某工业园区含重金属污水处理厂扩容提标改造工艺探讨

饶剑锋

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西 南昌 330000）

某工业园区一污水处理厂现状处理规模1万吨/d，设计出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的B标准。随着工业园发展，入驻企业规模快速扩张，该污水处理厂处理能力已跟不上污水量增长，园区生态环境保护压力日益加大。经过近些年进出水质指标监测，发现存在重金属超标现象，因此污水处理厂对《城镇污水处理厂污染物排放标准》中基本控制项目、一类污染物（Pb、As、Cd等）及选择控制项目（Cu、Zn等）的排放指标提标改造迫在眉睫，从一级B标准提高到一级A排放标准已势在必行。

1 污水厂进水和出水水质分析

1.1 污水厂现状水质分析

由于污水厂进水水质直接关系到处理工艺流程及其参数的选择、生产构筑物和设备容量的确定、工程造价以及污水处理厂处理成本。因此，合理确定污水进厂水质非常重要。

根据上述数据，污水厂经过多年的运行，基本控制项目实际进水水质低于设计进水水质，但一类污染物（Pb、As、Cd等）及选择控制项目（Cu、Zn等）的进水水质时有超标。

1.2 污水处理厂设计进出水质

根据资料，污水处理厂排放水体为Ⅲ类水体。现状污水处理厂执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的B标准。但根据当地环保部门要求，污水处理厂排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准的A标准。本项目设计进出水质如下：

表2 设计进、出水水质表 单位：mg/L

2 污水处理工艺分析

根据污水处理厂污水来源、进水水质和出水水质的要求，本工程须采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二级生物处理工艺（生化处理系统）以及除重金属离子的物化深度处理工艺（重金属深度处理系统）。

2.1 生化处理系统处理工艺

2.1.1 水质分析及处理需求

（1）可生化性与有机物去除，污水处理厂主要任务是去除污水中的有机物，主体处理工艺可采用生物法处理。BOD5和CODCr是污水水质监测中常用的两个水质指标，通常，BOD5/CODCr比值越大，说明污水可生物处理性越好，当比值大于0.3即可考虑生物处理的工艺。本工程进水水质BOD5/CODCr=300÷500=0.6，污水可生化性较好，故采用生物处理工艺。

（2）脱氮需求，进水中TN指标为70mg/L，BOD5/TN=4.3，可认为污水中有足够碳源可供反硝化细菌利用，无需额外添加碳源即可满足反硝化排放要求。

（3）除磷需求，污水中含磷较高，仅靠生物除磷一般难于达标排放，因此要投加除磷药剂辅助除磷。

（4）进水水质的复杂性及出水水质的保障，对于园区，进水水质情况较为复杂，需考虑多种突发情况，在工艺路线设计中要充分考虑，保证在不利条件下污水处理厂也能可靠运行。

上述分析，污水处理工艺流程包括一级处理段、二级生物处理段、深度处理段，同时考虑污泥的处理与处置。

2.1.2 一级处理工艺

主要包括格栅、沉砂池、调节池及事故池、混合反应沉淀池等处理设备和处理设施。

（1）格栅及提升泵房，为保证污水提升泵不被堵塞，需在泵前设置粗格栅。为防止进水酸碱度对后续生物处理以及构筑物的影响，需在进水泵房前的进水井设置pH调节系统，调节pH。

（2）细格栅及沉砂池，在提升泵后设置细格栅，用来去除水中的漂浮物及浮渣，确保后段处理设施正常工作。

表1 现状污水处理厂设计进水水质与运行监测进水水质（单位：mg/L）

沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m³的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。本设计推荐采用曝气式沉砂池。

（3）调节池及事故池，本项目处理对象为工业废水，水质水量变化较大，通过设置调节池来净化水质、调节水量，减少原水水质水量冲击负荷对后续处理单元的影响。考虑到突发事件影响，在处理单元中设置事故池，保障污水处理系统的正常运行。

（4）混凝沉淀，为有效去除污水中的较大颗粒物，在调节池后，污水将进入混合反应沉淀池中，进一步加药反应沉淀，以期达到更好的物化处理效果。

2.1.3 常规二级处理工艺

（1）SS的去除，去除污水中的SS主要靠沉淀作用。污水中无机颗粒和大尺度有机颗粒靠自然沉降作用来去除，小尺度有机颗粒靠微生物的降解去除，而小尺度的无机颗粒则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用，与活性污泥絮体同时沉淀被去除。为降低出水中的悬浮物浓度，应在工程中采取适当措施，确保出水SS指标达到10mg/L以下。

（2）BOD5去除，去除污水中的BOD5是靠微生物的吸附和代谢作用，再分离污泥与水来完成。微生物好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，且代谢产物是无害的稳定物质。因此，可使处理后污水中的残余BOD5浓度保持在10mg/L以下。

2.1.4 污水脱氮除磷工艺

由于常规二级处理达不到脱氮除磷的功能要求。因此，必须对污水脱氮除磷工艺进行分析。

（1）氮的去除，反硝化菌在缺氧情况下可利用硝酸盐中的氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气，从而完成污水的脱氮目的，由于反硝化要求有碳源BOD5，根据资料，当水中的BOD5：N≥3.5时，反硝化就可顺利进行。

（2）磷的去除，污水除磷主要有生物除磷和化学除磷两大类。本工程要求出水总磷≤0.5mg/L，采用生物除磷难于完成，需要辅助化学除磷，以确保出水达标。

2.1.5 主要二级强化生物处理工艺

根据本工程的进出水水质指标，需采用除磷脱氮工艺，而本工程BOD5：P=37.5＞17、BOD5：N=8.5＞3.5基本满足生物除磷脱氮的条件，因此本工程采用生物除磷脱氮工艺，即二级强化处理工艺。

方案一：改良型氧化沟工艺特点

采用表曝机供氧及维持沟内流速。抗冲击负荷能力强。曝气效率平稳，污泥稳定，处理较容易。设备种类单一，数量较少，维护管理方便。设备投资较少、构筑物投资较多。运行能耗低，占地面积较大。

方案二：SBR工艺特点

采用鼓风机供氧，微孔曝气器曝气后氧利用率高。曝气效率初期高，运行后下滑。设备较多，运行管理复杂、要求高。设备投资较多、构筑物投资较少。运行能耗低，占地面积较小。

结论：两方案在技术上都是可行的，均能满足深度处理进水水质要求。但由于本污水处理厂占地不大，可利用的有效用地有限。因此推荐采用SBR工艺。

2.2 重金属深度处理系统处理工艺

重金属离子污水处理最主要的任务是去除污水中的砷以及锌、铜、镉、铬、铅等重金属离子，其处理工艺可以采用物化的方法进行处理。

2.2.1 砷的去除

砷酸盐和亚砷酸盐与大多数多价金属特别是铁离子能形成稳定的络合物，这些络合物被金属氢氧化物凝聚物所吸附共沉。用此法处理砷酸盐比处理亚砷酸盐效果好。所以在加铁盐前要先将三价砷氧化到五价砷，以提高处理效果。

原水中砷的浓度与投加铁盐浓度之比称为“铁砷比”（Fe/As），处理水中砷的残留浓度与砷铁比值有关。砷铁比与pH值是决定含砷废水处理效果的两大因素。如欲使处理水中As残留量处于较低的程度，必须采用较高的砷铁比。

2.2.2 重金属离子的去除

对于含重金属离子工业废水的处理，除满足国家和相关部门的排放或回用要求外，还要考虑经济性、适用性要求。实践中常用的化学法有：氢氧化物沉淀法、硫化法、电化学法、纳米药剂法等方法。其中，硫化法、石灰铁盐法处理的出水水质难以达到本工程排放标准要求，故排除。而纳米药剂法与电化学法可达到本工程排放标准要求，但电化学法受高盐分对出水水质的影响，处理后污泥的回收价值一般且占地面积较大，因此，为保证处理效果，且运行稳定，推荐处理工艺采用纳米药剂法。

2.3 出水消毒工艺

根据《城镇污水处理厂污染的排放标准》（GB18918-2002）的规定，污水处理厂出水必须进行消毒处理，并要求执行一级A标准的污水处理厂粪大肠菌群数最高允许排放浓度不超过1000个/L。因此，污水处理厂必须考虑和设置消毒设施，尽可能杀灭致病菌，避免引发公共卫生事件。因此，本项目主要通过次氯酸钠消毒及纳米催化电解技术作为消毒工艺进行比选。

方案一：现场电解制备次氯酸钠，最为安全的氯消毒方法，基本不衰减，液体低浓度投加，可准确控制加氯量，且不受公安部门管制，对环境无毒害，液态投药，安全性很好。但由于设备一次性投入较高，但运行成本低。

方案二：成品次氯酸钠，设备成本低，属于危险品，受公安部门管制，运输、贮存不安全，易降解，贮存时间短，运行费用较高，且运行费用不可控，每天衰减5%，会引起饮用水氯酸盐超标。

因此，本工程采用现场电解制备次氯酸钠消毒做为污水出水的消毒工艺。

图1 工艺流程图

3 结论

根据污水处理厂污水来源、进水水质和出水水质的要求，本工程须采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二级生物处理工艺（生化处理系统）以及除重金属离子的物化深度处理工艺（重金属深度处理系统），工艺流程包括一级处理段、二级生物处理段、重金属深度处理段、污水消毒段。其中，生物处理池，根据工艺方案比较，选用SBR工艺。重金属深度处理；根据工艺方案比较，选用纳米药剂法工艺。消毒池，根据方案比较，本工程采用现场电解制备次氯酸钠消毒。根据上述分析，该项目污水处理工艺拟采用如下工艺流程。