山西某经济开发区的废水处理工艺设计

李飞飞, 张 祥, 雷 敏, 庞 娅

（1.山西清泽阳光环保科技有限公司,山西 太原 030024；2.长沙学院,湖南 长沙 410003）

山西某经济开发区,主要是以煤焦、化工、冶炼、机械铸造和建材为特色的符合工业生态系统的工业产业集聚区,开发区80余家企业,其中较大型企业共计35个。该开发区涉及产业门类较多,主要为煤焦、化工、机械加工、材料加工、铸造、玻璃加工、建材、电力和农副产品加工。产生的废水成分复杂、含盐量高,具有难生物降解的特性［1］。经预处理的废水进入此污水处理厂后,废水中剩余的有机物大部分难以生化降解,COD和氨氮更高,BOD会比常规污水更低［2］。考虑水量比较大,本着节能减排的原则,建设规划部分出水处理到满足回用水要求后回用。纳滤产水主要流向附近电厂等企业,作为企业脱盐水制备系统的原水；浓水经处理后可回用至附近企业,用于洗煤水等对水质要求不高的用途。本项目污水排放口设置于某河流,出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）》中的一级A标准。

1 设计进、出水水质

目前,开发区排污量约5.3×104t/d,主要废水来源为煤化工废水,部分企业排放的生产废水COD、氨氮等污染物浓度很高、可生化性较差。部分企业排水含脱盐水站和循环冷却水排污水,预计污水厂进水中将含有一定量的盐分。

建设规模：7×104t/d,主要处理对象为园区工业废水及各企业及生活区排放的生活污水。

该污水处理厂出水部分处理到满足回用要求后回用为附近电厂等企业锅炉补给水的原水；其余尾水到达标排放,出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918－2002）一级 A 标准［3－4］。

设计进出水水质对照如第163页表1所示。根据进、出水水质比较,该污水处理厂排放水处理工艺以去除有机物为主,同时具有脱氮的功能；而回用水处理工艺以软化脱盐为主。

2 工艺流程的选择

2.1 园区污水的水质特性

2.1.1 污水的可生化特性

园区污水 BOD5/CODcr＝0.3。由于 BOD5/CODcr＜0.35,表明园区污水的可生化性较差,生化处理难度较大。废水来源含有大量焦化废水,这些水经过园区各企业的预处理系统处理之后,大部分可生化降解的有机物都已经被降解,废水中所剩有机物有很大一部分为难降解有机物。为达到出水标准,必须尽可能提高废水的可生化性,并且采用混凝沉淀等物化方法进行预处理和后处理,才能够实现难降解有机物去除目标。

2.1.2 污水的反硝化特性

园区污水BOD5/ρ（TN）＝150/100＝1.5。由于BOD5/ρ（TN）＜3.0,故表明污水的碳源不能满足反硝化需求,需要外加碳源。

表1 设计进、出水水质 mg/L

2.2 工艺流程

废水经园区排水管网输送重力自流入污水厂进水泵房,进水泵前设粗格栅。进水泵提升后废水经过细格栅进入调节池,调节水质水量。调节池出水通过泵送入反应沉淀气浮池预处理,去除部分SS、油分及难降解有机物。出水进入生化池,依次经过水解酸化、缺氧、好氧处理。在水解酸化段,大分子有机物被分解成小分子,废水的可生化性提高,再经过脱氮并去除可降解有机物,然后经二沉池沉淀。生化出水经过循环澄清池反应沉淀去除SS和磷,最后采用超滤＋纳滤双膜法软化除盐,以满足回用要求。回用水流向钢铁厂、热电厂及其他有用水的企业,作为回用水制备系统原水。

超滤＋纳滤双膜法的设计回收率为80%。占污水总量20%的浓水由于富集了较高浓度的难生化降解有机物,采用fenton法氧化去除难生化降解COD后,经过沉淀池＋循环澄清池（投加粉末活性炭去除剩余微量COD）＋浸没式超滤处理后,达到出水标准。尾水经白石南河最终排放入汾河。

废水处理工艺流程及水量平衡如图1所示。

图1 处理工艺流程及水量平衡图

二沉池排放剩余污泥和沉淀池排放化学污泥在储泥池混合,采用机械浓缩＋板框脱水机脱水至含水率低于60%后外运,进附近电厂掺烧处置。

3 主要构筑物及设计参数

3.1 调节池和事故池

调节池与事故池合建。调节池用于调节进水水量与水质,保障后续处理系统的正常稳定运行。同时,使后续构筑物可按平均时流量进行设计,利于缩小投资规模。事故池用于在企业因种种事故排放出超过设计负荷的废水时,暂时储存事故废水,并通过提升泵缓缓送入废水处理系统,以免对系统造成过大的冲击负荷。调节池设置2格,总停留时间按12h设计；事故池设1格,停留时间按6h设计。

总体布置：设置1座,平面尺寸为46.0m×149.0m,有效水深8m。其中,调节池2格,单格尺寸49.0m×45.0m×8.5m,有效容积35 280m3；事故池1格,尺寸49.0m×45.0m×8.5m,有效容积17 640m3。调节池和事故池前端设细格栅。

3.2 反应沉淀气浮池

反应沉淀气浮池集破乳、混凝、絮凝、pH调节、气浮、沉淀等功能于一体。反应段投加硫酸亚铁、氢氧化钠和絮凝剂。硫酸亚铁作为混凝剂的同时,还可沉淀废水中的硫化物。混凝絮凝反应需在中性条件下进行,由于投加了铁盐,废水可能呈现弱酸性,需投加氢氧化钠中和。

总体布置：设置4座,气浮池尺寸27.0m×17.5m×6.0m,带泥斗,采用重力排泥排渣,每座分4组并联运行；每座气浮池附设污泥池1座（尺寸6.6m×6.6m×3.5m）,设备区1座（钢结构雨棚,20.5m×6.6m×6.0m）。

3.3 生化池

生化池含水解酸化段、缺氧段和好氧段。

总体布置：设置2座,水解酸化池、缺氧池、好氧池合建,共2座,每座分2个系列。单座总尺寸202.0m×73.0m×8.5m。

水解酸化池采用完全混合的氧化沟型式,提高抗冲击负荷能力,每座分成2格,有效水深8m,水力停留时间24h。缺氧池每座分成2格,有效水深8m,水力停留时间11h。好氧池每座分成2格,有效水深7m,水力停留时间38h。

混合液回流比5∶1,污泥回流比1∶1,混合液质量浓度4gMLSS/L。

3.4 循环澄清池

总体布置：设置3座,循环澄清池包含反应区和斜板沉淀区。单座总平面尺寸为25.2m×18.9m,有效水深5.0m。

加药区内添加粉末活性炭、混凝剂和PAM,用于进一步去除COD和SS。

3.5 Fenton反应器

设计规模：用于去除双膜系统排放的浓水中的COD,浓水水量14 000m3/d。

总体布置：设3组fenton反应器,并联运行。

3.6 加药间

总体布置：设置加药间1座,含干粉药剂加药间、液体药剂加药间、药剂储存间、值班室等。加药间1层,建筑平面尺寸18m×42m,层高8m。内设钢砼结构硫酸亚铁配药池1座,分2格,总尺寸4.6m×8.9m×4.5m。

其中包括双氧水（fenton反应用）、氢氧化钠（反应沉淀气浮池、生化池和fenton反应用）、浓硫酸的储罐（fenton反应用）、PAC（循环澄清池用）、硫酸亚铁（反应沉淀气浮池和fenton反应用）、PAM（反应沉淀气浮池、循环澄清池和fenton反应用）、磷酸盐（生化池用）及粉末活性炭（生化池用）的溶解配制装置及投加设备。

3.7 浓水循环澄清池

总体布置：按总规模1.4×104m3/d设计。循环澄清池包含反应区和斜板沉淀区,总平面尺寸为25.2m×18.9m,有效水深5.0m。

加药区内添加粉末活性炭、混凝剂和PAM,用于进一步去除COD和SS。

3.8 储泥池

设计规模：储泥池设置1座。生化池的剩余污泥通过剩余污泥泵排入储泥池,反应沉淀池及fenton反应沉淀池产生的化学污泥也通过污泥泵排入储泥池。储泥池内的上清液通过上清液管排入厂内污水管,流入进水泵房格栅井。

总体布置：储泥池分2格,平面总尺寸32.0m×16.5m,每格净尺寸为15.0m×15.0m,有效水深4m,总有效池容积1 800m3,停留时间约12h。池内设潜水搅拌机,防止污泥沉积。

4 工程效益

本工程项目是一项水环境治理的系统工程,项目的实施对改善园区及周边地区的环境、实现地方经济可持续发展具有战略意义。

本工程的实施对缓解黄河流域水环境污染状况有积极的促进作用。作为一项重要的环保工程,本工程的建设将有效地改善经济开发区的环境条件,对改善居民生活条件和居民健康水平有十分重要的作用。

经计算,该工程的实施,每年将减少向黄河流域排放污染物如下：一期,COD总量为11 242t/a、BOD5为3 577t/a、SS为9 965t/a、氨氮为1 022t/a、总磷为192t/a；二期,COD总量为22 630t/a、BOD5为7 665t/a、SS为18 433t/a、氨氮为2 044t/a、总磷为411t/a。

5 结论

山西某经济开发区主要聚集了煤化工、机械加工等行业,产生的废水水量大、水质水量变化大、难生物降解、含有一定的盐度。建设规模为7×104t/d时,采用气浮＋水解酸化＋A/O组合工艺。本着节能减排原则,部分出水经超滤＋纳滤双膜法软化除盐后,回用为附近电厂等企业锅炉补给水的原水。经过近一年的运行,通过对各COD、BOD、氨氮等指标的测定,发现运行效果良好,出水水质达到排放标准和回用标准,部分处理出水回用作锅炉补给水原水,提高了水资源利用率,大大减少了工业区的用水量,实现了水资源的循环利用,削减了该经济开发区对黄河流域的污染。

参考文献：

［1］ 纪钦洪,于广欣,张振家.煤化工含盐废水处理与综合利用探讨［J］,水处理技术,2014,40（11）：8－11.

［2］ 刘乐.煤化工废水处理技术应用分析［J］.山西化工,2017,37（4）：150－152.

［3］ 周鹏飞,雷睿,陈莉,等.工业园区综合废水处理提标改扩建工艺设计及优化运行［J］,中国给水排水,2016,32（20）：71－74,79.

［4］ 马昕,安东子,寇彦德,等.焦化废水膜法组合深度处理工艺设计与应用［J］,工业水处理,2017,37（4）：102－105.