某化工園區廢水處理工程設計實例

許 明，劉偉京，涂 勇，蔡偉民，蔣永偉，吳 偉

（1. 江蘇省環境科學研究院，江蘇 南京 210036；2. 江蘇省環境工程重點實驗室，江蘇 南京 210036；3. 江蘇省環境工程咨詢中心，江蘇 南京 210036；4. 江蘇常熟新材料產業園管委會，江蘇 常熟 215522）

江蘇省太湖流域工業經濟較為發達，重污染行業比重大，污染物排放總量遠超過環境的承載能力［1-2］。目前，江蘇省太湖流域有化工企業近5 000家，年排放化工廢水140 M t。化工園區企業排放的廢水水質復雜， 具有水質水量變化大、難降解、有毒、鹽度高、可生化性差等特點，屬典型的有毒有害難降解的工業廢水［3-4］。DB 32/T1072—2007《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》［5］中將化工廢水的排放指標限值提高至COD≤80 mg/L，ρ（NH3-N）≤5 mg/L，TN≤15 mg/L， TP≤0.5 mg/L，這給化工廢水的處理帶來極大的挑戰。為保證出水穩定達到該排放標準，污水處理廠需采取一系列措施強化其處理效果：1）采用物化處理工藝高效去除特定廢水（如含氟廢水）中的有毒無機物［6］；2）強化生化處理，尤其是采用厭氧水解降解大分子污染物并破壞發色基團，改善廢水的可生化性［7-9］，同時采用強化好氧處理去除有機物和NH3-N［10］；3）以深度處理工藝作為保障措施，進一步處理二級生化出水，提高出水水質［11］。

本工作以太湖流域某氟化工工業園污水處理廠為研究對象，探討化工園區污水處理廠的穩定達標情況和技術經濟指標，以期為化工園區廢水的治理提供借鑒。

1 工程概況

1.1 化工園區廢水的基本情況

園區污水處理廠進水pH為6～9、COD≤500 mg/L、ρ（氟化物）≤20 mg/L、ρ（NH3-N）≤25 mg/L、TN≤40 mg/L、TP≤4 mg/L、ρ（總鹽）≤4 000 mg/L。該化工園區規劃面積15.02 km2，已開發8.0 km2。園區重點發展氟化工及相關新材料、精細化工和生物化工等主導產業。在40家接管企業中，氟化工及相關新材料企業18家，占企業總數的45%，排水量約為4 000 m3/d，主要產品為聚四氟乙烯、六氟丙烯、無水氟化氫、二氟一氯甲烷、二氟乙烷、二氟甲烷、二氟一氯乙烷和其他氟系列產品；精細化工企業13家，占企業總數的32.5%，排水量約為3 000 m3/d，主要產品為染料中間體和農藥中間體；生物化工企業2家，占企業總數的5%，排水量約為500 m3/d；其他企業7家，占企業總數的17.5%，排水量約為2 500 m3/d。

該化工園區的40家企業均設有預處理設施，其中氟化工及相關新材料企業采用二級或三級物化沉淀工藝，主要去處氟化物和部分難降解物質；精細化工和生物化工企業采用物化預處理—生化處理工藝，主要去除難降解物質、氮和磷；其他企業采用物化處理工藝，去除主要COD和磷。

1.2 污水處理廠的工程概況

根據廢水水質的特點及預處理情況，污水處理廠以“分質調節—混凝沉淀—厭氧水解—缺氧生物處理—好氧生物處理”作為主體工藝。廢水處理的工藝流程見圖1。根據廢水水質的不同，將進入污水處理廠的廢水分為3類：啤酒廠廢水、難降解廢水、其他工業廢水。采取分質處理的方法進行處理。難降解廢水主要表現為水質波動性大、可生化性差和色度高等特點，通過對該企業單獨設置污水收集管線，將這部分難降解廢水接入2#調節池，充分混合均勻。而其他工業廢水由于可生化性一般，可通過3#調節池調節后直接進入混凝沉淀池處理。在混凝沉淀池中加入聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、氯化鈣和氫氧化鈣，以去除廢水中的磷和氟化物。混凝沉淀池出水進入厭氧水解池，改善廢水的可生化性，去除部分難降解物質。厭氧水解池出水進入二沉池，進行厭氧污泥和上清液的分離。二沉池出水匯入調節后的啤酒廠廢水，采用A/O法進行生化處理，完成污水中有機物、氮、磷等污染物的去除，最終達標排放。

圖1 廢水處理的工藝流程

1.3 污水處理廠的主要構筑物及設備

污水處理廠的主要構筑物及設備見表1。

2 工程調試

工程調試階段的運行參數及調試結果見表2。調試啟動初期控制進水水量，間歇進水，間歇排水，持續約8 d，厭氧池內的DO約為0，缺氧池內的DO為0.5 mg/L，好氧池內的DO為2.5～3.5 mg/L；調試中后期逐漸增加進水量，直至滿負荷運轉，調試過程中不進行排泥。經過約43 d的調試，厭氧池的MLSS為8 000～10 000 mg/L；缺氧池的DO約為0.5 mg/L，M LSS=3 500～4 000 mg/L；好氧池的DO為3.0～4.0 mg/L，MLSS=2 500～3 000 mg/L；出水水質穩定。

表1 污水處理廠的主要構筑物及設備

表2 工程調試階段的運行參數及調試結果

調試初期（a）和調試后期（b）好氧池中的活性污泥形態見圖2。由圖2a可見，調試初期污泥結構松散。優勢微型動物由起初的鞭毛蟲和變形蟲逐步過渡為草履蟲和漫游蟲等游動型纖毛蟲，最后以鐘蟲為主。由圖2b可見，在調試后期還有少量后生動物輪蟲出現。以上結果表明，曝氣池活性污泥已培養馴化成功。化工廢水的水質、水量波動較大，連續進水馴化時，控制馴化節奏和時間尤為關鍵。逐步增加系統進水水量時，應加強運行監控、水質監測以及微生物鏡檢。調試過程中曾出現一次沖擊，調試人員采取投加粉末活性炭和增加曝氣池DO的方式，使系統較快恢復。

圖2 好氧池調試初期（a）和調試后期（b）的污泥形態

3 運行效果及技術經濟分析

3.1 運行效果

該工程于2011年6月底竣工經過近43 d的運行，系統運行穩定。廢水處理結果見表3。由表3可見：出水COD為35 mg/L，TN=5.2 mg/L，ρ（NH3-N）=3.1 mg/L，TP=0.15 mg/L，均達到DB 32/T1072—2007《太湖地區城鎮污水處理廠級重點行業廢水排放限值》中的排放標準；COD，TN，NH3-N，TP的去除率分別為91.1%，67.1%，70.5%，89.3%。

表3 廢水處理結果

3.2 經濟分析及環境效益

該工程設計規模1.0×104m3/d，工程總投資約5 000 萬元。直接運行費用1.50 元/ m3。工程實施后，每年減少COD，TN，NH3-N，TP的排放分別約為1 324.6，38.69，11.05，4.56 t，大幅改善了區域的水環境質量。

4 結論

a）采用“分質調節—混凝沉淀—厭氧水解—缺氧生物處理—好氧生物處理”工藝處理以氟化工和精細化工廢水為主的工業廢水，出水符合DB 32/T1072—2007《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》的要求，COD，TN，NH3-N，TP的去除率分別為91.1%，67.1%，70.5%，89.3%。

b）工程設計規模1.0×104m3/d，工程總投資約5 000 萬元，直接運行費用1.50 元/m3。每年減少COD，TN，NH3-N，TP的排放分別約1 324.6，38.69，11.05，4.56 t。明顯改善了區域水環境，為太湖流域污染的治理提供技術支撐。

c）化工廢水的水質、水量波動較大，調試中需加強對相應水質的監測和微生物鏡檢，通過投加粉末活性炭可增加污泥濃度，改善沉降性能，使得調試過程順利進行。

［1］ 楊旸，陸朝陽，凌洪吉，等.太湖流域工業廢水為主的污水廠提標改造工程調研［J］. 中國給水排水，2010，26（14）：42-46.

［2］ 張鳳娥，李飛，董良飛，等. 常州某紡織園印染廢水處理工藝改造研究［J］. 環境工程學報，2011，5（3）：589-592.

［3］ 朱煒，張銳，李輝. UASB-PACT-A/O-MBR工藝處理高氨氮化工廢水工程設計［J］. 給水排水，2013，39（5）：61-63.

［4］ 劉劍，馬魯銘，賴世華. 催化鐵內電解/生物膜法處理化工廢水［J］. 中國給水排水，2005，20（11）：55-57.

［5］ 江蘇省環境科學研究院，江蘇省環境監測中心，南京大學. DB 32/T1072—2007 太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值［S］. 南京，2008.

［6］ 李立，馬云飛，丁利群，等. 粉煤灰吸附-石灰沉淀處理高濃度含氟廢水［J］. 化工環保，2012，32（4）：301-304.

［7］ 張彬彬，于樓云，楊志林，等. 厭氧水解-接觸氧化-混凝氣浮工藝處理化工廢水［J］. 工業水處理，2013，33（1）：84-86.

［8］ Baêta B E L，Luna H J，Sanson A L，et al. Degradation of a model azo dye in submerged anaerobic membrane bioreactor (SAMBR) operated with powdered activated carbon (PAC)［J］. J Environ Manage，2013，128：462-470.

［9］ Su Chia Chi，Massakul P A，Chavalit R，et al. Effect of operating parameters on decolorization and COD removal of three reactive dyes by Fenton’s reagent using fluidized-bed reactor［J］. Desalination，2011，278（1）：211-218.

［10］ 張強，張文英，何義亮，等. 物化與生化組合工藝處理化工廢水的試驗研究［J］. 環境科學與技術，2006，29（12）：24-27.

［11］ 姜偉立，蔣永偉，鄒敏，等. 溫度對兩相厭氧消化工藝處理化工廢水的影響［J］. 中國給水排水，2011，27（17）：68-71.