某经济开发区废水处理工程设计实例

蒋佩娟，方降龙，宇 丰，方海超，李少宸，干明瑞

(安徽环境科技集团股份有限公司，安徽 合肥 230024)

经济开发区作为经济发展的主战场，承担着招商引资的重任，在调结构、优布局方面起着重要作用。作为现代产业的聚集地，园区内各类企业会产生大量废水，因此，在园区内建设集中式的废水处理系统也是较为迫切的[1-4]。

本工程以省内某经济开发区的综合废水为设计对象，该园区以医药健康、机械机电、电子信息等产业为主，各企业产生的废水水质水量波动较大[5]，综合废水中存在高分子、杂环类等难降解有机污染物，成分复杂、可生化性差，单一的处理工艺很难达标排放[6,7]，因此，优选高效、经济、稳定的处理工艺是处理该类废水的关键。

1 工程概况

本工程主要以园区内中医药、机械加工废水为主，生活污水占比较少，进水水质复杂，含有难降解和对微生物有毒性的有机物，生化性较差[6-7]，企业外排的废水需经过预处理达到接管标准后方可排入园区废水处理系统，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级 A 标准。

2 设计规模及进出水水质

2.1 设计规模

本经济开发区废水处理系统总设计规模为15000 m3/d，其中工业废水和生活污水占比为4:1，分两期建设，近期规模为7500 m3/d，远期规模为15000 m3/d。本工程设计规模具体如下：粗格栅及提升泵站、细格栅及旋流沉砂池、调节池、事故池、消毒池、臭氧制备间、鼓风机房、加药间、污泥脱水间土建按远期15000 m3/d规模设计，设备按近期7500 m3/d规模安装；气浮池、水解酸化池、A/A/O/A/O生化池、二沉池及污泥泵站、磁混凝高效沉淀池及中提泵站、反硝化深床滤池、臭氧氧化池、除臭单元按近期7500 m3/d 规模设计。

2.2 设计进出水水质

为了保证园区内废水处理系统的正常运行，企业外排的废水需经过预处理达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)中规定的B级规定限值，其他污染物应满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的有关规定后方可排入园区废水处理系统。生活污水进水水质参考周边生活污水处理厂设计、运行数据确定。

园区废水处理系统综合进水水质按照工业废水与生活污水的水量比例(4:1)进行加权平均得到综合加权进水水质，同时考虑到实际经过各企业内部预处理的工业废水可生化性较差，一般不大于0.3，经预留一部分安全余量并按B/C不大于0.3修正后得到综合设计进水水质。

经处理后出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的一级 A 标准。具体指标见表1所示。

表1 设计进出水水质

Table1 Designinfluentandeffluentwaterquality

(mg/L)

3 废水处理工艺选择

3.1 废水处理工艺选择

由于本废水处理系统以工业废水为主，水量、水质和上游企业生产工艺及产品种类有关，上游企业排水的不稳定性容易对后端处理单元造成冲击。同时由于上游企业排放的污染物种类复杂，废水中可能含有高分子类、杂环类等难降解污染物，对生化有较强的抑制作用，导致污水的可生化性能较差，处理难度较大[6-7]。总体而言，废水处理系统抗冲击负荷能力的增强，废水中CODCr、NH3-N、TN等重点污染物的深度去除是本工程重难点所在。

目前，针对该类废水，主要采用以“预处理-生化处理-深度处理”为主体的组合工艺[6-8]，通过驯化提高微生物的抗毒、抗冲击的能力。

预处理设施对缓冲水量、水质波动，减轻后续生物处理负荷，稳定出水水质，优化处理效果具有极其重要的保障作用。考虑工业园区入驻企业的排放水质，本工程预处理段设置沉砂池和气浮池，可有效去除污水中的悬浮物，并强化对油脂的去除，从而降低后续生化单元的处理负荷。

根据以往项目工程经验，结合类似园区废水进水水质，经过企业内部预处理后的废水可生化性较差，生化处理前设置水解酸化池，使难降解大分子有机污染物进一步水解为易生化的小分子有机污染物，提高废水的可生化性，能有效提高后续生化系统去除有机污染物效率[8-10]。

考虑到本工程废水中NH3-N、TN和TP的指标不低，因此要求生化处理工艺具有较好的脱氮除磷功能。这类生物处理工艺代表性的主要有MBR、SBR和A2O等。MBR工艺整体投资及运行费用均较高，且膜丝易污堵，设备检修率高，运行维护费用高；SBR和A2O工艺整体投资、运行费用都较低，但考虑到工艺的成熟稳定性、耐冲击负荷能力、经济性以及脱氮除磷效果等方面，采用A2/O工艺作为本工程的生化处理工艺。为提高总氮去除率，本工程设计中采用两级A/O工艺[11](A/A/O/A/O)，同时考虑常规的泥法工艺在运行过程中易出现污泥浓度及生长速率低、处理效果不稳定、污泥松散难沉降等问题，在第二级A/O工艺的O池添加MBBR悬浮填料，采用泥膜法组合，优化生化系统出水水质，有利于提高系统耐冲击负荷能力，可有效提高总氮总磷去除效率，强化处理效果。

结合相关工程经验，废水经泥膜法组合生化处理后，出水CODCr可降到60 mg/L以下，SS约20 mg/L，TN约20 mg/L，TP约1.5 mg/L，由于本工程对污染物去除要求较高，仍需进一步深度去除残留污染物。

为使SS和TP出水达标并进一步降低CODCr，本工程深度处理段需采用混凝、沉淀工艺。目前，高效沉淀池在污水深度处理中得到了广泛的应用，综合考虑各种因素，本工程混凝沉淀采用高效沉淀池[10-12]。

前端生化处理难以使TN持续稳定达标，深度处理段仍需设置具有脱氮功能的单元，强化处理效果，确保出水TN稳定达标。深度处理的生物脱氮工艺主要包括反硝化生物滤池、活性砂滤池和反硝化深床滤池。反硝化生物滤池出水SS的稳定性不高，需在生物滤池后增设滤布滤池或普通砂滤池，运行管理较复杂；活性砂滤池对布水布气等要求高，且容易堵塞，反冲洗水量也较大；本工程深度处理段采用集生物脱氮及过滤功能合二为一的反硝化深床滤池，可达到预期设计目标[12]。

针对废水中残留的部分难降解CODCr，工程上较多的采用高级氧化技术进行深度处理。高级氧化技术可产生大量的·OH自由基过程，利用高活性自由基破坏有机分子结构达到氧化去除有机物的目的，实现高效的氧化处理，主要包括Fenton、臭氧氧化法等。Fenton法可去除水中的有机物，但最佳反应条件为pH值4以下，需要投加大量酸调整pH值，处理后还需要投加碱液反调pH值，不仅增加处理成本，而且废水中增加了大量的盐分；本工程采用臭氧氧化法，参与反应的仅为O3，反应过程中不加任何药剂，不增加污水中的盐分，工艺流程简单[9,11-14]。

深度处理段设置磁混凝高效沉淀池+反硝化深床滤池+臭氧氧化池[9-14]，深度去除残留CODCr及悬浮物、色度等，并可保证出水总氮、总磷达标。

3.2 废水处理工艺流程

废水处理工艺流程如图1所示。

图1 废水处理工艺流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment station

调节池出水通过泵提升进入气浮池，去除水中部分SS、COD和大部分油脂，出水自流至水解酸化池，在水解酸化池内通过微生物的水解酸化作用进一步将污水中难降解的有机物转为易于生化降解的中间体，进一步提高废水的可生化性，水解酸化池内部增加填料以强化水解酸化效果。

水解酸化池出水进入A/A/O/A/O池，在缺氧环境下将进水及从O池回流混合液中的硝酸盐氮还原化成氮气；缺氧池出水进入好氧池，好氧池内设鼓风曝气，在好氧的环境下去除污水中大部分的有机污染物，并将废水中的氨氮转化成硝酸盐氮。A/A/O/A/O池出水进入二沉池进行固液分离，部分污泥通过泵提升回流至前端缺氧池，其余剩余污泥去污泥储池。

二沉池出水进入磁混凝高效沉淀池，与投加的絮凝剂和助凝剂混合，经过混凝反应进一步去除有机污染物、色度以及悬浮物，减少臭氧用量。磁混凝高效沉淀池经过提升后进入反硝化深床滤池，通过投加碳源和物理过滤，保障出水总氮、TP和SS达标。深床滤池出水进入臭氧氧化池，进一步去除污水中不可生化降解的有机物。臭氧氧化池的出水进入消毒池，对出水水质进行消毒并在线监测，达标后外排受纳水体，其中部分出水可回用于污泥脱水间，进行地坪冲洗。

若因工艺装置运行不正常或来水冲击较为严重而导致出水不达标时，则消毒池出水通过泵送至事故池或调节池进一步处理，确保出水稳定达标。

4 主要构筑物及设计参数

(1)粗格栅及进水泵房。1座，格栅渠与进水泵房合建，总尺寸为17 m×11.2 m×11 m；设机械粗格栅2台，栅条间隙为10 mm，配套栅渣输送机1台；污水提升泵3台，2用1备，单台流量为157 m3/h，扬程为18 m，功率15 kW。

(2)细格栅及旋流沉砂池。1座，细格栅渠与旋流沉砂池合建，细格栅渠尺寸为10.35 m×2.6 m×1.75 m；设孔板式格栅2台，栅条间隙为3 mm，配套细栅渣压榨机1台，冲洗水泵2台，1用1备，单台流量为20 m3/h，扬程为40 m，功率4.5 kW；旋流沉砂池2套，1用1备，单套直径为3.05 m，鼓风机2台，1用1备，单台风量为2.5 m3/min，风压为49 kPa。

(3)调节池。1座，尺寸为59.5 m×19.9 m×7.55 m，超高1 m，钢筋混凝土结构，水力停留时间为12.4 h；设机械搅拌机8台，单台功率为6 kW。

3.发展中国家应对BEPS的弱征管能力寻求中国的帮助。BEPS是全球化深入发展的产物，AP-BEPS是多边框架，实施AP-BEPS，需要发展中国家参与共同协力合作，才能形成全球税收征管合力，维护发达经济体和发展中经济体的税收利益。发展中国家征管基础薄弱，应对BEPS的征管能力相对较弱，AP-BEPS的实施成本较高，迫切需要中国等新兴市场经济体帮助其征管能力建设，切实提高其应对BEPS的征管能力。

(4)气浮池。2套，高效溶气气浮成套设备，单套处理能力Q=157 m3/h，成套设备包括溶气气浮池设备本体2套；溶气罐2套，尺寸：Φ1200×1650(直筒段)设计流量Q=70 m3/h，工作压力P=0.5 MPa；溶气泵4套，2用2备，单台流量Q=70 m3/h，H=46.5 m；排渣机2套；空压机2套；混合搅拌机2套；絮凝搅拌机2套。

(5)水解酸化池、A/A/O/A/O池。1座，合建，总尺寸为58.7 m×30 m×7 m，超高1 m，钢筋混凝土结构；水解酸化池水力停留时间为16.3 h，手动插板闸门2套，潜水搅拌机16台，叶轮直径Φ=400 mm，组合填料1810 m3，材质为聚乙烯，填料规格Φ150 mm；A/A/O/A/O池MLSS为4000 mg/L，硝化液回流比Ri为300%，污泥回流比R为100%，厌氧段设计停留时间1.0 h，一级缺氧段设计停留时间5.0 h，一级好氧段设计停留时间7.5 h，二级缺氧段设计停留时间2.0 h，二级好氧段设计停留时间2.0 h，潜水搅拌机8台，叶轮直径Φ=400 mm，单台功率为4 kW，硝化液回流泵4台，2用2备(变频)，单台流量Q=470 m3/h，扬程P为0.01 MPa；二级好氧段添加MBBR悬浮填料，填充率为45%，材质为聚乙烯，管式微孔曝气器110套，曝气器规格为φ65，曝气量为7 m3/h。配套鼓风机3套，2用1备，单套风量为37 m3/min，升压为78.4 kPa，功率为75 kW。

(6)二沉池及污泥泵站。2座，单座直径为16 m，池边水深4.2 m，钢筋混凝土结构；表面负荷0.77 m3/m2·h；设周边传动半桥式刮泥机2台，功率为1.5 kW；回流污泥泵3台，2用1备，单台流量为157 m3/h，扬程为8 m，功率7.5 kW；剩余污泥泵2台，1用1备，单台流量为20 m3/h，扬程为15 m，功率1.5 kW；手动圆闸门2台，规格DN600，手动圆闸门2台，规格DN400。

(7)磁混凝高效沉淀池及中提泵站。1座，尺寸为15 m×7.6 m×7.0 m，超高0.5 m，成套设备包括快混区搅拌机2台，桨叶直径为Φ800 mm，转速n为80 r/min；磁介质混合区搅拌机2台，桨叶直径为Φ800 mm，转速n为80 r/min；絮凝区搅拌机2台，桨叶直径为Φ1500 mm，转速n为35 r/min；中心传动刮泥机2台，直径为Φ4 m；磁泥剪切机2台，流量Q为5 m3/h；磁粉回收机2台，流量Q为5 m3/h。

污泥回流泵3台，2用1备(变频)，单台流量为20 m3/h，扬程为10 m，功率1.1 kW；冲洗水泵2台，1用1备，单台流量为10 m3/h，扬程为20 m，功率1.1 kW；斜管填料25 m2，斜管长度L为1000 mm，孔间距d为80 mm，倾角60°；提升水泵3台，2用1备(变频)，单台流量为157 m3/h，扬程为24 m，功率22 kW；污泥泵2台，1用1备，单台流量为20 m3/h，扬程为15 m，功率1.5 kW；移动式潜污泵1台，单台流量为10 m3/h，扬程为15 m，功率1.1 kW。

(8)反硝化深床滤池。4格，单格尺寸为7 m×3 m×6.3 m，超高0.7 m，钢筋混凝土结构；填料高度为1.83 m，平均滤速3.72 m/h，强制滤速4.96 m/h；气水分布底盘装置、反冲洗空气分布系统、出水堰板、驱氮装置4套；混合搅拌机2台，桨叶直径为Φ800 mm，转速n为50～60 r/min；反洗水泵2台，1用1备，单台流量为320 m3/h，扬程为10 m，功率为15 kW；反洗风机2台，1用1备，单台风量为32.2 m3/min，升压为68.6 kPa，功率为70 kW；废水提升泵2台，1用1备，单台流量为130 m3/h，扬程为12 m，功率为8 kW。

(9)臭氧氧化池。1座，尺寸为19 m×9.7 m×6 m，超高1.5 m，钢筋混凝土结构，停留时间为2.7 h。设臭氧发生器3套，2用1备，单套臭氧产量5 kg/h。

(10)消毒池。1座，尺寸为17.9 m×11 m×4.3 m，超高0.65 m，钢筋混凝土结构；采用次氯酸钠消毒工艺，加氯量10 mg/L；尾水提升泵3台，2用1备，单台流量为172 m3/h，扬程为18 m，功率为16 kW；回用水泵2台，1用1备，单台流量为55 m3/h，扬程为25 m，功率为7 kW。

(11)加药间。1座，尺寸为17.6 m×14.5 m×6.8 m，框架结构；PAM制备和投加装置1套；PAC加药装置1套；乙酸钠加药装置1套；次氯酸钠加药装置1套。

(12)污泥脱水间。1座，尺寸为24 m×15 m×6.5 m，框架结构；带式浓缩脱水一体机2台，1用1备，处理能力75～150 kgDS/h，工作时间16 h/d，PAM制备和投加装置1套。

(13)生物除臭。生物除臭成套设备位于室外，地坪尺寸21.4 m×12.5 m；一体化生物除臭设备1套，处理工艺为碱洗+生物滤池，风量为Q=28000 m3/h；离心风机2台，1用1备，风量Q为28000 m3/h，风压为3500 Pa；循环水泵2台，1用1备，风量Q为60 m3/h，扬程H为23 m；加湿水泵1台，风量Q为30 m3/h，扬程H为22 m。

5 工程设计特点

(1)本工程针对废水排放量大、污染严重的企业采用“一企一管”设计，管线上设置流量计、取样分析装置和控制阀等，由园区环境管理部门对其进行监测和管控，避免不合格废水的排放对后续处理单元的冲击。

(2)考虑到废水经各企业预处理后，易降解的有机物已得到去除，可生化较差，通过设置水解酸化改善可生化性，同时在工艺流程尾端设置臭氧氧化工艺单元进行把关，保证出水COD稳定达标排放。

(3)生化主体工艺采用A/A/O/A/O+MBBR池的泥膜法组合工艺，增加了泥龄，可有效提高系统耐冲击负荷能力及污染物去除效率。

(4)深度处理段采用磁混凝高效沉淀池+反硝化深床滤池+臭氧氧化的组合工艺，深度去除废水中残留的CODCr及色度等污染物，并保证出水总氮、总磷达标。

6 工程运行效果

本工程运行后，园区废水处理系统进水量约为7000 m3/d，经3月16日，废水处理系统日常例行采样分析，各项水质指标均达到设计要求。实际进出水水质见表2所示。

表2 实际进出水水质Table 2 Influent and effluent water quality of the wastewater treatment process (mg/L)

7 投资及运行成本

本工程概算总投资11958.13万元，单位总成本2.38元/t，单位经营成本约为1.55元/t。

8 结 论

(1)本工程污水处理采用“粗格栅及进水泵房+细格栅及旋流沉砂池+调节池(事故池)+气浮池+水解酸化池+A/A/O/A/O+二沉池+磁混凝高效沉淀池+臭氧氧化池+反硝化深床滤池+消毒池”组合处理工艺，该组合工艺对CODCr、BOD5、NH3-N、TN、SS、TP去除率可分别达到90.7%、93.3%、90.7%、82.1%、98.4%、95%，处理尾水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A标准。

(2)本工程应加强对企业外排废水的监测，若符合进水水质标准，企业废水进入园区废水处理系统进行下一步处理；若不满足要求，则建议企业加强预处理，避免不合格废水对园区废水处理系统产生过大冲击。园区综合废水水质、水量波动大，成分复杂，可生化性差，处理难度较大，通过本工程的实施，以期为类似园区废水处理提供工程经验。