福建省某工業(yè)園區(qū)污水處理廠的工程設(shè)計

王書彥

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 工程概況

福建省某工業(yè)園區(qū)位于福建省東南端、廈門和汕頭之間，是閩東南經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分，是承接臺灣石化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、發(fā)展臨港重化工業(yè)的重要區(qū)域。園區(qū)考慮廢水統(tǒng)一收集、集中處理，可大大減少投資，節(jié)約治理費用，同時還可給入園企業(yè)創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境，增加園區(qū)招商引資的競爭力。因此，園區(qū)污水處理廠的建設(shè)顯得十分必要。污水處理廠主要處理園區(qū)內(nèi)的各類企業(yè)產(chǎn)生的間接排放廢水及區(qū)域范圍內(nèi)的生活污水，工程服務(wù)規(guī)劃用地總面積為800公頃，其中一類工業(yè)用地面積約530公頃，二類工用地面積約270公頃。污水處理廠尾水排放建議執(zhí)行GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》、GB 31571—2015《石油化學工業(yè)污染物排放標準》和GB 31572—2015《樹脂工業(yè)污染物排放標準》中直接排放規(guī)定的最嚴格的濃度限值，通過出口泵站提升后經(jīng)高位井排海。

2 設(shè)計進、出水水質(zhì)

2.1 設(shè)計進水水質(zhì)

根據(jù)調(diào)研同類型化工園區(qū)的進水水質(zhì)及石化園區(qū)企業(yè)廢水排放特性對進水水質(zhì)進行設(shè)計。在園區(qū)建設(shè)初期，入園項目的不確定性很大，對廢水水質(zhì)也很難作準確預測。在處理廠設(shè)計中，通常對進水水質(zhì)提出明確要求，大多以GB 8978—1996《污水綜合排放標準》三級標準和GB/T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》水質(zhì)指標作為進水標準[1-2]。

1)COD值。招標書中COD≤500 mg/L，但為了保證進入污水廠的污水有合適的生化性，鼓勵園區(qū)企業(yè)自建污水廠采用非生物處理系統(tǒng)，適當放寬進水COD濃度，項目污水處理廠設(shè)計進水的COD限值建議不大于700 mg/L，企業(yè)污水廠排放水BOD5/CODcr值在0.3以上。

2)BOD5/CODcr值。GB8978—1996《污水綜合排放標準》中BOD5/CODcr>0.6，而實際化工廢水中，難降解有機污染物濃度高，可生化性很差，BOD5/CODcr值一般都達不到0.3。廢水可生化性考慮不周就會直接影響工藝選擇，從而導致廢水不能達標排放；另外，由于很多化工生產(chǎn)過程使用重金屬催化劑，其化工廢水中往往含有重金屬，高濃度的重金屬對污水生物處理會造成抑制。石化園區(qū)生產(chǎn)企業(yè)原料多為有機物、油類等，部分有機物對活性泥有毒害作用，應(yīng)嚴格管控此類物質(zhì)的排入。

根據(jù)化工園區(qū)污水特性，并結(jié)合項目污水納管要求，可生化性一般的廢水，CODcr指標最高控制在1 000 mg/L，此類廢水相對總污水量占比少，暫按占比40%的進水量估算；可生化性差的廢水，CODcr指標最高控制在500，此類廢水相對要多，暫按占比60%的水進量估算。按兩類廢水的占比及廢水指標測算，混合后的廢水水質(zhì)見表1。

表1 混合廢水指標測算

調(diào)研國內(nèi)其他化工園區(qū)集中污水處理廠進水水質(zhì)，并結(jié)合表1的測算結(jié)果，確定污水處理廠設(shè)計進水水質(zhì)見表2。

2.2 設(shè)計出水水質(zhì)

根據(jù)項目《某污水處理廠勘察設(shè)計招標文件》的規(guī)定：污水處理廠尾水排放建議執(zhí)行GB 31570—2015、GB 31571—2015、GB 31572—2015直接排放規(guī)定的最嚴格的濃度限值。上述3個標準的對比情況見表3。根據(jù)表3的最嚴標準，項目設(shè)計出水水質(zhì)見表4。

表2 污水廠設(shè)計進水水質(zhì)指標 mg/L

表3 三個排放標準的對比 mg/L

表4 污水廠設(shè)計出水水質(zhì)指標 mg/L

3 污水處理流程及工程設(shè)計

一個完整的污水處理工藝通常包括預處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、深度處理系統(tǒng)及污泥處理系統(tǒng)[3]。各系統(tǒng)所采用的具體工藝有多種形式，每種形式均各有特點，需結(jié)合工程實際進出水水質(zhì)和自然地理條件，有針對性地選擇最適合的工藝。

3.1 預處理系統(tǒng)工藝

污水預處理的主要目的是去除廢水中可能影響后續(xù)工藝和設(shè)備正常運行的污染物，對廢水進行水量水質(zhì)調(diào)整，保證后續(xù)處理的順利進行。在預處理段，首先設(shè)置水質(zhì)調(diào)節(jié)池和事故池，盡可能將需要處理的污水進行水量、水質(zhì)的調(diào)節(jié)和均化，進而采用物理方法去除懸浮物。

3.1.1 工藝選擇

項目進水水質(zhì)BOD5≤220 mg/L、CODcr≤700 mg/L，則BOD5/CODcr=0.31，表明污水可生化性一般，采用傳統(tǒng)的活性污泥法使出水達標存在一定難度，因此要通過物化、生化的預處理方法來提高污水的可生化性。厭氧水解酸化工藝是在兼性菌酶催化下對慢速生物降解有機物的水解和對快速生物降解有機物的酸化，并實現(xiàn)難生物降解有機物的轉(zhuǎn)化，改變分子結(jié)構(gòu)(開環(huán)、斷鏈、裂解、基團取代、還原等)，使結(jié)構(gòu)復雜的有機物分子轉(zhuǎn)化成易生物降解的有機物[4]。實驗證明，經(jīng)過水解酸化后，原水中污染物的數(shù)量和質(zhì)量都會發(fā)生變化，其中溶解性有機物比例提高一倍，CODcr平均去除率為40%～50%，而懸浮性CODcr去除率更是高達80%，出水懸浮物的濃度低于50 mg/L；污水可生化性(BOD5/CODcr比值)將明顯提高，這些因素對后續(xù)的生物處理都是非常有利的。

因此，工程選用上流式水解酸化池作為提高可生化性的處理工藝。考慮工程污水為石油化工廢水，選用溶氣氣浮法去除懸浮物的效率較高，同時兼具除油功能，技術(shù)成熟、自動化程度高。

3.1.2 工程設(shè)計

預處理系統(tǒng)的工程設(shè)計見表5。

表5 預處理系統(tǒng)的工程設(shè)計

3.2 生化處理系統(tǒng)工藝

生化處理系統(tǒng)是整個污水處理廠的核心處理單元，溶解性污染物大多在此消解，設(shè)計良好的生化處理系統(tǒng)，可以在很大程度上降低整個污水廠的能耗[3]。

3.2.1 工藝選擇

目前，應(yīng)用較廣泛的生化處理系統(tǒng)工藝有SBR工藝、氧化溝工藝和多級AO工藝，各工藝特點如下：

1)SBR工藝。工藝運行靈活，不易發(fā)生污泥膨脹，沉淀效果好，省去二沉池和污泥污水回流系統(tǒng)，節(jié)約占地；但是其操作復雜，自動化程度要求較高。

2)氧化溝工藝。具有出水水質(zhì)好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、能耗低、便于自動化控制等優(yōu)點；但是在實際的運行過程中，仍存在污泥膨脹、污泥上浮問題，尤其是當廢水中含油量大，整個系統(tǒng)泥質(zhì)變輕，在操作過程中不能很好地控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產(chǎn)生腐化污泥上浮且污泥沉降性差[5]。

3)多級AO除磷脫氮工藝。是將污水分段進入生物池的厭氧區(qū)和多個缺氧區(qū)，使生物池形成多級AO串聯(lián)，回流污泥全部進入生物池前端的厭氧區(qū)，形成高污泥濃度梯度，創(chuàng)造了更適合聚磷菌、硝化菌及反硝化菌生長的環(huán)境，大大增強了除磷脫氮能力[6]。工藝取消了傳統(tǒng)AO工藝中的內(nèi)回流，脫氮效率高，可有效增加活性污泥濃度，而且單位容積的微生物活性較強，對污水水質(zhì)變化、水量變化、水溫變化都具有相當?shù)倪m應(yīng)性，處理效果極其穩(wěn)定，在碳源不夠充足的情況下仍可獲得較好的除磷脫氮效果。

綜上所述，多級AO除磷脫氮工藝成熟、運行穩(wěn)定、處理效果好，抗沖擊負荷較強，不易發(fā)生污泥膨脹，啟動靈活，操作管理方便。因此，工程采用多級AO池作為生化段的處理工藝。

3.2.2 工程設(shè)計

生化處理系統(tǒng)的工程設(shè)計見表6。

表6 生化處理系統(tǒng)的工程設(shè)計

3.3 深度處理系統(tǒng)工藝

深度處理是指工業(yè)污水經(jīng)一級、二級處理后，為了進一步提高出水水質(zhì)或是為回用處理系統(tǒng)做準備而進一步處理的過程。

3.3.1 工藝選擇

工程采用高效沉淀池+臭氧氧化+BAF工藝進行深度處理。

1)高效沉淀池。沉淀池集混凝、絮凝、沉淀和污泥濃縮功能于一體，能有效去除膠體、懸浮物、部分COD污泥回流，不僅可以節(jié)省藥劑投加量，而且絮凝效果好。

2)臭氧氧化。污水經(jīng)過生化處理后，好生化的有機污染物已基本除去，剩下的均為難生化的長鏈有機物以及生化本身代謝產(chǎn)生的難降解可溶性微生物產(chǎn)物，對于此類污染物宜采用生化或物化方法改善污水的可生化性。臭氧是一種強氧化劑，可以氧化分解水中的有毒有害和高穩(wěn)定性有機物，進一步去除COD、嗅味和色度。

3)BAF工藝。BAF作為生物接觸氧化法的一種特殊形式，其核心是濾料。在池中，裝填粒徑較小的新型粒狀、多孔、輕質(zhì)材料作為濾料，濾料浸沒在水中，池底裝有曝氣系統(tǒng)以提供足夠的氧氣，進一步去除進水有機物和氨氮。

3.3.2 工程設(shè)計

深度處理系統(tǒng)的工程設(shè)計見表7。

3.4 污泥處理設(shè)施

污泥處理設(shè)施的工程設(shè)計見表8。

表7 深度處理系統(tǒng)的工程設(shè)計

續(xù)表7

表8 污泥處理設(shè)施的工程設(shè)計

4 結(jié)論

1)福建省某工業(yè)園區(qū)污水處理廠工程采用預處理+水解酸化+多級AO+高效沉淀池+臭氧BAF處理工藝，出水水質(zhì)達到環(huán)評要求，尾水就近排海。

2)工程建成投運后，預測每年可去除CODcr約4 672 t，NH3-N約270.1 t，TN約328.5 t，TP約51.1 t，可顯著改善當?shù)刈匀画h(huán)境，具有很高的社會效益和環(huán)境效益。

3)工業(yè)園區(qū)污水處理廠的設(shè)計，要充分考慮污水來源的特點，從處理方案制定到污水處理的管理運營模式都要進行積極有效的探索。工程具有一定的代表性，其設(shè)計思路和設(shè)計參數(shù)可供今后類似工程參考借鑒。