某工業(yè)園區(qū)污水處理廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì)

王小聰， 王夢(mèng)， 紀(jì)東成， 李群偉， 蔡青青

（1.武漢佳園環(huán)境工程有限公司， 武漢 430070； 2.武漢高德紅外股份有限公司， 武漢 430205）

廣東某工業(yè)園區(qū)是一座包括機(jī)械裝備制造、 五金不銹鋼制品、 電子信息產(chǎn)業(yè)、 新材料制造集群的工業(yè)園。 污水處理廠(chǎng)主要服務(wù)于工業(yè)園區(qū)的工業(yè)企業(yè)及居民集中區(qū)， 服務(wù)面積約為5.26 km2。 園區(qū)企業(yè)對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理后， 排放至園區(qū)污水處理廠(chǎng)進(jìn)行集中處理。 根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［1-3］， 本項(xiàng)目采用預(yù)處理-水解酸化-多段多級(jí)AO-磁混凝高效沉淀池-反硝化深床濾池-紫外消毒工藝， 在二級(jí)生物處理為主的基礎(chǔ)上， 輔以化學(xué)除磷， 并利用反硝化深床濾池達(dá)到脫氮要求。 本項(xiàng)目已完成施工圖設(shè)計(jì)， 目前處于施工階段。 通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目污水處理工藝的設(shè)計(jì)研究， 以期為類(lèi)似項(xiàng)目的污水處理提供一定的借鑒。

1 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)出水水質(zhì)

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

本項(xiàng)目為工業(yè)園區(qū)污水處理廠(chǎng)， 污水處理規(guī)模為24 000 m3／d， 分2 期建設(shè)， 近期建設(shè)規(guī)模為12 000 m3／d， 其中生活污水5 000 m3／d， 工業(yè)廢水7 000 m3／d。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本項(xiàng)目污水包括生活污水和工業(yè)廢水2 部分，工業(yè)廢水占比58.3%。 工業(yè)園的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為機(jī)械裝備制造、 五金不銹鋼制品和電子信息產(chǎn)業(yè)、 新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。 園區(qū)企業(yè)對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，第一類(lèi)污染物需按環(huán)評(píng)批復(fù)要求和各企業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放， 第二類(lèi)污染物達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 44／26—2001《水污染物排放限值》中的第二時(shí)段三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后送往園區(qū)污水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理。 主要污染因子為COD、 SS、 TP 和石油類(lèi)， 可能還含有部分重金屬及有毒物質(zhì)。

出水執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)， GB 3838—2002 Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)未注明的其他指標(biāo)， 執(zhí)行GB 18919—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)和DB 44／26—2001 第二時(shí)段一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)者。 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 污水處理工藝

2.1 污水處理工藝選擇

進(jìn)水COD 濃度較高， m（BOD5）／m（COD）約為0.325， 可生化性一般， 需要嚴(yán)格控制污水中有毒有害物質(zhì)濃度， 同時(shí)需要對(duì)污水進(jìn)行混凝沉淀、 水解酸化等預(yù)處理， 提高污水的可生化性， 才能保障生化處理的正常運(yùn)行。

為了達(dá)到良好的生化處理效果， 優(yōu)先選擇工藝成熟穩(wěn)定、 具有強(qiáng)化脫氮除磷功能的污水處理工藝。 多段多級(jí)AO 工藝成熟、 運(yùn)行穩(wěn)定、 處理效果好、 運(yùn)行案例豐富［4-5］。 由于本工程的出水要求達(dá)到GB 3838—2002 Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)， 必須通過(guò)深度處理進(jìn)一步去除COD、 TN、 TP 等污染物， 需采用化學(xué)除磷和具備強(qiáng)化脫氮功能的污水處理工藝。 磁混凝高效沉淀池工藝成熟， 應(yīng)用廣泛， 藥劑投加量少，除磷效果好； 反硝化深床濾池在污水深度處理中有很多成功應(yīng)用案例， 對(duì)TN、 TP、 SS 的去除均有明顯的效果［5］。 因此， 深度處理采用磁混凝高效沉淀池-反硝化深床濾池組合工藝。

2.2 污水處理工藝流程

為了保證處理后出水的高水質(zhì)要求， 本工程采用預(yù)處理-二級(jí)生物處理-深度處理的污水處理工藝。 預(yù)處理采用事故調(diào)節(jié)池、 粗／細(xì)格柵、 曝氣沉砂池、 調(diào)節(jié)池和混凝沉淀池， 生化處理采用水解酸化-多段多級(jí)AO 工藝， 深度處理采用磁混凝高效沉淀池-反硝化深床濾池工藝， 污水處理產(chǎn)生的污泥， 采用機(jī)械濃縮-污泥調(diào)理-隔膜板框壓濾機(jī)脫水后外運(yùn)處置。 具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 進(jìn)水分配井。 1 座， 尺寸為4.00 m×4.00 m×6.75 m， 設(shè)有進(jìn)水管、 出水管及2 根應(yīng)急排放管， 應(yīng)急排放管與事故池連通， 通過(guò)閘門(mén)控制，事故狀態(tài)下， 關(guān)閉出水管和其中1 根應(yīng)急排放管，將事故水引入事故池暫存。

（2） 事 故 池。 1 座， 平 面 尺 寸 為35.20 m ×37.30 m， 有效水深為5 m， 事故池通過(guò)廊道分成5格。 攪拌器5 臺(tái)， 直徑為1 800 mm， N ＝4.0 kW。 事故池高進(jìn)低出， 通過(guò)進(jìn)水分配井內(nèi)閘門(mén)控制。 排空泵1 臺(tái)， Q ＝10 L／s， H ＝12 m， N ＝2.2 kW， 庫(kù)備。

（3） 粗格柵及進(jìn)水泵房。 1 座， 尺寸為15.70 m×8.30 m×8.10 m。 土建按照遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)， 設(shè)備按照近期安裝。 格柵除污機(jī)2 臺(tái)， 渠道寬1 100 mm，柵間距為20 mm， 安裝角度為75°， N ＝1.1 kW。進(jìn)水泵房尺寸為7.55 m×8.30 m×6.75 m， 最大有效水深2.85 m， 最小有效水深1.85 m， 水力停留時(shí)間分別為18 min 和12 min。 潛污泵3 臺(tái)， 2 用1備， Q ＝400 m3／h， H ＝13 m， N ＝30 kW。

（4） 細(xì)格柵及曝氣沉砂池。 1 座， 土建按照遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)， 設(shè)備按照近期安裝。 細(xì)格柵池的尺寸為12.30 m×12.10 m×7.00 m， 回轉(zhuǎn)細(xì)格柵2 臺(tái)， 渠道寬1 100 mm， 柵間距為1.0 mm， 安裝角度為75°， N ＝1.1 kW。 曝氣沉砂池尺寸為12.50 m×12.10 m×7.00 m， 有效水深6 m， 水平流速為0.1 m／s， 水力停留時(shí)間為29 min。 鏈板刮砂機(jī)1 臺(tái)， 寬1 000 mm， N ＝0.75 kW； 電動(dòng)管式撇渣器1 臺(tái)， DN 350 mm， N ＝0.55 kW； 砂泵2 臺(tái)， Q ＝30 m3／h， H ＝6 m， N ＝1.6 kW； 砂水分離器1 臺(tái)， Q ＝72 m3／h， N ＝0.55 kW； 羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái)， Q ＝160 m3／h， P ＝6 m，N ＝4 kW。

（5） 調(diào)節(jié)池。 1 座， 尺寸為43.85 m×15.20 m×7.75 m， 有效容積為3 882 m3， 水力停留時(shí)間為7.8 h， 設(shè)1＃ 攪拌器2 臺(tái)， 直徑為500 mm， n ＝480 r／min， N ＝2.5 kW； 2＃ 攪拌器4 臺(tái)， 直徑為1 800 mm， n ＝50 ～70 r／min， N ＝7.5 kW。

（6） 混凝沉淀池。 混凝池1 座分2 組， 尺寸為12.90 m×7.90 m×5.60 m， 快速反應(yīng)池1 個(gè)， 反應(yīng)時(shí)間為3.2 min； 慢速反應(yīng)池3 個(gè)， 反應(yīng)時(shí)間為29.8 min； 沉淀池1 座分3 組， 尺寸為26.00 m×15.60 m×4.75 m， 單組沉淀池平面尺寸為26.00 m×5.00 m， 有效水深為3.5 m， 表面負(fù)荷為1.28 m3／（m2·h）。 池內(nèi)設(shè)鏈板刮泥機(jī)1 臺(tái)， L ＝22 m， B ＝5 m，N ＝1.2 kW。 混凝沉淀池出水進(jìn)入中間水池。 中間水 池 尺 寸 為8.85 m × 6.65 m × 7.75 m， 有 效 水 深6.35 m， 設(shè)3 臺(tái)潛污泵， 2 用1 備， Q ＝400 m3／h，H ＝7 m， N ＝15 kW。

（7） 水解酸化池。 1 座分2 組， 尺寸為53.30 m×14.00 m×8.00 m， 有效水深為7 m， 水力停留時(shí)間為9.8 h。 采用12 套流量為36 ～50 m3／h 的多點(diǎn)布水器進(jìn)行布水， 保證布水均勻； 設(shè)置42 套PP／ES混紡平板填料， 單套平面填料框架尺寸為4.00 m×2.00 m×1.50 m， 膜間距為0.3 m， 傾角為60°。

（8） 多段多級(jí)AO 池。 1 座分2 組， 尺寸為53.30 m×27.40 m×7.00 m， 有效水深為6 m， 包括厭氧區(qū)、 一級(jí)缺氧區(qū)、 一級(jí)好氧區(qū)、 二級(jí)缺氧區(qū)、二級(jí)好氧區(qū)、 三級(jí)缺氧區(qū)及三級(jí)好氧區(qū)， 各區(qū)水力停留時(shí)間分別為1.5、 1.8、 2.8、 1.8、 2.8、 2.0、 2.8 h， 總停留時(shí)間為15.5 h。 混合液懸浮固體質(zhì)量濃度為4 000 mg／L， 污泥齡為15 d， 污泥負(fù)荷為0.2 kg［BOD5］／（kg［MLVSS］·d）。 每組厭氧區(qū)、 缺氧區(qū)各安裝2 臺(tái)攪拌器， 單臺(tái)N ＝0.75 kW。 穿墻回流泵2 臺(tái)， Q ＝70 L／s， H ＝2 m， N ＝1.5 kW， 控制混合液內(nèi)回流比為100%～200%。

（9） 二沉池。 2 座， 周進(jìn)周出輻流式沉淀池，直徑為25 m， 有效水深為4 m， 表面負(fù)荷為0.51 m3／（m2·h）， 配套1 臺(tái)中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)。

（10） 磁混凝高效沉淀池。 1 座， 尺寸為17.45 m×9.00 m×9.25 m。 混合絮凝區(qū)共分成4 格， 有效水深3.75 m， 總反應(yīng)時(shí)間為20 min。 混凝攪拌器2 臺(tái)， 直徑為1.2 m， 轉(zhuǎn)速為75 r／min， N ＝7.5 kW；絮凝攪拌器2 臺(tái)， 直徑為1.6 m， 轉(zhuǎn)速為20 r／min，N ＝2 kW。 沉淀區(qū)直徑為9 m， 有效水深為6.20 m，斜管區(qū)表面負(fù)荷為8.9 m3／（m2·h）。 設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1 臺(tái)， 直徑為9 m， N ＝0.75 kW。 配套高剪切機(jī)1 臺(tái)， 處理能力為50 m3／h， N ＝1.5 kW； 磁粉回收系統(tǒng)1 套， 處理能力為50 m3／h， N ＝4.0 kW； 回流污泥泵3 臺(tái)， 2 用1 備， Q ＝70 m3／h， H ＝15 m， N ＝4.0 kW， 污泥回流比為28%； 剩余污泥泵2 臺(tái)， 1用1 備， Q ＝30 m3／h， H ＝10 m， N ＝1.5 kW。

（11） 反硝化深床濾池。 1 座分3 組， 尺寸為29.94 m × 15.40 m × 6.00 m， 包括濾池、 清水池、廢水池、 加藥間、 風(fēng)機(jī)房等功能區(qū)。 濾池尺寸為16.69 m×9.50 m×6.00 m， 分成3 格， 設(shè)計(jì)濾速為3.44 m／h， 強(qiáng)制濾速為5.17 m／h， 水反沖洗強(qiáng)度為8.26 m3／（m2·h）， 氣 反 沖 洗 強(qiáng) 度 為50.21 m3／（m2·h）。 卵石承托層厚度為0.38 m， 濾料層厚度為1.83 m。 設(shè)羅茨風(fēng)機(jī)2 臺(tái)， 1 用1 備， Q ＝40.5 m3／min，P ＝65.5 kPa， N ＝90 kW； 反洗泵2 臺(tái)， 1 用1 備，Q ＝400 m3／h， H ＝13 m， N ＝22 kW； 乙酸鈉儲(chǔ)罐1 臺(tái)， V ＝20 m3； 乙酸鈉投加泵2 臺(tái)， 1 用1 備，Q ＝500 L／h， H ＝0.4 mPa， N ＝0.55 kW， 設(shè)計(jì)投加量為30 mg／L。

（12） 紫外消毒渠。 1 座分2 條， 尺寸為12.90 m×3.10 m×3.30 m。 設(shè)備按照近期安裝1 套， Q ＝12 000 m3／d， K ＝1.6， N ＝10.24 kW。

4 污水處理工藝特點(diǎn)分析

（1） 針對(duì)工業(yè)園區(qū)污水水質(zhì)、 水量波動(dòng)大的特點(diǎn)， 本項(xiàng)目設(shè)置事故調(diào)節(jié)池和綜合調(diào)節(jié)池， 均衡進(jìn)水水質(zhì)和水量的波動(dòng)。

（2） 工業(yè)園區(qū)污水中COD 濃度高， 難降解有機(jī)物含量高， 設(shè)置混凝沉淀預(yù)處理和水解酸化單元， 改善污水的可生化性。 水解酸化單元采用多點(diǎn)布水器， 配水和布水均勻， 具有較好的水力攪拌作用， 節(jié)能、 清堵方便； 填料采用框架式平板填料，比表面積大， 微生物量多， 安裝方便， 易于施工。

（3） 生化處理采用多段多級(jí)AO 脫氮除磷工藝， 具有平均污泥濃度高、 碳源利用充分、 處理效率高、 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)［6］。

（4） 出水TP 標(biāo)準(zhǔn)高， 首先采用多段多級(jí)AO工藝強(qiáng)化生物除磷， 再采用磁混凝高效沉淀池化學(xué)除磷， 組合除磷措施保證TP 達(dá)標(biāo)排放。

（5） 為了確保出水TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)， 采用反硝化深床濾池深度處理工藝， 并投加碳源， 增強(qiáng)TN 的去除效果［7］。

5 工程投資及成本費(fèi)用

本項(xiàng)目總投資額為12 631 萬(wàn)元， 其中工程建設(shè)費(fèi)8 528 萬(wàn)元。 本項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用包括人工費(fèi)、 水費(fèi)、 電費(fèi)、 藥劑費(fèi)、 污泥處置費(fèi)、 設(shè)備維護(hù)費(fèi)、 管理及其他費(fèi)用， 核算污水處理成本為2.01 元／t。

6 結(jié)語(yǔ)

（1） 采用混凝沉淀-水解酸化-多段多級(jí)AO-磁混凝高效沉淀池-反硝化深床濾池-紫外消毒組合工藝處理經(jīng)企業(yè)預(yù)處理后的工業(yè)園區(qū)綜合污水，出水水質(zhì)達(dá)到GB 3838—2002 Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（ρ（TN） ≤15 mg／L 除外）。

（2） 本項(xiàng)目水解酸化單元采用多點(diǎn)布水器進(jìn)行布水， 保證布水均勻； 采用PP／ES 混紡平板填料替代傳統(tǒng)的組合填料， 將顯著提高水解酸化池的處理效率。

（3） 本項(xiàng)目采用多級(jí)多段AO 工藝和反硝化深床濾池， 可根據(jù)進(jìn)水情況靈活調(diào)整運(yùn)行模式， 保證出水COD、 TN 達(dá)標(biāo)。 如何充分利用生化系統(tǒng)的脫氮性能， 減少反硝化深床濾池脫氮的碳源投加量，有待在以后的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中進(jìn)一步研究。