工业园区废水处理减污降碳协同治理改造案例研究

肖仲华，赵雪媛，张彪，王松林

（1.湖北省工业建筑集团公司； 2.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北 武汉 430074）

1 概述

党的二十大报告提出，协同推进减污降碳扩绿增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳增长。由于减污降碳具有同根同源同过程的特点，降碳和减污在控制目标、管理措施与技术手段等多方面存在高度协同的可能性，存在提高工程效果、降低运行成本的可行性。

我国工业领域涉及原料来源广、产品种类多、工艺流程长、产污环节多，具有排污量大、污染负荷高、复合污染突出的特点，同时具有碳排放强度大的特征。钢铁石化、有色纺织、制药皮革等行业的化学需氧量与氨氮排放占比均达到80%左右。同时，工业领域碳排放占我国总碳排放约60%以上，碳减排任务艰巨。

工业园区根据地方经济发展需要，聚集各种生产要素，共享基础设施和废物处置、物流储运等配套资源，具有产业集中、集约经营、能源消耗大、排污量大等特点。工业园区发展模式，在促进经济发展的同时，也带来了诸多环境污染问题。我国工业园区种类繁多，工业废水中污染物含量高、类型复杂、处理难度大，同时碳排放控制的难度也也大。工业园区内工业污染源分布集中，温室气体与污染物排放和控制的路径基本一致，污染严重的企业大多也是碳减排的重点对象，同时碳减排对污染物减排有积极影响，两者具有双向协同效益。

数据显示，全国省级以上工业园区数量庞大，以湖北省为例，各类工业园区3000 多家，涉及产业覆盖机械制造、化工、汽车、电子通信、食品饮料、生物医药等，各园区配套污废水处理设施，但均尚未明确的碳污协同控制设计和方法，亟需系统全面地开展工业园区协同减污降碳工作。

因此，本文以某工业园区废水收集处理站为研究对象，结合废水处理系统提标改造工程中的工艺调整和优化，以分析典型工业园区废水处理系统减污降碳的协同潜力，以期实现“降碳减污协同治理”的目标。

2 典型工业园区减污降碳协同治理存在的问题

目前，工业园区在节水、节能、治污、降碳等绿色低碳方面开展的工作主要集中于分布式光伏类新能源开发、工业水处理中水回用、清洁生产和智慧管理系统等，污染治理的重点逐步从末端治理转向源头分流减量和工艺优化转变，但对于减污和降碳的协同工作尚未有效开展和实施，缺乏有效的工程案例。深入推进工业园区减污降碳协同增效工作还存在园区减污降碳途径多样、数据底数不明、核算边界不清、园区重视不明显、无典型示范案例等问题。

以某工业园区废水收集处理站为例。该工业园区大多数企业为染化行业，主要为织布厂、丝绸厂、毛巾厂、棉染厂等。园区污水处理厂设计规模为3 万吨/天。印染废水主要来自于印染加工的各道工序，包括退浆、漂白、煮练、染色、印花等，色度深，成分复杂。其处理工艺可以分为三级处理，包括一级物化处理去除悬浮杂质，调节水质水量和pH 值，主体工艺为水解酸化联合厌氧好氧处理，后续为深度处理，通过砂滤对出水的色度和COD 进行进一步的去除。

该废水处理站运行基本稳定，污染物排放可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B 排放标准要求。但是在实际工作中，随着环保要求的提高和水量的增加，也存在以下问题：

（1）收集到调节池的工业废水水质与工艺原设计值差别较大，调节池配水BOD/COD 平均值为0.23，难降解有机污染物含量高，常常呈深褐色，水质平衡不稳定，对后续处理工艺冲击较大。

（2）由于废水中有机物含量高，成份复杂，甚至存在某些有毒有害物质，导致生化池内部污泥杂质含量高，使得污泥沉降分离性能不佳，污泥松散，目前靠在生物处理工艺段投加促凝剂等无机物质，逐步改善沉降性能，但后续沉降分离效果仍不理想。

（3）随着环保要求逐步严格，提标改造工程设计要求出水水质标准达到一级A 标准。在此次改造工艺设计中，除了考虑正常的指标达标排放外，还需要充分考虑碳减排的协同完成。

3 工艺改造设计的方法

通常而言，相较于生活污水，印染废水中成分较为复杂，荧光物质主要为芳香族蛋白类物质、酪氨酸/色氨酸类蛋白、类富里酸和多糖类物质。芳香族蛋白类物质的荧光强度与水样中有机物含量呈显著正相关关系，能够反映水样中有机物浓度，常规的生物处理联合混凝沉淀过滤工艺，能实现芳香类物质、色氨酸类物质等污染类物质的高去除率。考虑到印染废水含有醇、酮、胺、卤代烃和苯类衍生物等有机污染物，如果采用目前通用的膜生物反应器系统工艺，经过生化处理处理后，有机污染物种类和浓度能够得到较好的控制。少量较难被生物降解的有机物质在经过膜过滤系统深度处理后，得到高效去除。

基于以上分析，考虑厌氧好氧法联合膜生物反应器工艺进行主体工艺改造。主要改造内容包括：

（1）废水经过物化处理和生化处理后，通过膜生物反应器进行泥水分离。该工艺在许多以印染废水为主的综合废水处理站提标改造工程中得到了应用，效果良好。

（2）在厌氧池增加了废气收集系统，将生化系统中产生的二氧化碳和甲烷集中收集起来，分离提纯后用于燃烧和热能燃料供给，同时削减了氨气、硫化氢的污染气体，实现了恶臭气体的有效收集和净化。

（3）在原有的工艺中污泥处理采用浓缩脱水压滤后，干污泥外送填埋处理。在此次提标改造工艺中，污泥外送用于焚烧发电使用。

（4）利用废水处理站的建筑物屋顶、水处理构筑物、绿化园区等处，在其上方加装光伏板，不但能够给污水处理厂的基础设施送去绿色电力，还可实现大气环境和水环境污染减排的双赢，而且能够遮挡直射水池的阳光，有效抑制了池内原本要经常清理的绿藻生长。

针对以上此次改造重点内容，通过产污节点分析，可以发现废水处理站主要产生以COD、氨氮、氨气、硫化氢和固体废物为主的污染物，通过优化工艺和提标改造，可以实现对COD、氨氮等主要污染物的有效去除，并实现达标排放。同时，在原系统中厌氧水解酸化和厌氧工艺段中产生大量的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体，在污泥处理中采用填埋方式，同样也生成大量的填埋气体（主要成分为甲烷和二氧化碳）。甲烷的增温潜势是二氧化碳的28 倍，因此，原工艺产生了大量的温室气体。在改造工艺中，为解决上述问题，并实现减污降碳协同治理，将产生的气体充分收集起来，经过处理，去除了氨气、硫化氢等无机恶臭气体，并通过高温燃烧实现了废气净化和回收余热，污泥处理也外送用于焚烧发电，加上厂区太阳能光伏发电，实现了温室气体削减协同恶臭处理的同时，具备良好的经济可行性，实现了减污降碳协同增效，获得了良好的经济效益。

4 工艺系统效果评估

二氧化碳和甲烷类温室气体既是废水处理系统厌氧池废气处理工艺最大量的排放物质，也是废气治理工艺最为明显的环境影响。厌氧池废气处理工艺的排放来源主要有废气处理后的直接排放和各类能耗、药耗形成的间接排放。

通过前述的分析可知，废水处理站通过工艺提升改造，通过完善膜生物反应器工艺段，实现了污泥分离，提高了出水水质，保障出水达标排放。通过厌氧池加装废气收集系统和废气处理系统，有效减少了厂区恶臭气体的无组织排放，改善了厂区及周边的大气环境，同时减少了废气中甲烷等非二氧化碳温室气体的排放，获得了很好的温室气体减排效果。通过污泥处理处置工艺的调整，大大减少了污泥填埋过程中产生的恶臭气体污染和填埋气体排放，实现了温室气体排放和环境污染控制的双控。通过在废水处理站的建筑物屋顶、水处理构筑物、绿化园区等处，在其上方加装光伏板，在获得绿色电力的同时，遮挡直射水池的阳光，有效抑制了池内原本要经常清理的绿藻生长。另外，通过安装自动化数据采集和智能控制系统，实现对主要污染物排放指标进行实时监控，对主要设备比如泵、风机、搅拌器、曝气设备优化运行提高效率，能够有效降低电力消耗。在污泥浓缩脱水工艺段，采用能效更高的污泥脱水离心机。

通过以上措施，工艺提标改造的同时，实现了污染防治和温室气体减排的双控，为水处理行业减污降碳协同推进提供了借鉴。