用地緊張條件下工業(yè)污水處理工程集約化低碳化設(shè)計案例

陳世金，孫理密，劉圣東，李晨晨，仇品潮，朱麗

（1.中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海 200940；2.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟南 250101；3.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟南 250101）

工業(yè)污水排放是導(dǎo)致水環(huán)境污染的主要影響因素，其達標情況對水環(huán)境質(zhì)量的改善和保持至關(guān)重要。工業(yè)廢水水質(zhì)復(fù)雜，出水水質(zhì)要求日益嚴格，有些需要達到工藝回用標準，因此處理單元多、流程長，相應(yīng)的占地面積較大；但企業(yè)用地受限，污水處理工程可用土地面積小與目標處理水量大存在沖突是普遍現(xiàn)象。同時，污水處理的綠色化、低碳化發(fā)展是必然的趨勢〔1-2〕，這對污水處理的工程設(shè)計是一項挑戰(zhàn)，因此集約化、低碳化設(shè)計是可行的解決思路。鑒于建設(shè)條件的特殊性，需要設(shè)計者在考慮相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的同時，又要依據(jù)工程實踐經(jīng)驗保證質(zhì)量并在安全的條件下進行靈活變通。因此，這類工程的成功案例對類似工程設(shè)計具有非常重要的參考價值和指導(dǎo)意義。筆者系統(tǒng)梳理了浙江某印染企業(yè)二期項目污水的工程設(shè)計經(jīng)驗，分析了整個工程設(shè)計的集約化、低碳化特征，為業(yè)界提供了一個可供參考的典型范例。

1 工程概況

浙江某印染企業(yè)位于浙江金華蘭溪市蘭創(chuàng)時尚紡織科技印染產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，該公司于2020年啟動廠房擴建（二期）并招租印染企業(yè)入駐，為配套擴建項目的印染廢水處理，于2021年2月啟動二期印染廢水治理及中水回用工程（二期污水項目）建設(shè)，土建與設(shè)備安裝施工以及閉水試驗于2022年8月初結(jié)束。二期污水項目占地位于一期污水處理工程（規(guī)模2000 m3/d，占地7664 m2）東側(cè)，預(yù)留土地面積僅為4890 m2，業(yè)主要求二期工程處理規(guī)模達到8000 m3/d，并實現(xiàn)45%工藝回用。從建設(shè)條件看，可用土地面積小與待處理廢水量大、出水標準高的處理要求存在較大的不匹配性，對工藝設(shè)計及施工提出相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。一期和二期工程平面相對位置見圖1。

圖1 一期和二期工程占地平面位置Fig. 1 Layout plan of phase Ⅰ and phase Ⅱ projects

2 污水處理工藝流程

本工程的工藝流程見圖2。

整個工藝流程可劃分為預(yù)處理、一級處理、二級處理、三級處理及污泥處理5個單元，其中二級處理單元由厭氧膨脹顆粒污泥床（EGSB）+缺氧池（A）+好氧池（O）構(gòu)成。整套流程包含構(gòu)、建筑物14個，少部分與一期共用和在一期位置上改造，余者均在二期預(yù)留用地上新建，工程設(shè)計體現(xiàn)集約化和低碳化特點，并考慮出水可以穩(wěn)定達標，因此設(shè)置了以混凝沉淀工藝運行的終端沉淀池作為保障設(shè)施，具體情況見后續(xù)分析說明。

3 工程設(shè)計的集約化低碳化特征

3.1 二期工程與一期工程統(tǒng)籌設(shè)計

二期工程設(shè)計以利舊、以新帶老和設(shè)施共享為主要原則。利舊主要包括共用機械格柵渠、酸堿中和池、應(yīng)急事故水池、污泥調(diào)理池；以新帶老主要是改造一期污泥處理車間并實現(xiàn)一、二期共用，淘汰一期污泥脫水設(shè)備，提高污泥處理效率和效果；設(shè)施共享包括：新建虹吸設(shè)施將一期調(diào)節(jié)池與二期調(diào)節(jié)池連通，實現(xiàn)污水調(diào)蓄目標；新建出水巴氏計量槽與一期共用，在一期好氧池頂部新建生物除臭設(shè)施并于一期共享，淘汰一期出水巴氏計量槽和堿液噴淋除臭設(shè)施。

3.2 處理構(gòu)建筑物集成布局與雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計

主要處理單元集成于兩個矩形水池即綜合池一和綜合池二。綜合池一為雙層鋼砼結(jié)構(gòu)，集成了曝氣調(diào)節(jié)池、初沉池、厭氧配水池和中間沉淀池。綜合池一下層為曝氣調(diào)節(jié)池，底部標高為-6.7 m，池頂標高為+0.3 m；其余水池布局在上層，池頂標高為+12 m，實物模型化圖見圖3，平面布局示意見圖4。

圖3 綜合池一、綜合池二和EGSB實物模型化圖（比例尺1∶7500）Fig. 3 Model of integrated pool，integrated poolⅡand EGSB（scale1∶7500）

圖4 綜合池一平面布局示意Fig. 4 Layout plan of the integrated poolⅠ

綜合池二集成了缺氧池+好氧池（A/O系統(tǒng)）、二沉池、終沉池、膜車間進水提升池、污泥濃縮池、加氯加藥間、鼓風(fēng)機房、硝化液回流泵、在線監(jiān)測室，平面布局示意見圖5。

圖5 綜合池二平面布局示意Fig. 5 Layout plan of the integrated pool Ⅱ

A/O系統(tǒng)為單層構(gòu)筑物，其中好氧池設(shè)計為泥膜組合工藝，前半段為普通活性污泥法，后半段為生物接觸氧化法（生物膜法），填料選用半軟性組合填料，分兩層安裝，單層高度為4 m。由于好氧池深度較深（12 m），池中安裝水下推流器，保障水流順暢通行。綜合池A/O系統(tǒng)以外的為雙層鋼砼結(jié)構(gòu)，其中二沉池下部集成布局了污泥濃縮池、加藥間、鼓風(fēng)機房、硝化液回流泵房；終沉池下層集中布局有辦公室、值班室、在線監(jiān)測室。綜合池二底部標高為-2.00 m，頂部標高為+10.00 m，其中下層構(gòu)建筑物頂部標高為+4.00 m。

綜合池一和綜合池二的設(shè)計特點包括3個：1）雙層結(jié)構(gòu)有效利用了空間；2）好氧反應(yīng)池的泥膜組合工藝實現(xiàn)了高效處理污水；3）矩形水池集成布局可以共用池壁，節(jié)約了土建材料和建造工期。這種設(shè)計方法有效解決了土地面積與處理水量的突出矛盾，并實現(xiàn)了出水穩(wěn)定達標。

綜合池一和綜合池二各構(gòu)筑物主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 綜合池一和綜合池二各構(gòu)筑物的主要設(shè)計參數(shù)Table 1 Parameters of each structure of integrated pool Ⅰ and integrated pool Ⅱ

3.3 厭氧EGSB鋼結(jié)構(gòu)罐體高度國內(nèi)首位

本工程采用第三代厭氧反應(yīng)器——EGSB，4座（圖3），直徑13.5 m，高度30 m，設(shè)計高度為國內(nèi)首位，且由于土地面積有限，施工難度極大。EGSB設(shè)計以高脫色率為主要原則，水力停留時間為51.4 h，COD容積負荷較低，為2.0 kg/（m3·d），遠小于《厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器廢水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2023—2012）中給定的范圍〔10～30 kg/（m3·d）〕；設(shè)計反應(yīng)器進水色度為640倍，類比相近停留時間的工程案例，反應(yīng)器脫色率可達80%～90%，COD去除率達到60%，大大減輕后續(xù)處理單元的負荷〔3-4〕。厭氧基本不消耗動力，屬于高效節(jié)能設(shè)備，低碳特征明顯。

3.4 雙膜深度處理系統(tǒng)采用換向進水模式

設(shè)計采用超濾（UF）+反滲透（RO）雙膜系統(tǒng)進行深度處理，以達到回用水標準。膜系統(tǒng)的運行實踐表明RO膜組件由于進水中的雜質(zhì)會在膜表面積累，導(dǎo)致膜污染以及膜元件產(chǎn)水不均衡，需要頻繁化學(xué)清洗RO膜，這將產(chǎn)生清洗廢水和縮短膜壽命。本工程的RO膜采用進水于膜兩側(cè)的定期自動切換模式，可使膜面上的殘留物不易積累，延長清洗周期和膜壽命，減少化學(xué)清洗藥劑耗量、清洗廢水量和廢膜組件產(chǎn)生量，實現(xiàn)低碳化設(shè)計與應(yīng)用。

3.5 生物除臭濾池高效節(jié)能

收集曝氣調(diào)節(jié)池、初沉池、中間沉淀池、厭氧配水池、缺氧池、污泥濃縮池的臭氣量約為21590 m3/h，采用除臭生物濾池工藝，并實現(xiàn)以新帶老目標。一期工程配套了雙堿吸收噴淋系統(tǒng)處理臭氣，但該處理場地勢較低，噴淋后排放高度為18 m，雖達到處理要求，但排放口與周圍村莊地勢高度相差不大，廢氣排放對周圍村莊造成不利的環(huán)境影響。二期工程設(shè)計時考慮將一期廢氣引入新建的4座除臭生物濾池一并處理，排氣筒設(shè)置在30 m高的EGSB頂部，很好地解決了臭氣對周圍大氣環(huán)境的二次污染問題。由于生物濾池具有優(yōu)勢菌群可根據(jù)廢氣成分的波動進行自我調(diào)整的優(yōu)點，無需人工干預(yù)，因此運行能耗低、自動化程度高。除臭設(shè)施建于一期好氧池頂部，有效利用了空間。

3.6 預(yù)留預(yù)埋位置和空間精準化設(shè)計

水質(zhì)復(fù)雜的工業(yè)污水處理流程一般較長，涉及單元之間的污水、污泥管線、儀表、電氣管線等連接之處的數(shù)量較多，如果預(yù)埋預(yù)留位置和空間偏位有遺漏，管線排布不優(yōu)化，后期的施工活動對水池的防裂非常不利，如管線排布過密可能導(dǎo)致混凝土開裂。本工程設(shè)計階段非常重視這一問題，圖紙經(jīng)多次內(nèi)部及外聘專家會審，防止出現(xiàn)預(yù)留不準、預(yù)埋不全等問題，保證了工程施工的順暢、安全和質(zhì)量。

4 工程運行效果與成本分析

4.1 工程運行效果分析

工程試運行45 d，進水量為4000 m3/d，每2 d取水樣進行檢測，試運行期間各單元處理效果分析見表2。

表2 工程運行效果分析Table 2 Analysis of engineering operation effect

試運行期間生產(chǎn)規(guī)模未達到滿負荷，廢水量僅為設(shè)計規(guī)模的50%。從終沉池出水水質(zhì)參數(shù)對標看，各指標均低于相應(yīng)標準值，出水達標；EGSB的脫色率為87.5%，系統(tǒng)總脫色率達到98.1%。從運行時間分析，由于時間較短，EGSB的污泥多以絮狀存在，對有機物和色度的去除尚未達到峰值水平，今后EGSB穩(wěn)定運行并形成良好的顆粒污泥床后，污水的處理效果還有一定的改善潛力。此外由于試運行進水規(guī)模未達到滿負荷，以目前的運行效果預(yù)測滿負荷運行的效果可能存在一定的不確定性。

4.2 工程建設(shè)成本與運行成本分析

工程總投資=土建費用+工藝設(shè)備費用+工程設(shè)計費+其他費用=3246.25+3990.55+378.72+374.30=7989.82萬元。

由于膜車間尚未運行，其運行費用不計入成本核算。運行成本=電費+工資+藥劑費+維修費+設(shè)備折舊費+管理及其他費用=1.02+0.07+1.01+0.55+1.45+0.33=4.43元/t。終沉池試運行未投加絮凝劑，因此該成本比全部設(shè)施正常運行的費用會低些。

5 結(jié)語

浙江某印染企業(yè)二期項目8000 m3/d廢水處理工程具有工藝優(yōu)化、構(gòu)建筑物集成布局與雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計、EGSB高度為國內(nèi)首位、預(yù)留預(yù)埋設(shè)計精準、設(shè)備選型高效節(jié)能，工程整體上集約化低碳化特征明顯，很好地解決了用地緊張與處理水量大、出水標準高之間的矛盾，高質(zhì)量的設(shè)計為高質(zhì)量的施工與設(shè)備安裝提供了保障，工程已順利通過竣工驗收，施工與設(shè)備安裝質(zhì)量得到驗收專家的一致肯定。工程試運行的效果表明，終沉池出水水質(zhì)較好，各指標均低于標準。該工程可以成為行業(yè)內(nèi)可供參考的典型范例。