濱州市某工業(yè)廢水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容工藝設(shè)計(jì)

劉 可 王宇婷

中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 43000

隨著我國(guó)城市發(fā)展及工業(yè)化的推進(jìn)，工業(yè)廢水量越來越大，對(duì)工業(yè)廢水的處理也越來越受關(guān)注。2012 年山東省政府政府印發(fā)了《關(guān)于建設(shè)生態(tài)山東的決定》，為貫徹相關(guān)政策要求，同時(shí)滿足工業(yè)園區(qū)未來的廢水處理需求，濱州市某廢水處理廠需實(shí)施提標(biāo)擴(kuò)容工程建設(shè)，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838- 2002）中的V 類標(biāo)準(zhǔn)（TN≤15mg/ L）

1 廢水處理廠現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1.1 廢水處理廠現(xiàn)狀

廢水廠現(xiàn)有處理規(guī)模為6 萬m3/ d，廠區(qū)總占地約8.6ha。現(xiàn)有處理設(shè)施分四期建設(shè)，并經(jīng)歷過多次改造，其中一期工程規(guī)模0.7 萬m3/ d，二期工程規(guī)模1.1 萬m3/ d，一期、二期工程采用反應(yīng)斜管初沉池+ 水解酸化+A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝；三期工程規(guī)模為1.2 萬m3/ d，采用反應(yīng)斜管初沉池+ 臭氧預(yù)氧化+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝；四期工程規(guī)模為3.0 萬m3/ d，采用反應(yīng)平流初沉池+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 中進(jìn)周出二沉池+ 芬頓+ 三沉池+ 人工快滲工藝，全部廢水合并后采用次氯酸鈣消毒，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 設(shè)計(jì)重難點(diǎn)分析

1.2.1 廢水處理難度大，尾水排放標(biāo)準(zhǔn)高

本項(xiàng)目廢水處理廠主要接納以印染、石油化工、精細(xì)化工為主的工業(yè)園區(qū)廢水及部分城區(qū)生活污水，廢水具有可生化性差、生物毒性強(qiáng)、水質(zhì)水量不穩(wěn)定等特點(diǎn)[1]，處理難度大。同時(shí)，本次提標(biāo)改造及新建擴(kuò)容工程主要出水污染物指標(biāo)需執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中V 類標(biāo)準(zhǔn)（TN≤15mg/ L），標(biāo)準(zhǔn)的提高進(jìn)一步加大了處理難度。

1.2.2 用地緊張，改造期間不能減產(chǎn)

污水廠內(nèi)剩余用地緊張，需在保證現(xiàn)有設(shè)施不減產(chǎn)、不降標(biāo)的情況下，通過合理拆建工序?qū)崿F(xiàn)提標(biāo)和擴(kuò)容，實(shí)施難度大。

1.2.3 現(xiàn)狀設(shè)施復(fù)雜

本項(xiàng)目廢水廠共經(jīng)過4 期建設(shè)，每期又經(jīng)歷過不同的改造，部分設(shè)計(jì)資料缺失，現(xiàn)狀處理設(shè)施較多，設(shè)施缺乏整合。

2 污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本次擴(kuò)容工程主要服務(wù)于片區(qū)新增的印染、石油化工、精細(xì)化工類企業(yè)排放的生產(chǎn)廢水和部分城區(qū)生活污水，結(jié)合部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合確定本次提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)一覽表 mg/ L

3 提標(biāo)擴(kuò)容設(shè)計(jì)思路

3.1 處理能力分析

通過對(duì)廢水處理廠現(xiàn)狀構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員反饋信息，對(duì)現(xiàn)狀能力不足的處理構(gòu)筑物分析如下：

（1）原一、二、三、四期水解酸化工藝水力停留時(shí)間分別為5.5h、11h、12h、6.6h，一期和四期水力停留時(shí)間較短，水解酸化效果較差，生化池出水COD 偏高。

（2）原廠區(qū)采用傳統(tǒng)芬頓工藝進(jìn)行COD 的深度處理，實(shí)際處理效果尚可。但運(yùn)行過程需調(diào)酸調(diào)堿，運(yùn)行管理難度較大[2]；水質(zhì)波動(dòng)或運(yùn)行控制不當(dāng)?shù)那闆r下容易造成出水COD 波動(dòng)，存在一定的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。因此，往往需要過量投加藥劑造成浪費(fèi)，污泥量也較多，運(yùn)行成本較高。

（3）原一、二、三、四期共用人工快滲池22 座，平均表面負(fù)荷2.5m/ h。人工快滲池負(fù)荷較低，運(yùn)行效果好，但占地面積較大，集約程度較差。

（4）原廠區(qū)設(shè)脫水車間一座，采用帶式壓濾機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境較差，污泥處理能力不足，導(dǎo)致生化池污泥濃度較高，污泥老化嚴(yán)重。

3.2 提標(biāo)擴(kuò)容方案

針對(duì)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，本次提標(biāo)擴(kuò)容工程設(shè)計(jì)考慮優(yōu)先對(duì)處理設(shè)施不足的部分進(jìn)行改造，并拆除整合部分占地較大、布置分散的設(shè)施進(jìn)行整合，再通過新建構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)施的提標(biāo)和廠區(qū)的擴(kuò)容。

3.2.1 現(xiàn)有設(shè)施提標(biāo)改造

針對(duì)一期、四期水解酸化池停留時(shí)間不足的問題，考慮在水解酸化池內(nèi)增加懸掛式彈性填料，以增加水解酸化池總的生物量，提高處理效果。

在現(xiàn)狀處理設(shè)施氨氮、TN、SS 及TP 指標(biāo)可以達(dá)到V 類水指標(biāo)的情況下，提標(biāo)工藝重點(diǎn)考慮對(duì)COD 的去除。盡管芬頓工藝對(duì)COD 去除效果尚可，但考慮到運(yùn)行成本較高等因素，本次新增活性焦吸附池作為COD 的保障工藝，原芬頓工藝可考慮減少投藥量甚至作為應(yīng)急處理工藝運(yùn)行。新增活性焦吸附池的用地通過拆除5 座占地較大的人工快滲池實(shí)現(xiàn)。由于快濾池原設(shè)計(jì)負(fù)荷較低，拆除過程可保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不減產(chǎn)、不降標(biāo)改造。

于現(xiàn)狀脫水車間旁的空地新建污泥脫水車間一座，建成后再對(duì)現(xiàn)有污泥脫水車間設(shè)備進(jìn)行更換，以保證改造期間污泥脫水工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.2 新建工程方案選取

考慮到原有工藝運(yùn)行效果較好，本次擴(kuò)容工程設(shè)計(jì)繼續(xù)沿用原有處理工藝的總體思路，細(xì)節(jié)上取消運(yùn)行成本較高的芬頓工藝，新建活性焦吸附池以保證COD 達(dá)標(biāo)。新建活性焦吸附池與提標(biāo)工程合建，以整合全廠的深度處理工藝。

（1）粗格柵、細(xì)格柵工藝通過更為集約化的超微一體化分離設(shè)備替代，并將設(shè)備置于水解酸化池上方；

（2）二級(jí)處理工藝采用合建式改良A2/ O 工藝，通過將二沉池疊建于生化池池頂，將泥水分離工藝與生化池有機(jī)結(jié)合起來以進(jìn)一步節(jié)省占地；

（3）深度處理采用占地較省的磁混凝高效沉淀池。本項(xiàng)目新建5 萬m3/ d 的處理設(shè)施實(shí)際占地僅2.5ha，用地指標(biāo)相當(dāng)于原有設(shè)施的一半，節(jié)地效應(yīng)顯著。

綜上所述，本工程采用的處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標(biāo)改造工程工藝流程圖

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 超微分離一體化設(shè)備

（1）功能：通過混凝+ 超微氣泡分離的的原理去除污水中的COD、SS 及總磷等污染物。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)流量Q=50000m3/ d；1# 設(shè)備處理能力600t/ h；1# 設(shè)備2 臺(tái)；2# 設(shè)備處理能力450t/ h；2# 設(shè)備2 臺(tái)。

4.2 水解酸化池

（1）功能：通過水解酸化反應(yīng)提高污水可生化性，通過后續(xù)好氧池組合，提高對(duì)污水COD 的去除效率。同時(shí)可將部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，提高整個(gè)生化處理系統(tǒng)的抗毒、抗沖擊負(fù)荷能力。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)流量Q=50000m3/ d；水解酸化池形式為折流式；總體尺寸為B×L=56.4×17.7 m；停留時(shí)間6h；有效水深H=8.0m；懸掛式彈性填料的填充率為25%。

4.3 合建式改良A2/ O生化池

（1）功能：在生物反應(yīng)池中營(yíng)造缺氧、好氧環(huán)境，利用生物反應(yīng)池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。同時(shí)，生化池頂疊合建設(shè)泥水分離模塊（二沉池），實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)地的生化與泥水分離相結(jié)合的一體化工藝。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)流量Q=50000m3/ d；總體尺寸為B×L=56.4×82 m；有效水深H=7.9m；系統(tǒng)污泥濃度4000mg/ L；總停留時(shí)間T=16.0 h，其中厭氧區(qū)停留時(shí)間1.0h，缺氧區(qū)停留時(shí)間3.0h，好氧區(qū)停留時(shí)間12.0h；硝化液回流比為133%～400%；缺氧池至厭氧池回流比為100%～200%；好氧池泥齡為15d；最大氣水比為7∶1。

（3）主要工程內(nèi)容：生化池設(shè)置一座分為可獨(dú)立運(yùn)行的兩格。厭氧區(qū)共設(shè)4 臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎扛? 臺(tái)，單臺(tái)參數(shù)φ1200，N=3.1kW；缺氧區(qū)內(nèi)共設(shè)8 臺(tái)潛水推流器，每格4 臺(tái)，單臺(tái)參數(shù)φ1200mm，N=3.1kW；好氧區(qū)采用鼓風(fēng)曝氣，曝氣器采用板式曝氣器形式，以充分實(shí)現(xiàn)環(huán)流效果，曝氣器參數(shù)B=200mm，Q=12m3/ m·h，L=1000m。好氧池池頂設(shè)置泥水分離模塊，升流區(qū)表面負(fù)荷1.3m/ h；好氧區(qū)至缺氧區(qū)共設(shè)6 臺(tái)混合液回流泵，采用穿墻泵形式，單臺(tái)參數(shù)Q=833m3/ h，H=0.85m，N=3.75kW，變頻控制；缺氧區(qū)至好氧區(qū)共設(shè)4 臺(tái)混合液回流泵，采用穿墻泵形式，單臺(tái)參數(shù)Q=1111m3/ h，H=1.0m，N=6.75kW，變頻控制。

4.4 鼓風(fēng)機(jī)房

（1）功能：為生物池好氧區(qū)提供氣源。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：生物池供氣量244m3/ min，風(fēng)壓90 kPa。

（3）主要工程內(nèi)容：設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房及變配電間1 座，外形尺寸L×B=20.0m×16.0m，H=5.5m；鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)另設(shè)離心風(fēng)機(jī)3 臺(tái)，2 用1 備，變頻，單臺(tái)參數(shù)Q=122m3/ min、H=9.0m、N=230kW。

4.5 磁混凝高效澄清池

（1）功能：將二級(jí)生化處理的出水進(jìn)行混凝沉淀，通過化學(xué)試劑去除TP 的同時(shí)進(jìn)一步降低出水SS，保障后續(xù)活性焦吸附池的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）設(shè)計(jì)形式：高效沉淀池設(shè)置2 組，單組平均流量2.5 萬m3/ d。高效混凝沉淀池主要有反應(yīng)池、澄清池、加藥系統(tǒng)、污泥回流及介質(zhì)回收系統(tǒng)。將二沉池污水送往反應(yīng)池并投加介質(zhì)混合，通過投加混凝劑、絮凝劑和磁粉（加速絮體沉淀），進(jìn)一步去除總磷及SS。并在澄清池沉淀后排放，產(chǎn)生的污泥回流至污水處理廠生化池前段。

（3）設(shè)計(jì)參數(shù)：機(jī)械攪拌池有效水深4.4m，有效容積42.9m3，停留時(shí)間3.08min，PAC 最大投加量5mg/ L；反應(yīng)池有效水深5.4m，有效容積37.8m3，停留時(shí)間2.78min；絮凝池有效水深5.3m，有效容積107.3m3，停留時(shí)間7.7min，PAM 最大投加量1mg/ L；沉淀池直徑8m，沉淀池水深5.4m，沉淀池上升流速12.5m/ h。

4.6 活性焦吸附池

（1）功能：通過活性焦吸附對(duì)廢水進(jìn)行深度處理，以進(jìn)一步去除廢水中的COD，確保尾水達(dá)標(biāo)。

（2）設(shè)計(jì)形式：本活性焦吸附深度處理系統(tǒng)設(shè)活性焦吸附濾池1 座，設(shè)計(jì)規(guī)模11 萬m3/ d。運(yùn)行過程中飽和活性焦熱再生損耗約5%，計(jì)入其他損耗，每個(gè)再生周期（約120d）總損耗約12%；每組再生炭回裝時(shí)，不足部分由下一組的再生炭補(bǔ)充，最后一組集中補(bǔ)充新炭。“吸附系統(tǒng)”和“再生系統(tǒng)”由“輸送系統(tǒng)”完成無縫連接。飽和炭再生及集中補(bǔ)充新炭在吸附系統(tǒng)內(nèi)依次滾動(dòng)操作，保證炭齡一致。吸附池循環(huán)沖洗及飽和炭提出共用一個(gè)空氣提升泵，提升泵壓縮空氣氣源由壓縮空氣站提供。一個(gè)吸附過濾單元每天的處理水量根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)確定。再生時(shí)一座吸附濾池進(jìn)水運(yùn)行9 組，再生1 組停止進(jìn)水，進(jìn)行飽和炭的提出和再生炭的投加操作。

（3）工藝參數(shù)：新建工程和提標(biāo)工程活性焦吸附池合并建設(shè)，設(shè)計(jì)規(guī)模11 萬m3/ d。吸附池設(shè)1 座，池深10m。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)COD＜60mg/ L，SS≤20mg/ L。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)COD＜40mg/ L，SS≤10mg/ L。吸附濾池分為10 組并聯(lián)運(yùn)行；每組8 個(gè)吸附單元，共80 單元；每單元裝煤質(zhì)破碎顆?；钚越?2m3（26t），共需填裝活性焦2080t，每單元每天處理水量1375m3/ d，有效吸附時(shí)間60min。每系列按組自動(dòng)滾動(dòng)反洗。根據(jù)本廠進(jìn)、出水COD 及活性焦吸附容量計(jì)算，活性焦飽和周期約為120d。安裝活性焦再生機(jī)組系統(tǒng)2 套，每套再生飽和炭12～15t/ d。

4.7 活性焦再生車間

（1）功能：運(yùn)用物理加熱再生對(duì)吸附飽和后失去活性的炭進(jìn)行再生處理，恢復(fù)其吸附性能，達(dá)到重復(fù)使用目的。

（2）工藝參數(shù)：活性焦再生車間共1 座，單層車間，凈高度7.0m。車間內(nèi)配置再生能力12～15t/ d 的活性焦再生爐2 套。脫水飽和炭濕容重760～800kg/ m3；含水35%～40%。采用天然氣為再生熱源，壓力8000Pa，氣耗90～100Nm3/ t 炭（干基），全廠天然氣耗量約1500Nm3/天。每再生一次，活性焦損耗約5.0%。設(shè)計(jì)活性焦再生量為12～15t 活性焦(干基)/ d；燃料為天然氣，壓力8000Pa，熱值8600kcal/ m3，用氣量95～100m3/ t（干基）。

4.8 接觸消毒池

（1）功能：采用次氯酸鈣對(duì)出水進(jìn)行消毒，確保達(dá)標(biāo)排放。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)規(guī)模5 萬m3/ d；次氯酸鈣有效投加量為30mg/ L，投加次氯酸鈣濃度5%；接觸消毒時(shí)間30min；接觸消毒池平面尺寸19×11m，有效水深5m，接觸消毒池上層疊合加藥間。

4.9 加藥間

（1）功能：用于PAC、乙酸鈣以及次氯酸鈣的投加。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)流量Q=2083m3/ h；PAC 投加量60～100mg/ L；乙酸鈣投加量0～60mg/ L；次氯酸鈣投加量35mg/ L。

（3）工程內(nèi)容：設(shè)加藥間1 座，疊合于接觸消毒池之上，外形尺寸L×B=28.0m×7.0m、H=5.2m，加藥間內(nèi)設(shè)乙酸鈣投加、PAC 投加及次氯酸鈣投加設(shè)施共3 部分。PAC 采用10%濃度原液投加，共設(shè)置投加泵設(shè)6 臺(tái)，4 用2備，單臺(tái)參數(shù)Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)1 個(gè)投加點(diǎn)。乙酸鈣采用25%濃度原液投加，共設(shè)置投加泵設(shè)3 臺(tái)，2 用1 備，單臺(tái)參數(shù)Q=300L/ h、H=30m、N=0.3kW，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)1 個(gè)投加點(diǎn)。次氯酸鈣采用5%濃度投加，共設(shè)置投加泵設(shè)3 臺(tái)，2 用1 備，單臺(tái)參數(shù)Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每臺(tái)泵對(duì)應(yīng)1 個(gè)投加點(diǎn)。

4.10 污泥濃縮池

污泥濃縮池按擴(kuò)容規(guī)模5 萬m3/ d 設(shè)計(jì)。對(duì)剩余污泥進(jìn)行重力濃縮，使污泥含水率可降低1%～2%，即含固率達(dá)到2.0%～3.0%。

（1）功能：對(duì)系統(tǒng)排出的剩余污泥和化學(xué)沉淀污泥進(jìn)行初步濃縮，使污泥的含固率提高到2%～3%，減少污泥量，從而減少后續(xù)處理規(guī)模。同時(shí)提供一定的調(diào)節(jié)容積，保證污水和污泥處理協(xié)調(diào)。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)泥含水率按99.2%計(jì)，污泥停留時(shí)間12.4 h，濃縮后污泥量含水率97%計(jì)。

（3）土建尺寸：圓形鋼結(jié)構(gòu)池體φ17m、H＝5.4m，1座，頂部輕質(zhì)材料加蓋。

4.11 污泥深度脫水車間

現(xiàn)有污泥脫水車間為利用現(xiàn)狀改造，負(fù)責(zé)處理一、二、三期剩余污泥，設(shè)計(jì)規(guī)模為11tDs/ d。共設(shè)置2 套板框壓濾機(jī)，單臺(tái)濾布面積為300m2。新建污泥脫水車間總建筑面積約750m2，負(fù)責(zé)四期及本次擴(kuò)建工程污泥處理，總規(guī)模按干泥量22tDs/ d 設(shè)計(jì)。共設(shè)置2 套板框壓濾機(jī)，單臺(tái)濾布面積為600m2。

4.12 提升泵房

（1）功能：提升現(xiàn)狀工藝流程，保證快滲池出水順利進(jìn)入活性焦吸附池，提升泵房與池合建。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)規(guī)模6 萬m3/ d；池子1 座，平面尺寸15.0×9.0m。

（3）主要設(shè)備：潛水混流泵3 臺(tái)，2 用1 備，設(shè)備參數(shù)Q=1040～1250m3/ h、H=7.0～7.5m、N=30kW，變頻控制。

5 結(jié)論

（1）提標(biāo)工程利用水解酸化池增加填料、增設(shè)活性焦吸附工藝等手段，可在不減產(chǎn)、不降標(biāo)的情況下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)施的提標(biāo)，并通過減少原芬頓設(shè)施的投藥量等措施降低運(yùn)行成本。

（2）新建工程采用超微分離一體化設(shè)備+ 水解酸化+ 合建式改良A2/ O 生化池+ 磁混凝高效沉淀+ 活性焦吸附+ 接觸消毒工藝，用地指標(biāo)僅為現(xiàn)有處理設(shè)施的一半，節(jié)地效果顯著。

（3）本工程總投資約1.97 億元，新建擴(kuò)容工程總成本2.69 元/ m3，經(jīng)營(yíng)成本2.01 元/ m3。