某工业园区污水处理厂工艺设计

王小聪， 王梦， 纪东成， 李群伟， 蔡青青

（1.武汉佳园环境工程有限公司， 武汉 430070； 2.武汉高德红外股份有限公司， 武汉 430205）

广东某工业园区是一座包括机械装备制造、 五金不锈钢制品、 电子信息产业、 新材料制造集群的工业园。 污水处理厂主要服务于工业园区的工业企业及居民集中区， 服务面积约为5.26 km2。 园区企业对废水进行预处理后， 排放至园区污水处理厂进行集中处理。 根据以往设计经验［1-3］， 本项目采用预处理-水解酸化-多段多级AO-磁混凝高效沉淀池-反硝化深床滤池-紫外消毒工艺， 在二级生物处理为主的基础上， 辅以化学除磷， 并利用反硝化深床滤池达到脱氮要求。 本项目已完成施工图设计， 目前处于施工阶段。 通过对本项目污水处理工艺的设计研究， 以期为类似项目的污水处理提供一定的借鉴。

1 设计规模及进出水水质

1.1 设计规模

本项目为工业园区污水处理厂， 污水处理规模为24 000 m3／d， 分2 期建设， 近期建设规模为12 000 m3／d， 其中生活污水5 000 m3／d， 工业废水7 000 m3／d。

1.2 设计进出水水质

本项目污水包括生活污水和工业废水2 部分，工业废水占比58.3%。 工业园的主导产业为机械装备制造、 五金不锈钢制品和电子信息产业、 新材料等战略性新兴产业。 园区企业对废水进行预处理，第一类污染物需按环评批复要求和各企业的行业标准达标排放， 第二类污染物达到广东省地方标准DB 44／26—2001《水污染物排放限值》中的第二时段三级标准后送往园区污水处理厂进行处理。 主要污染因子为COD、 SS、 TP 和石油类， 可能还含有部分重金属及有毒物质。

出水执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准， GB 3838—2002 Ⅳ类标准未注明的其他指标， 执行GB 18919—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准和DB 44／26—2001 第二时段一级排放标准的较严者。 设计进出水水质如表1 所示。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 污水处理工艺

2.1 污水处理工艺选择

进水COD 浓度较高， m（BOD5）／m（COD）约为0.325， 可生化性一般， 需要严格控制污水中有毒有害物质浓度， 同时需要对污水进行混凝沉淀、 水解酸化等预处理， 提高污水的可生化性， 才能保障生化处理的正常运行。

为了达到良好的生化处理效果， 优先选择工艺成熟稳定、 具有强化脱氮除磷功能的污水处理工艺。 多段多级AO 工艺成熟、 运行稳定、 处理效果好、 运行案例丰富［4-5］。 由于本工程的出水要求达到GB 3838—2002 Ⅳ类标准， 必须通过深度处理进一步去除COD、 TN、 TP 等污染物， 需采用化学除磷和具备强化脱氮功能的污水处理工艺。 磁混凝高效沉淀池工艺成熟， 应用广泛， 药剂投加量少，除磷效果好； 反硝化深床滤池在污水深度处理中有很多成功应用案例， 对TN、 TP、 SS 的去除均有明显的效果［5］。 因此， 深度处理采用磁混凝高效沉淀池-反硝化深床滤池组合工艺。

2.2 污水处理工艺流程

为了保证处理后出水的高水质要求， 本工程采用预处理-二级生物处理-深度处理的污水处理工艺。 预处理采用事故调节池、 粗／细格栅、 曝气沉砂池、 调节池和混凝沉淀池， 生化处理采用水解酸化-多段多级AO 工艺， 深度处理采用磁混凝高效沉淀池-反硝化深床滤池工艺， 污水处理产生的污泥， 采用机械浓缩-污泥调理-隔膜板框压滤机脱水后外运处置。 具体工艺流程如图1 所示。

图1 污水处理工艺流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

3 主要构筑物及设计参数

（1） 进水分配井。 1 座， 尺寸为4.00 m×4.00 m×6.75 m， 设有进水管、 出水管及2 根应急排放管， 应急排放管与事故池连通， 通过闸门控制，事故状态下， 关闭出水管和其中1 根应急排放管，将事故水引入事故池暂存。

（2） 事 故 池。 1 座， 平 面 尺 寸 为35.20 m ×37.30 m， 有效水深为5 m， 事故池通过廊道分成5格。 搅拌器5 台， 直径为1 800 mm， N ＝4.0 kW。 事故池高进低出， 通过进水分配井内闸门控制。 排空泵1 台， Q ＝10 L／s， H ＝12 m， N ＝2.2 kW， 库备。

（3） 粗格栅及进水泵房。 1 座， 尺寸为15.70 m×8.30 m×8.10 m。 土建按照远期设计， 设备按照近期安装。 格栅除污机2 台， 渠道宽1 100 mm，栅间距为20 mm， 安装角度为75°， N ＝1.1 kW。进水泵房尺寸为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， 水力停留时间分别为18 min 和12 min。 潜污泵3 台， 2 用1备， Q ＝400 m3／h， H ＝13 m， N ＝30 kW。

（4） 细格栅及曝气沉砂池。 1 座， 土建按照远期设计， 设备按照近期安装。 细格栅池的尺寸为12.30 m×12.10 m×7.00 m， 回转细格栅2 台， 渠道宽1 100 mm， 栅间距为1.0 mm， 安装角度为75°， N ＝1.1 kW。 曝气沉砂池尺寸为12.50 m×12.10 m×7.00 m， 有效水深6 m， 水平流速为0.1 m／s， 水力停留时间为29 min。 链板刮砂机1 台， 宽1 000 mm， N ＝0.75 kW； 电动管式撇渣器1 台， DN 350 mm， N ＝0.55 kW； 砂泵2 台， Q ＝30 m3／h， H ＝6 m， N ＝1.6 kW； 砂水分离器1 台， Q ＝72 m3／h， N ＝0.55 kW； 罗茨鼓风机2 台， Q ＝160 m3／h， P ＝6 m，N ＝4 kW。

（5） 调节池。 1 座， 尺寸为43.85 m×15.20 m×7.75 m， 有效容积为3 882 m3， 水力停留时间为7.8 h， 设1＃ 搅拌器2 台， 直径为500 mm， n ＝480 r／min， N ＝2.5 kW； 2＃ 搅拌器4 台， 直径为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 组， 尺寸为12.90 m×7.90 m×5.60 m， 快速反应池1 个， 反应时间为3.2 min； 慢速反应池3 个， 反应时间为29.8 min； 沉淀池1 座分3 组， 尺寸为26.00 m×15.60 m×4.75 m， 单组沉淀池平面尺寸为26.00 m×5.00 m， 有效水深为3.5 m， 表面负荷为1.28 m3／（m2·h）。 池内设链板刮泥机1 台， L ＝22 m， B ＝5 m，N ＝1.2 kW。 混凝沉淀池出水进入中间水池。 中间水 池 尺 寸 为8.85 m × 6.65 m × 7.75 m， 有 效 水 深6.35 m， 设3 台潜污泵， 2 用1 备， Q ＝400 m3／h，H ＝7 m， N ＝15 kW。

（7） 水解酸化池。 1 座分2 组， 尺寸为53.30 m×14.00 m×8.00 m， 有效水深为7 m， 水力停留时间为9.8 h。 采用12 套流量为36 ～50 m3／h 的多点布水器进行布水， 保证布水均匀； 设置42 套PP／ES混纺平板填料， 单套平面填料框架尺寸为4.00 m×2.00 m×1.50 m， 膜间距为0.3 m， 倾角为60°。

（8） 多段多级AO 池。 1 座分2 组， 尺寸为53.30 m×27.40 m×7.00 m， 有效水深为6 m， 包括厌氧区、 一级缺氧区、 一级好氧区、 二级缺氧区、二级好氧区、 三级缺氧区及三级好氧区， 各区水力停留时间分别为1.5、 1.8、 2.8、 1.8、 2.8、 2.0、 2.8 h， 总停留时间为15.5 h。 混合液悬浮固体质量浓度为4 000 mg／L， 污泥龄为15 d， 污泥负荷为0.2 kg［BOD5］／（kg［MLVSS］·d）。 每组厌氧区、 缺氧区各安装2 台搅拌器， 单台N ＝0.75 kW。 穿墙回流泵2 台， Q ＝70 L／s， H ＝2 m， N ＝1.5 kW， 控制混合液内回流比为100%～200%。

（9） 二沉池。 2 座， 周进周出辐流式沉淀池，直径为25 m， 有效水深为4 m， 表面负荷为0.51 m3／（m2·h）， 配套1 台中心传动单管吸泥机。

（10） 磁混凝高效沉淀池。 1 座， 尺寸为17.45 m×9.00 m×9.25 m。 混合絮凝区共分成4 格， 有效水深3.75 m， 总反应时间为20 min。 混凝搅拌器2 台， 直径为1.2 m， 转速为75 r／min， N ＝7.5 kW；絮凝搅拌器2 台， 直径为1.6 m， 转速为20 r／min，N ＝2 kW。 沉淀区直径为9 m， 有效水深为6.20 m，斜管区表面负荷为8.9 m3／（m2·h）。 设中心传动刮泥机1 台， 直径为9 m， N ＝0.75 kW。 配套高剪切机1 台， 处理能力为50 m3／h， N ＝1.5 kW； 磁粉回收系统1 套， 处理能力为50 m3／h， N ＝4.0 kW； 回流污泥泵3 台， 2 用1 备， Q ＝70 m3／h， H ＝15 m， N ＝4.0 kW， 污泥回流比为28%； 剩余污泥泵2 台， 1用1 备， Q ＝30 m3／h， H ＝10 m， N ＝1.5 kW。

（11） 反硝化深床滤池。 1 座分3 组， 尺寸为29.94 m × 15.40 m × 6.00 m， 包括滤池、 清水池、废水池、 加药间、 风机房等功能区。 滤池尺寸为16.69 m×9.50 m×6.00 m， 分成3 格， 设计滤速为3.44 m／h， 强制滤速为5.17 m／h， 水反冲洗强度为8.26 m3／（m2·h）， 气 反 冲 洗 强 度 为50.21 m3／（m2·h）。 卵石承托层厚度为0.38 m， 滤料层厚度为1.83 m。 设罗茨风机2 台， 1 用1 备， Q ＝40.5 m3／min，P ＝65.5 kPa， N ＝90 kW； 反洗泵2 台， 1 用1 备，Q ＝400 m3／h， H ＝13 m， N ＝22 kW； 乙酸钠储罐1 台， V ＝20 m3； 乙酸钠投加泵2 台， 1 用1 备，Q ＝500 L／h， H ＝0.4 mPa， N ＝0.55 kW， 设计投加量为30 mg／L。

（12） 紫外消毒渠。 1 座分2 条， 尺寸为12.90 m×3.10 m×3.30 m。 设备按照近期安装1 套， Q ＝12 000 m3／d， K ＝1.6， N ＝10.24 kW。

4 污水处理工艺特点分析

（1） 针对工业园区污水水质、 水量波动大的特点， 本项目设置事故调节池和综合调节池， 均衡进水水质和水量的波动。

（2） 工业园区污水中COD 浓度高， 难降解有机物含量高， 设置混凝沉淀预处理和水解酸化单元， 改善污水的可生化性。 水解酸化单元采用多点布水器， 配水和布水均匀， 具有较好的水力搅拌作用， 节能、 清堵方便； 填料采用框架式平板填料，比表面积大， 微生物量多， 安装方便， 易于施工。

（3） 生化处理采用多段多级AO 脱氮除磷工艺， 具有平均污泥浓度高、 碳源利用充分、 处理效率高、 抗冲击负荷能力强的优点［6］。

（4） 出水TP 标准高， 首先采用多段多级AO工艺强化生物除磷， 再采用磁混凝高效沉淀池化学除磷， 组合除磷措施保证TP 达标排放。

（5） 为了确保出水TN 稳定达标， 采用反硝化深床滤池深度处理工艺， 并投加碳源， 增强TN 的去除效果［7］。

5 工程投资及成本费用

本项目总投资额为12 631 万元， 其中工程建设费8 528 万元。 本项目运行费用包括人工费、 水费、 电费、 药剂费、 污泥处置费、 设备维护费、 管理及其他费用， 核算污水处理成本为2.01 元／t。

6 结语

（1） 采用混凝沉淀-水解酸化-多段多级AO-磁混凝高效沉淀池-反硝化深床滤池-紫外消毒组合工艺处理经企业预处理后的工业园区综合污水，出水水质达到GB 3838—2002 Ⅳ类标准（ρ（TN） ≤15 mg／L 除外）。

（2） 本项目水解酸化单元采用多点布水器进行布水， 保证布水均匀； 采用PP／ES 混纺平板填料替代传统的组合填料， 将显著提高水解酸化池的处理效率。

（3） 本项目采用多级多段AO 工艺和反硝化深床滤池， 可根据进水情况灵活调整运行模式， 保证出水COD、 TN 达标。 如何充分利用生化系统的脱氮性能， 减少反硝化深床滤池脱氮的碳源投加量，有待在以后的设计和运行中进一步研究。