水解酸化+AAO+混凝沉淀+臭氧-BAF工艺在综合产业园废水处理中的应用

邱 迪，陈 卓，李 茜，范加良

(1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430060；3.长江三峡绿洲技术发展有限公司，湖北武汉 430063)

随着我国城市化进程的加快，城市功能分区日趋清晰，产业园区得到了迅猛的发展。据不完全统计，全国现有各类型产业园区约9万家。伴随着产业园区的增多，园区废水处理问题逐渐凸显。

产业园区废水处理通常采用两种模式：一种为企业废水经过预处理后排入市政管网，与生活污水混合后统一进入市政污水处理厂进行处理，但企业预处理过程中通常含有生物处理，导致企业排水中难生物降解的污染物较多，对市政污水处理厂的稳定运行会造成一定程度的不良影响，因此，该模式日益减少；另一种是单个或多个产业园区统一设置集中式污水处理厂，根据企业预处理后的废水水质水量特性，园区集中式污水处理厂采用有针对性的处理工艺和工艺参数。

目前，制药、印染、化工、造纸、机械加工等单一类型的产业园区的废水处理工程案例报道较多。这些产业园区的主要排水企业行业相同，园区废水特点比较鲜明，园区污水处理厂处理工艺针对性较强。随着各地对产业集群的培育，综合产业园区越来越多。综合产业园区废水大多可生化性较差、水质成分复杂、水质水量波动较大，给园区废水处理带来一定的难度。同时，综合产业园区的废水水质和水量受各类企业占比的影响，随着园区入驻企业的增加，园区废水水质可能存在较大程度的变化。因此，综合产业园区污水处理厂工艺和工艺参数的选取需要有一定的普适性，运行方式需要有一定的灵活性。目前，综合产业园区废水处理工程案例相对较少。本文以潜江某综合产业园废水处理项目为例，提出以“水解酸化+AAO+混凝沉淀+臭氧-曝气生物滤池(BAF)工艺”处理综合产业园废水，为类似项目提供参考。

1 工程规模及水质

潜江某综合产业园内企业以食品制造、家具加工、机械制造和混装制剂类制药企业为主。园区采用“预处理-纳管”的污水处理模式，企业污水经预处理达到公共纳管标准后，进入园区污水处理厂进行二次处理后达标排放[1]。园区污水处理厂主要接收园区内企业的生产和生活废水，处理后的尾水通过城南河汇入长江。

工程本期规模为1万m3/d，中期规模为2万m3/d，远期规模为4万m3/d。综合产业园内各类企业废水中常规污染物指标[化学需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、悬浮物(SS)、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)]的排放标准，优先执行对应行业的间接排放标准，无行业排放标准的执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)中B级标准。企业废水中第一类污染物一律在车间内处理达标。综合考虑园区定位、入驻企业种类和各类企业污水间接排放标准，确定综合产业园污水处理厂的设计进水水质(表1)。根据尾水受纳水体的环境功能和保护目标，确定污水处理厂的出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A标准。具体进出水水质指标如表1所示。

表1 污水处理厂设计进出水水质Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent of the WWTP

2 污水处理工艺方案

2.1 水质分析

园区现状的入驻企业以食品制造、家具加工、机械制造和化学试剂制造为主。食品制造企业为主要的废水排放企业，企业产品主要包含乳酸菌饮料、水果罐头和卤制品。现状各类企业废水排放情况如表2所示。

根据表2中园区现状入驻企业的排水情况，食品加工废水占总排水量的77%，混合废水总体上处理难度不大，但各类企业废水中均存在一定量的难生物降解物质。在工艺确定时需注意以下几点。

表2 现状企业废水排放Tab.2 Wastewater Discharge of Current Enterprises

(1)园区内大部分企业均在厂内设置了污水预处理系统，工艺以“物化预处理+生化处理”为主，容易物化处理和生物降解的污染物大多在企业内部的预处理系统中去除，导致企业排水中可能含有较多难以生物降解的污染物，造成园区集中式污水处理厂进水B/C值偏低[6-7]。

水解酸化池可以在一定程度上降低难降解污水的处理难度，并降低污水处理厂整体运行费用，已在国内很多工业园区污水处理厂预处理中使用[8]。因此，在污水处理生物池前设置水解酸化池，将难生物降解的大分子有机物水解为易生物降解的小分子有机物，提高生物反应系统整体处理效果。从多数工业园区污水处理厂运行的经验中了解到，传统生化处理出水中仍含有部分难生物降解有机物，导致生化处理出水CODCr质量浓度仍然难以满足≤50 mg/L的要求，需要在深度处理工艺中增设高级氧化工艺。栗文明等[9]对比了以臭氧、Fenton为代表的一系列高级氧化技术在工业废水深度处理中的应用。结合本项目废水排放情况，深度处理中采用臭氧-BAF组合工艺来保障出水CODCr稳定达标。水解酸化和臭氧-BAF工艺已在多个工业园区污水处理厂中应用。谭周权[10]以严陵工业园综合污水处理厂为例，采用预处理-水解酸化-改良型AAO-高效沉淀-臭氧接触氧化-BAF组合工艺，出水可稳定达标。

(2)卤制品加工企业、机械加工企业和家具加工企业废水中含有一定浓度的油类物质，为了避免油类物质对生物反应系统和深度处理系统的影响，在园区污水处理厂的预处理单元考虑除油。这类排水企业内部废水预处理中通常设置有除油设施，因此，企业排水中油类物质浓度较低。按照污水综合排放标准中三级标准，企业外排污水中石油类质量浓度≤20 mg/L，动植物油质量浓度≤100 mg/L。根据石艳玲等[11]对曝气沉砂池的运行效果评估，通过曝气沉砂池可将油类物质质量浓度控制在15 mg/L以内。因此，考虑在园区污水处理厂中设置曝气沉砂池。

(3)企业排水的水质和水量受企业排产计划和企业内部污水预处理系统运行情况的影响较大，因此，园区污水处理厂需要设置调节池和事故池，用于应对企业排水的波动和事故排水。目前国内工业园区污水处理厂通常均设置了一定容积的调节池和事故池，在项目投资和场地充裕的条件下，调节池和事故池容积宜适当放大。

2.2 工艺流程

污水处理厂工艺流程如图1所示。

园区污水处理厂设有事故池，当污水处理厂的进水水质大幅度超出设计限值时，超标废水暂时储存在事故池，待污水处理厂进水正常后，将事故池的污水小流量提升到调节池。

图1 工艺流程图Fig.1 Process Flow Chart

污水深度处理采用混凝沉淀+臭氧接触池+BAF+纤维转盘工艺。二沉池出水先通过混凝沉淀去除其中的大部分SS、P和部分有机物，降低SS对臭氧的消耗以及臭氧接触池的有机污染物负荷，提高臭氧接触池的臭氧利用率。臭氧接触池主要采用臭氧产生的羟基自由基将污水中难降解的有机物氧化，但完全靠臭氧接触池将难降解的有机物完全氧化是不经济的。在臭氧接触氧化池后设置BAF，经过臭氧氧化后部分难降解有机物氧化分解成易生物降解的有机物，再通过BAF的生物反应和过滤截留作用，主要去除污水中剩余的CODCr和SS。BAF出水进入纤维转盘滤池，确保SS达标排放。

污水处理流程中设置了多处超越，可根据进水的水质和水量情况，调整工艺的运行情况。当进水水质、水量波动较小时，曝气沉砂池出水可超越调节池直接自流进入水解酸化池进行处理，减少流程中提升次数，降低运行费用。当进水水质在较长时段内低于设计水质时，可根据实际情况，在臭氧接触池内不投加或少投加臭氧，同时根据臭氧接触池出水情况，选择单独超越BAF或同时超越BAF和纤维转盘滤池，降低运行费用。当BAF出水中SS已经达标，BAF出水可以超越纤维转盘滤池直接进入紫外消毒渠。

注：①粗格栅及提升泵房；②细格栅及曝气沉砂池；③调节池及事故池；④水解酸化池及AAO池；⑤二沉及污泥回流池；⑥混凝沉淀及臭氧接触池；⑦ BAF；⑧滤后水池及附属工房；⑨纤维转盘滤池；⑩紫外消毒渠及巴氏计量槽；冷却塔及集水池；臭氧设备间；液氧储罐；污泥储池；污泥脱水间；鼓风机房及配电间；进水仪表间及机修间；出水仪表间；综合楼；传达室；预处理离子除臭；污泥系统离子除臭图2 污水处理厂平面布置图Fig.2 Layout Plan of WWTP

水解酸化及AAO池的剩余污泥、混凝沉淀池的物化污泥由污泥排放泵排至污泥储池进行暂存，经污泥输送泵送至带式浓缩脱水一体机进行污泥脱水，使污泥含水率降低至80%以下，脱水后的污泥运送至厂外污泥处置中心进行集中处置。

污水厂设离子除臭设备对粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、污泥储池和污泥脱水车间的臭气进行收集处理。

2.3 厂区平面布置

污水处理厂平面布置如图2所示。

3 主要构筑物及工艺参数

3.1 粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池

粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池均设置1座，分2格，土建规模按2万m3/d实施，设备规模按1万m3/d安装，总水量变化系数为1.58。提升泵房设6个泵位，近期设潜污泵3台，2用1备，单台潜污泵规格为流量Q=320 m3/h、扬程H=22 m、功率N=37 kW，3台均为变频。曝气沉砂池停留时间为6.8 min，有效水深为2.2 m，曝气量为0.2 m3/(m3污水)。曝气沉砂池设置撇油设备，除去漂浮的油类物质，防止出现较高浓度的油类物质降低生化池曝气充氧效率、降低橡胶曝气器寿命等问题。

3.2 调节池、事故池

调节池与事故池合建，设计规模为1万m3/d，总水量变化系数为1.58。调节池设2格，总尺寸长×宽×高为25.0 m×22.6 m×6.5 m，停留时间为8 h。调节池内设潜水搅拌机和提升泵，具有较好的污水均质均量效果。事故池设1格，尺寸长×宽×高为25.0 m×11.0 m×6.5 m，停留时间为4 h。事故池内设置潜水搅拌机和潜污泵，具有暂存事故来水和将小流量事故废水掺入污水处理系统处理的作用。综合产业园污水处理厂的设计，需充分考虑来水水量和水质的波动性，在用地和投资较为充足的情况下，建议调节池和事故池池容适当做大，调节池池容建议按8～12 h的平均水量设计。

3.3 水解酸化池及AAO池

水解酸化池与AAO池合建，设计规模为1万m3/d。水解酸化池设1座，分为2格，总尺寸长×宽×高为42.3 m×19.2 m×7.0 m，采用完全混合式水解酸化池。水解酸化池由完全混合区、缓冲区和斜管沉淀区组成[12]。完全混合区设计平均污泥质量浓度为4 500 mg/L，有效停留时间为8.9 h，内设置潜水搅拌机。斜管沉淀区表面水力负荷为6 m3/(m2·h)。沉淀区下方设置大角度斜坡自动回流污泥至完全混合区，斜坡坡脚设置排泥槽，内设穿孔排泥管排泥，通过调整排泥量来控制污泥回流量。水解酸化池进水端设置污泥回流池至水解酸化池的补泥管，当水解酸化池进水BOD5浓度较低无法维持污泥浓度时，或在水解酸化池沉淀区跑泥时，通过减少排泥并适量补泥维持水解酸化池污泥浓度，充分发挥水解作用。

AAO池设1座，分为2格，总尺寸长×宽×高为42.3 m×38.3 m×7.0 m，总停留时间为21.2 h，其中厌氧段为2.9 h、缺氧段为5.8 h、好氧段为12.5 h，设计污泥质量浓度为3 500 mg/L，污泥负荷为0.12 kg BOD5/(kg MLSS·d)，混合液回流比为200%，污泥回流比为50%～100%，最大曝气气水比为8.6∶1。

3.4 二沉池及污泥回流池

为了充分利用厂区用地，二沉池进水配水井、辐流式二沉池和污泥回流池合建，进水配水井与污泥回流池设置于两座辐流式二沉池中间的异形用地。二沉池进水配水井设1座，用于2座二沉池进水水量的均匀分配。辐流式二沉池设2座，单座尺寸为Φ18.5 m×4.5 m(高)，表面水力负荷为0.78 m3/(m2·h)，沉淀时间为3 h。污泥回流池设1座，内设污泥回流泵和剩余污泥排放泵，回流污泥通过泵提升至AAO池厌氧区和水解酸化池。可以根据水解酸化池内的污泥浓度，为水解酸化池补泥。

3.5 混凝沉淀及臭氧接触池

混凝沉淀池、臭氧接触池和中间提升泵房合建，设计规模为1万m3/d。混凝沉淀池设1座，分为2格，总池体尺寸长×宽×高为22.8 m×17.5 m×5.3 m。混合池和絮凝池采用机械搅拌，混合池停留时间为2 min，聚合氯化铝(PAC)设计最大投加量为30 mg/L。絮凝池停留时间为15 min，聚丙烯酰胺(PAM)设计最大投加量为1 mg/L。沉淀池上部设置斜管沉淀区，斜管区表面水力负荷为2.5 m3/(m2·h)，下部污泥区设置带浓缩栅条的中心传动刮泥机，提高污泥区污泥浓度，运行中通过监测污泥区泥层高度，调整排泥量。

臭氧接触池与中间提升泵房总尺寸长×宽×高为22.8 m×9.0 m×7.0 m，最大臭氧投加量与去除CODCr质量比为3∶1，接触氧化区有效停留时间为60 min，分3段，容积按4∶3∶3分配。接触氧化区后设置曝气吹脱区，防止水中残余臭氧进入后续的BAF，吹脱区停留时间为33 min，吹脱区曝气强度为3.7 m3/(m2·h)。吹脱区后端为中间提升泵房水泵吸水井。中间提升泵房设卧式离心泵3台，2用1备，单台水泵规格为Q=240 m3/h、H=15 m、N=15 kW，3台均为变频。中间提升泵出水管一路至BAF池配水井，另一路至纤维转盘滤池进水渠，可根据臭氧接触池出水水质选择是否超越BAF池。

臭氧接触池配套氧气源臭氧发生器2台，单台臭氧产量为7 kg/h，2用。配套液氧储罐1台，容积为50 m3，液氧储罐区周边设置硬化地面和铁艺围栏，液氧储罐区防火要求执行《建筑设计防火规范(2018版)》(GB 50016—2014)。为防止液氧使用过程中液氧汽化器结冰，保证臭氧发生器的氧气供应，液氧储罐配备2套空温式汽化器，1用1备，单套汽化能力不小于氧气用气量的2.5倍。

3.6 BAF

设上向流BAF 1座，设计规模为1万m3/d，分为4格，单格尺寸长×宽×高为9.0 m×8.5 m×7.5 m，滤料层高度为4 m。BOD5容积负荷为0.18 kg BOD5/(m3·d)，滤池表面水力负荷为1.53 m3/(m2·h)，空床停留时间为2.6 h，最大曝气气水比为4.5∶1。反洗周期为24～48 h，反洗过程为单独气洗4 min，气洗强度为14 L/(m2·s)；气水联合冲洗6 min，其中气洗强度为14 L/(m2·s)，水洗强度为 3 L/(m2·s)；单独水洗10 min，水洗强度为6 L/(m2·s)。

配套设置滤后水池1座，为滤池提供反洗用水，水池有效容积不小于单格滤池反洗水量的1.5倍。滤池反洗过程反洗水泵所需扬程随着滤后水池水位的下降而不断增加，为防止水洗过程中水洗强度波动较大，在用地较为充足时，可将滤后水池有效水深控制在4 m以内。用地紧张时滤后水池水深较深，反洗过程中滤后水池水位波动较大时，反洗水泵需采用变频泵，增大水泵高效运行的工况范围。

3.7 纤维转盘滤池

设纤维转盘滤池1座，设计规模为1万m3/d，分为2格，总尺寸长×宽×高为7.1 m×5.5 m×3.5 m，每格设1套纤维转盘设备，单套设备含直径为2 m的过滤盘片6片，滤速为8.3 m/h。纤维转盘滤池设超越管，当BAF出水SS达标时，可超越纤维转盘滤池进入紫外消毒渠。

3.8 紫外消毒及巴氏计量槽

紫外消毒渠和巴氏计量槽合建。紫外消毒渠土建规模按2万m3/d实施，设备规模按1万m3/d安装。紫外消毒渠设1座，分为2格，单格设紫外消毒灯管40根。紫外消毒渠末端集水池内设回用水泵，为带式浓缩脱水机提供冲洗用水，并为臭氧发生器配套的板式换热器提供外循环冷却水。

巴氏计量槽设1座，内设喉口宽度为450 mm的巴氏计量槽1套，测量流量为4.5～630.0 L/s。

3.9 污泥处理系统

污泥处理系统土建规模按2万m3/d实施，设备规模按1万m3/d安装。设置污泥储池1座，分2格，总尺寸长×宽×高为6.0 m×6.3 m×4.5 m，暂存污水处理过程中产生的剩余污泥和物化污泥，污泥储存时间为10 h。污泥脱水间设带式浓缩脱水机机位3个，一期设脱水机2台，单台带宽为1 m。

3.10 除臭系统

因预处理单元和污泥处理单元间距较远，分别设置除臭设施，除臭设备形式采用离子除臭。预处理离子除臭处理风量为7 000 m3/h，收集并处理粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池臭气。污泥系统离子除臭处理风量为8 500 m3/h，收集并处理污泥储池和污泥脱水车间臭气。

4 运行效果分析

4.1 设计工况运行情况预测

根据设计进出水水质和处理工艺，预测各处理单元污染物去除效果如表3所示。

4.2 实际运行情况

本工程于2018年8月建成投产，但因综合产业园企业入驻率较低，实际收纳的工业废水较少。为降低工业废水处理难度，并充分发挥工程效益，将污水处理厂附近区域生活污水引入厂内处理。2021年日平均处理水量约为8 500 m3/d，其中工业废水占比约为60%。目前实际进水水质低于设计最大进水水质，实际运行时臭氧接触池未投加臭氧，其出水超越BAF直接进入纤维转盘滤池，经过滤消毒后外排。实际的进水水质和各处理单元主要污染物去除效果如表4所示。

5 技术经济分析

本项目工程直接费用为4 826万元，折合吨水投资为4 826元/m3。按设计水质和水量测算直接运行费用为1.399元/m3，具体的直接运行费用组成如表5所示。

由于目前实际进水量小于设计进水量，实际进水水质低于设计水质，实际的直接运行费用为0.755元/m3，实际的直接运行费用组成如表6所示。

表3 各处理单元沿程去除率 (设计水质)Tab.3 Removal Efficiencies along the Treatment Process (Designed Water Quality)

表4 各处理单元沿程去除率 (实际水质)Tab.4 Removal Efficiencies along the Treatment Process (Actual Water Quality)

表5 直接运行费用 (设计水质)Tab.5 Direct Operation Costs (Designed Water Quality)

表6 实际直接运行费用Tab.6 Actual Direct Operation Costs

6 结论

(1)综合产业园区内的排水企业通常涵盖的行业较多，园区废水中污染物成分较为复杂，水质水量波动较大，同时经排水企业内部预处理后的废水通常含有较多难生物降解的物质，以上因素给综合产业园区废水处理带来了较大难度。采用“水解酸化+AAO+混凝沉淀+臭氧-BAF”组合工艺处理以食品制造、家具加工、机械制造和混装制剂类制药企业为主的综合产业园废水，出水水质可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。本工程对于类似的综合产业园区废水处理系统的设计具有很好的参考和借鉴作用。

(2)工程吨水投资为4 826元/m3，设计工况下直接运行费用预计约为1.399元/m3。实际低进水水质时，直接运行费用为0.755元/m3。