基于五万吨工业污水处理厂项目的工艺设计研究

陈 花

（苏伊士（上海）环境服务有限公司，上海 200070）

目前我国各地工业园区数量及规模都呈现逐年增加的趋势，工业园区生产行业类别繁多，各类生产工艺不尽相同，致使废水污染物成分比较复杂，水质变化巨大，尤其对于农药、医药、染料等行业的尾水处理可生化性差。因此，加强污水处理厂工艺设计，提高园区管理运行势在必行。污水处理厂建设和运行需要耗费大量投资费用，且受到诸多因素的影响和制约，如何从工艺方案设计上来提高污水处理厂运行效率，降低投资费用就成为了相关设计人员必须要考虑的问题。在工艺方案设计时，必须要基于工业园污水排放水量、水质等现状问题，选择切实可行而又经济合理的处理工艺方案，通过不断优化工艺设计，在保证出水水质满足规定的前提下，最大限度地兼顾运行灵活性与经济性，

1 项目概况

本项目为某地经济开发区污水处理及生态环境提升PPP项目工业污水处理厂工程，本项目相关联污水处理厂现状工业污水水质可生化性差，随着园区内各企业积极推进生产工艺优化措施，TN浓度逐步得到控制，但仍有部分特征污染物超标。为了园区的持续发展，满足国家政策及当地政府相关要求，当地管委会急需新建一座工业污水处理厂，新建工业污水处理厂设计规模为5万m3/d，其中预处理单元设计规模8 000 m3/d。

2 园区工业污水水量、水质现状分析

2.1 现状污水水量、水质情况

对园区中排量较大的企业排放污水进行实地调研、取样分析，其具体水量如表1所示，这些企业主要涉及化工、医药中间体和颜料等行业，主要包括苯、甲苯、苯胺类、总氰化物、甲醛、阴离子表面活性剂等特征污染因子。

表1 工业园部分企业实际纳管污水水质、水量统计

2.2 现状污水水质分析

本次新建污水处理厂项目污水来源广、水质水量复杂、冲击负荷难以避免，在工艺设计和运行管理上都存在较大难度。由于园区入驻企业100余家，企业种类繁多，污染物包含原料、产品、中间产物和副产物混合后的未知化学反应，有机物成百上千种，部分大水量大负荷企业生产变化、产品季节变化、市场需求变化，都将对污水厂运行带来冲击。其次，经过预处理后的上游企业排水中难降解有机物含量高，污水可生化性差，TDS含量高、污泥活性受抑制；进水标准中虽然对特征污染物做了限定，但仍有部分时间特征污染物超标。在对企业污水数据进行梳理、大水量高负荷企业进行调研，并对部分企业污水进行取样和试验后，根据水样测试结果，分析了各主要污染物的可处理性，确定难降解COD为本项目的重点。因此，本项目工业污水处理厂根据水量、水质分析现状，了解超标原因，协调排污企业对污水进行及时调整，并结合实际，根据试验情况制定工艺设计方案，以满足污水处理厂废水处理指标要求。

3 污水处理工艺设计目标

本项目新建污水处理厂服务范围为园区内工业废水、生活污水及城区生活污水和少量工业废水，工业废水主要为工业园区近期服务范围内企业废水。工艺方案设计中应基于相关标准规定，综合考虑设计规模、污水水质特征、当地实际条件等从整体优化设计，选择先进、可靠、成熟的工艺技术与设备，确保出水水质与排放规定要求相符。本项目处理工艺采用强化预处理，生化+深度处理和尾水深度处理提升装置相结合的工艺，在工艺设计中对碳源投加进行了考虑，以此满足反硝化对碳源的要求；其次，根据对工业园区内精细化工企业污染物分析，污水处理必须结合统计分析及园区统一规定，对工业污水进水水质和出水水质进行设计，并在实施过程中考虑上游企业发展与排污情况，对接管标准进行调整与优化；以及按照当地对污水处理厂污染物排放规定，对废水经过深度处理。此外，工艺设计应从经济角度进行考虑，尽可能保证可靠运行、方便管理的前提下，减少投资与运行费用，以满足项目建设整体效益。

4 工艺设计要点

4.1 预处理工艺设计

（1）由于园区内精细化工企业排水特征污染物种类复杂，废水中有如硝基化合物、有机氮化合物、卤素化合物、芳香烃化合物等有毒有害物质较多，故采用生化处理难以降解。预处理工艺设计对芬顿、臭氧和活性炭吸附等三种工艺进行比较，如表2，活性炭预处理去除率高，并考虑到投资、运行及操作便利性，其投资成本居中、运行成本低，性价比最高，故结合设置活性炭吸附进行预处理。

表2 三种预处理工艺设计比较

（2）活性炭吸附装置采用双向流颗粒活性炭吸附池，池内两个吸附功率单元都有支撑颗粒活性炭层的带有滤头的滤板，污水由上流方式通过第一个单元，再以下流方式通过第二个吸附过滤单元，经过双向吸附的活性炭吸附污染物饱和度高，使吸附过滤出水水质得到进一步保证。同时，前端设置的活性炭预处理与后端设置的臭氧具有协同作用，可确保污水处理稳定。活性炭吸附前应设置高效沉淀池+V型滤池，可使污水进入活性炭吸附装置前对水中悬浮物进行处理，再结合深度处理单元工艺，使活性炭吸附效率大大提高。

4.2 生物处理工艺设计

（1）生物处理是污水处理厂的核心，本项目生物处理单元不考虑除磷功能，选择具有脱氧功能的生物处理工艺。目前污水处理生物脱氮工艺基本是在传统生物处理工艺上进行的改良。本次生物处理工艺对三种方案进行了对比，A/O改良工艺、MBR工艺与改良的Carrousel氧化沟工艺。从脱氮、抗冲击能力和占地面积方面来看，MBR工艺投资运行费用最高，而Carrousel氧化沟脱氮能力较弱，A/O改良工艺具有综合优势，故本项目采用A/O改良工艺方案，并采用搅拌曝气一体机，主要是因工业污水水质情况复杂，含盐量高，对出水水质要求也很高，而采用搅拌曝气一体机具有污水处理系统的稳定性优势。

（2）A/O改良工艺主要包括前置反硝化区、好氧区、脱气区。生物污泥在生物系统内与污水紧密接触，污泥中已经同化的高效微生物对水中的污染物首先吸附，之后利用氧降解好氧生物，污染物被转化为水与二氧化碳，并有新微生物产生，进而使水质得以净化。同时，对碳污染去除外，还应进行硝化和反硝化处理，以此实现氮的去除。氨氧由高专属性微生物群进行氧化，整个硝化反应为NH4++2Q2＞NO3-+H2O+2H+。硝化过程会产生酸，需要消耗碱度促进正常反应，并维持硝化反应所需的pH值；采用硝酸盐作为电子受体，对有机物进行氧化，将硝酸盐还原为气态氮。脱气区是通过机械搅拌或曝气脱气，释放水中溶解的气体，保证后续二沉池良好的固液分离结果，根据进水污染物负荷、曝气需求量情况选择曝气、搅拌两种运行工况，以此提供完美的悬浮和均化效果，并可供溶解氧。

4.3 深度处理工艺

（1） 为 了 进 一 步 降 低 CODcr、BOD5、SS、TN、TP等污染指标，本项目通过深度处理单元对二级处理进行后续处理。本项目深度处理选用两台工艺进行对比，①方案一：高效沉淀池+V型滤池+提升泵房+臭氧接触池+脱碳生物滤池；②方案二：芬顿高级氧化+高密度澄清池+提升泵房+脱碳生物滤池。本项目采用方案一，其具有耐冲击性强、污泥产量低、不增加尾水盐分，且相对容易管理的特性。

（2）高效沉淀池可有效缓冲来水水质和水量负荷变化，确保出水水质，去除大部分悬浮及胶体状污染物。高效沉淀池由三个单元组成，即反应、预沉-浓缩、斜管分离。反应池内的导流筒将反应池分为两部分，导流筒内部絮凝速度快，外壁和混凝土池壁间絮凝速度慢，可使矾花均匀、密实地快速进入预沉区；矾花在预沉区速度放缓，预沉区因面积较大，大部分悬浮固体在该区沉淀并浓缩，浓缩区设有锥型浓缩刮泥机，以收集浓缩区污泥，部分浓缩污泥由锥形循环筒送至反应池入口，部分抽出排至污泥处理单元；斜管沉淀区将矾花残余去除，其机械强度与物理性能确保管内污泥顺利下滑，经斜管分离区澄清后的水由一个收集水槽系统进行收集，矾花最终堆积在沉淀池下部的浓缩区，形成的污泥在该区域进行浓缩。高效沉淀池出水被引入过滤单元，之后进入配水渠，在滤池之间进行均匀配水。

（3）由于工业污水单独进行生化处理以后，出水不能满足相应排放标准，因此，还应经过深度处理。本项目采用臭氧双氧水协同氧化工艺，简单改进常规臭氧处理单元，依靠投入H2O2加速臭氧分解产生高活性羟基自由基，从而有效提高降解有机物的处理效果。通常将臭氧工艺与好氧生物滤池工艺组合使用，以此可确保出水悬浮物与CODCR达标。脱碳生物滤池是基于传统V型滤池所开发的细粒陶粒滤料的好氧生物滤池，在设计时应对最高设计滤速度进行控制，以此确保出水稳定达标。

5 结束语

综合上述，企业园区化快速推进使得污水排放量不断增加，污水处理问题受到更加广泛关注，污水处理任务艰巨。本项目从污水水质、水量变化入手，以工艺设计为基础，组织讨论项目的关键点、进度、工作分工，并配合可行性研究报告、环境影响评价、初步设计和详细设计过程中的技术澄清，根据前期对园区企业排出水质与水量分析，在设计中采取多级去除难降解COD的工艺段，包括预处理活性炭滤池、生化反应池、臭氧接触池、生物滤池和深度处理活性炭吸附；同时，部分企业也根据行业间接排放要求设置预处理设置，上游企业特征污染物可以满足行业排放限值，并对来自于医药、农药、染料行业的废水单独设置预处理线进行处理，通过完善的工艺线路设计确保设计工艺达到排放标准要求，为项目顺利进入施工阶段提供技术支撑。