面尺寸7.15 m×9.5 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，停留時間為4.3 h，配置潛水攪拌器1臺、污水提升泵（潛污泵）3臺（2用1備），主要對來水進行均質(zhì)調(diào)節(jié)；酸堿廢水池，平面尺寸4.5 m×4.5 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，配置雙曲面攪拌機1 臺，主要用于儲存膜車間酸堿廢水；事故池，平面尺寸12.0 m×14.0 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，停留時間8 h，配置潛水攪拌機2臺、事故水提升泵（潛污泵）2臺（1用1備）。主要用于儲存事故狀態(tài)下的污水和處理不達標的出水。

（3）預(yù)處理車間。地上式框架結(jié)構(gòu)1座，平面尺寸21 m×12 m，建筑高度7.2 m，地上一層。配置高效沉淀池成套設(shè)備1 套，處理水量為104 m3/h，主要設(shè)計參數(shù)：快混時間60 s，絮凝反應(yīng)時間12 min，沉淀區(qū)液面負荷14 m3/m2·h，設(shè)混合攪拌機2臺，絮凝攪拌機2臺，中心傳動刮泥機2 臺，污泥泵（螺桿泵）3 臺（2 用1 備），斜管；PAM 制備投加裝置1 套；混凝劑投加裝置1 套；石灰儲存投加裝置1套；碳酸鈉儲存投加裝置1套；電動單梁懸掛起重機1套。主要用于對來水進行初步處理，降低SS和部分COD。

（4）膜處理車間。地上式框架結(jié)構(gòu)1座，平面尺寸40 m×20 m，建筑高度7.8 m，地上二層。預(yù)處理單元配置原水提升泵3 臺（2 用1 備）、石英砂過濾器3 臺、過濾器反洗水泵2臺；超濾UF單元配置濾后水提升泵3臺（2用1備）、網(wǎng)式自清洗過濾器2套、超濾膜組器2臺、濾后水提升泵2 臺、超濾反沖洗管道混合器1 只、UF 化學(xué)清洗設(shè)備1套、次氯酸鈉加藥系統(tǒng)1套、電動單梁起重機1臺、超濾反洗CEB 加堿系統(tǒng)1 套、超濾反洗CEB 加酸系統(tǒng)1 套；反滲透單元配置反滲透進水泵3 臺（2 用1 備）、進水管道混合器1套、一級反滲透保安過濾器2臺、一級反滲透高壓泵2臺、一級反滲透裝置2套、反滲透段間增壓泵2臺、反滲透沖洗泵1臺、次阻垢劑溶液投加設(shè)備1套、還原劑溶液投加設(shè)備1套、殺菌劑溶液投加設(shè)備1套；回用水池系統(tǒng)配置回用水泵2臺；濃水收集系統(tǒng)配置濃水輸送泵2 臺；酸儲罐（V=5 m3）1 臺、堿儲罐（V=5 m3）1臺、卸酸泵1臺、卸堿泵1臺、酸霧吸收器1臺、噴淋洗眼器1臺。主要用于對來水進行深度處理，使之達標。

（5）中間水池、濾后水池、超濾產(chǎn)水池、RO濃水池、清水池。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)1 座，平面尺寸34.25 m×4.8 m，深4.5 m。主要用于儲存各種產(chǎn)水。

3.2 污泥處理系統(tǒng)

針對本項目的使用情況，污泥主要為高效沉淀池的化學(xué)污泥和少量進水帶來的無機污泥，本污水廠處理過程中產(chǎn)生的干污泥量為0.85 t/d，含水率98%～99%的濕污泥量為42.5～85 m3/d，該部分污泥經(jīng)過調(diào)理后，再經(jīng)污泥脫水機脫水到含水率60%的泥餅，送至填埋場填埋。

污泥脫水間。地上式框架結(jié)構(gòu)1座，平面尺寸14.0 m×10.0 m，高度12 m，地上二層。配置板框壓濾機1套、空壓機系統(tǒng)1套、壓榨水箱及壓榨水泵1臺、濾布清洗系統(tǒng)1套、污泥泵（螺桿泵）2臺、鐵鹽儲存投加裝置1套、電動單梁懸掛起重機1套。

4 運行效果

本污水處理廠改造完成后，運行效果穩(wěn)定。實測平均進出水水質(zhì)情況見表2。從表2 可以看出，實測平均出水水質(zhì)滿足設(shè)計出水水質(zhì)標準。

表2 實測進、出水水質(zhì)

5 結(jié)論

本項目結(jié)合建材化工園區(qū)排水特點及業(yè)主對出水的水質(zhì)要求，合理選用污水處理流程，采用預(yù)處理（格柵、提升+沉砂+均質(zhì)調(diào)節(jié)、事故調(diào)節(jié)+石灰軟化設(shè)施）+過濾器+自清洗過濾器+UF 裝置+RO 裝置，污泥處理采用污泥濃縮、調(diào)理+板框壓濾脫水，處理后的出水同時滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》及《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》，可為國內(nèi)其他類似建材化工園區(qū)工業(yè)污水處理廠提供設(shè)計參考。