某北方建材化工园区工业污水处理厂设计实例与探讨

方 浩，陈林倩，陈 辰，归显扬

（中材国际水务科技（合肥）有限公司，安徽 合肥 230088）

建材、化工行业在我国经济发展中的作用越来越大，不仅显示了我国综合国力的强弱，也影响着普通人民的生活水平。但其在发展中也带来严重的环境问题，尤其是水污染问题愈加严重。随着国家及人民环保意识的不断提高，针对环保行业的相关要求及标准也越来越严格。建材化工园区工业污水具有排放量大、污染物种类复杂、毒性高等特点，且工业园区内的各个企业所使用的污水生化处理工艺基本一致，处于落后状态，必须对现有的工艺进行优化，将固有的均衡进水和污水大分子结构打乱，使难以降解的有机物转化为易分解的有机物，实现稳定达标排放的目标[1-4]。

本文从某北方建材化工园区现状出发，通过对现有污水处理工艺的分析研究，探讨了建材化工园区工业污水处理厂出水的处理流程，以期为国内其他类似建材化工园区工业污水处理厂提供设计参考。

1 项目简介

某北方建材化工园区规划建设污水处理厂一座，用于收集该化工园区排放的工业污水。根据发展规划，该园区主导产业为建材、电石化工和高新技术材料。通过对园区企业实地走访和现场调研，根据企业排放的工业污水量，并考虑一定富裕量，本污水处理厂按照工程近期2 000 m3/d，远期4 000 m3/d的规模进行设计。

2 处理工艺

2.1 设计进出水水质

本污水处理厂进水为园区内企业循环排污水等工业生产性排放水，处理后出水主要回用于企业工业用水及道路浇洒、绿化用水。因此，本工程污水处理后出水应当同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准、《城市污水再生利用城市杂用水水质》及《城市污水再生利用工业用水水质》。通过以上水质标准对比，同时遵从出水水质从严的原则，本污水处理厂设计进出水水质、处理程度如表1所示。

表1 设计进、出水水质及处理程度

2.2 工艺选择

2.2.1 预处理工艺

本工程考虑到污水来源主要为企业循环排污水，属于清净下水，硬度、TDS 较高，SS 较低，水质水量波动较大，因此，预处理段主要设置粗格栅、提升泵房用于拦截漂浮物和原水提升，但考虑到沿线管线会有部分小块头的漂浮物和小颗粒的砂砾进入管网系统，因此，格栅仅设置细格栅去除中途进入管网的小而轻的漂浮物，同时设置平流式沉砂池去除污水沉砂；设置均质调节池用于均化水质、水量；为了确保污水厂能储存事故水，根据环评要求需设置事故储存池；循环排污水除盐处理前，除了格栅、沉砂及均质调节外，还需降低水中硬度、胶体、SS等污染物，常用降低水中硬度的设施有高效沉淀池，预处理工艺为混凝、沉淀、过滤。

2.2.2 石灰软化工艺

石灰软化工艺主要有混凝反应沉淀池、高效沉淀池（高密度澄清池）等。

传统混凝沉淀池通常采用机械搅拌混凝+絮凝搅拌机+斜板/斜管沉淀池。高效沉淀池是将反应、斜管沉淀、澄清综合为一体的水处理构筑物，同时配以外部污泥回流和外部投药混合组成的一个完整的净水系统。

相较于传统混凝沉淀池，高密度澄清池占地面积小，对进水水质适应能力强，出水水质稳定，处理效果好，操作简单，药剂用量节约，故结合进水水质及现场运行管理情况，本工程采用高效沉淀池（高密度澄清池）。

2.2.3 软化、除碱度工艺

软化、除碱度分为药剂软化法和离子交换软化法。

由于离子交换软化法需预先除去碳酸氢盐使水硬度减小，不能直接用Na型阳离子交换法对水进行软化，而石灰-纯碱软化法适用于硬度高、碱度低，即永久硬度高的水。石灰用以降低水的碳酸盐硬度，纯碱用于降低水的非碳酸盐硬度，且无再生废液，排污仅为污泥沉淀，可与混凝沉淀同时进行；石灰+纯碱价格低，投加量小，运行成本低，操作简单，没有繁琐的再生过程等。结合北方建材化工园区特点，本工程采用石灰+纯碱药剂投加法。

2.2.4 脱盐工艺

目前常用的脱盐技术主要有离子交换、电渗析、电吸附、反渗透技术等。根据本工程水质情况及特点，双膜法更为适合。采用膜法脱盐工艺具有相对投资低，运行成本合理，工艺更成熟稳定，且出水水质好，长期可以改善循环水系统水质，提高循环水系统浓水倍率，减少排污等特点。所以本工程推荐反渗透作为脱盐工艺。

2.2.5 污泥处理工艺

考虑到本项目的污泥来自于高效沉淀池，但鉴于高效沉淀池具有污泥重力浓缩功能，同时，污泥属于无机化学污泥，含水率为98%左右，因此，本项目不单独设置浓缩功能的处置设施。

从脱水设备部分配置、进泥含固率要求、脱水污泥含固浓度、运行状态、操作环境、脱水设备占地、冲洗水量、实际设备运行需调换磨损件等方面比较分析，本项目选择脱水效果最好的板框压滤机作为污泥脱水方案。

2.3 污水处理系统工艺流程

经综合分析，结合占地面积、运营管理、基建投资、运营成本等因素，园区污水处理总体工艺流程组成：预处理（格栅、提升+沉砂+均质调节、事故调节+石灰软化设施）+过滤器+自清洗过滤器+UF装置+RO装置。

本工程污水处理工艺流程如下：

各股废水通过重力流进入格栅及提升泵站，经泵提升方式进入沉砂池，将粗重砂沉淀去除，出水进入原水调节池进行匀质，经过高效沉淀池（高密度澄清池）降低硬度（由于中水进水硬度及含盐量经过浓缩后都很高，不利于直接用反渗透除盐。考虑中水的硬度和碱度较高，采用石灰乳+碳酸钠投加装置去除硬度）；同时投加适量的杀菌剂，降低水中的COD及微生物，同时加入适量的混凝剂增强混凝沉淀效果，以去除水中的悬浮物。高效沉淀池出水自流进入中间水池，经泵提升至石英砂过滤器，出水进入滤后水池，滤后水经提升泵提升进入自清洗过滤器，自清洗过滤器作为超滤装置的保安过滤器，进一步去除水中悬浮物，以保证满足超滤装置的进水水质。经过自清洗过滤器处理后水进入超滤装置，进一步去除水中的悬浮物、胶体、微生物以及大分子有机物，保证出水浊度≤1.0 NTU，SDI≤3，出水进入超滤产水池。超滤设备的滤后水经超滤水泵提升进入管道混合器，与酸加药设备送来的酸、阻垢剂加药设备送来的阻垢剂、还原剂加药设备送来的还原剂进行混合反应，以调整pH值，还原多余的氧化剂及进行阻垢稳定处理，出水进入5 μm 保安过滤器，去除5 μm 及以上直径颗粒，并经RO 高压泵注入反渗透设备，进行反渗透脱盐处理。反渗透处理的出水进入反渗透产水池，最后经泵加压送至循环水补水点及其他用水点。

反渗透浓水排入浓水池，经外排泵送至园区企业进行拌灰。高效沉淀池的泥渣水经泥渣提升泵送至污水处理站污泥脱水间进行脱水处理。

生产过程中需对超滤和反渗透设备进行维护、清洗。设置化学清洗设备、酸加药设备、碱加药设备对超滤和反渗透设备进行清洗，以保持膜的正常通量。

主要工艺流程图如图1所示。

图1 污水处理工艺流程图

3 工艺设计

3.1 污水处理系统

（1）粗格栅及提升泵站。格栅井1座，为地下式钢筋混凝土结构，平面尺寸10 m×6.9 m，深7.5 m，配置回转式格栅2 台（1 用1 备）、无轴螺旋输送机1 台、附壁式手动闸门4 台，污水提升泵（潜污泵）3 台（2 用1 备）；提升泵站1座，为地上式框架结构，平面尺寸10 m×7.3 m，高5 m，配置电动单梁悬挂起重机1 套。主要用于去除来水中较大的杂物。

（2）沉砂池、原水调节池、酸碱废水池、事故池（合建）。地下式钢筋混凝土结构1 座，其中沉砂池平面尺寸5.9 m×0.7 m，有效水深0.4～0.5 m，配置排砂潜污泵1台，主要将污水中无机砂粒进行沉降并排砂；原水调节池，平面尺寸7.15 m×9.5 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，停留时间为4.3 h，配置潜水搅拌器1台、污水提升泵（潜污泵）3台（2用1备），主要对来水进行均质调节；酸碱废水池，平面尺寸4.5 m×4.5 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，配置双曲面搅拌机1 台，主要用于储存膜车间酸碱废水；事故池，平面尺寸12.0 m×14.0 m，深4.5 m，有效水深4.0 m，停留时间8 h，配置潜水搅拌机2台、事故水提升泵（潜污泵）2台（1用1备）。主要用于储存事故状态下的污水和处理不达标的出水。

（3）预处理车间。地上式框架结构1座，平面尺寸21 m×12 m，建筑高度7.2 m，地上一层。配置高效沉淀池成套设备1 套，处理水量为104 m3/h，主要设计参数：快混时间60 s，絮凝反应时间12 min，沉淀区液面负荷14 m3/m2·h，设混合搅拌机2台，絮凝搅拌机2台，中心传动刮泥机2 台，污泥泵（螺杆泵）3 台（2 用1 备），斜管；PAM 制备投加装置1 套；混凝剂投加装置1 套；石灰储存投加装置1套；碳酸钠储存投加装置1套；电动单梁悬挂起重机1套。主要用于对来水进行初步处理，降低SS和部分COD。

（4）膜处理车间。地上式框架结构1座，平面尺寸40 m×20 m，建筑高度7.8 m，地上二层。预处理单元配置原水提升泵3 台（2 用1 备）、石英砂过滤器3 台、过滤器反洗水泵2台；超滤UF单元配置滤后水提升泵3台（2用1备）、网式自清洗过滤器2套、超滤膜组器2台、滤后水提升泵2 台、超滤反冲洗管道混合器1 只、UF 化学清洗设备1套、次氯酸钠加药系统1套、电动单梁起重机1台、超滤反洗CEB 加碱系统1 套、超滤反洗CEB 加酸系统1 套；反渗透单元配置反渗透进水泵3 台（2 用1 备）、进水管道混合器1套、一级反渗透保安过滤器2台、一级反渗透高压泵2台、一级反渗透装置2套、反渗透段间增压泵2台、反渗透冲洗泵1台、次阻垢剂溶液投加设备1套、还原剂溶液投加设备1套、杀菌剂溶液投加设备1套；回用水池系统配置回用水泵2台；浓水收集系统配置浓水输送泵2 台；酸储罐（V=5 m3）1 台、碱储罐（V=5 m3）1台、卸酸泵1台、卸碱泵1台、酸雾吸收器1台、喷淋洗眼器1台。主要用于对来水进行深度处理，使之达标。

（5）中间水池、滤后水池、超滤产水池、RO浓水池、清水池。钢筋混凝土结构1 座，平面尺寸34.25 m×4.8 m，深4.5 m。主要用于储存各种产水。

3.2 污泥处理系统

针对本项目的使用情况，污泥主要为高效沉淀池的化学污泥和少量进水带来的无机污泥，本污水厂处理过程中产生的干污泥量为0.85 t/d，含水率98%～99%的湿污泥量为42.5～85 m3/d，该部分污泥经过调理后，再经污泥脱水机脱水到含水率60%的泥饼，送至填埋场填埋。

污泥脱水间。地上式框架结构1座，平面尺寸14.0 m×10.0 m，高度12 m，地上二层。配置板框压滤机1套、空压机系统1套、压榨水箱及压榨水泵1台、滤布清洗系统1套、污泥泵（螺杆泵）2台、铁盐储存投加装置1套、电动单梁悬挂起重机1套。

4 运行效果

本污水处理厂改造完成后，运行效果稳定。实测平均进出水水质情况见表2。从表2 可以看出，实测平均出水水质满足设计出水水质标准。

表2 实测进、出水水质

5 结论

本项目结合建材化工园区排水特点及业主对出水的水质要求，合理选用污水处理流程，采用预处理（格栅、提升+沉砂+均质调节、事故调节+石灰软化设施）+过滤器+自清洗过滤器+UF 装置+RO 装置，污泥处理采用污泥浓缩、调理+板框压滤脱水，处理后的出水同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准、《城市污水再生利用城市杂用水水质》及《城市污水再生利用工业用水水质》，可为国内其他类似建材化工园区工业污水处理厂提供设计参考。