地埋式一體化污水處理設備在工業廢水中的應用分析

程玉紅 趙曉琴

（中平能化集團天成環保工程有限公司，河南 平頂山 467000）

隨著工業的發展， 工業污水成為擺在人們面前的一個大問題，尤其是在化學工業、石油化工、輕紡、制藥、食品和造紙等行業中， 所排放的污水具有種類多、 成分復雜、COD 濃度高、可生化性差和有毒害等特點。 如果不能有效地加以處理， 將會對環境造成十分嚴重的污染和破壞[1-2]。

我國現行的污水排放標準有 《污水綜合排放標準》《城鎮污水處理廠污染物排放標準》及當地環保部門的具體要求。 目前工業廢水處理方法可分為4 大類，即物理處理法、化學處理法、物理化學處理法和生物處理法。 廢水的水質情況不同，選擇的方法也不同。 在生物處理法中，只要污水的可生化性比較好，就可應用具有處理效率高、能耗低、產泥量少、管理方便、占地面積小等優點的地埋式一體化污水設備。

小規模的與生活水類似的工業污水大多采用地埋式一體化污水處理設備， 而一體化污水處理設備類型較混亂，處理工藝不同，存在如何合理地選擇和設計等諸多問題。 本文結合某市郊區化工廢水處理項目，對“地埋式污水處理設備” 這種小規模分散式的設計進行了介紹和分析。

1 地埋式一體化污水處理設備的介紹

1.1 地埋式一體化污水處理設備的簡介[3]

地埋式一體化污水處理設備是以生化反應為基礎，將預處理、生化、沉淀、消毒、污泥回流等多個功能不同的單元有機地結合在一個設備之中而形成的污水處理組合體。 該設備不僅適用于城市排水管網難以覆蓋的城市邊緣地帶和新區以及經濟相對落后的廣大農村、 小城鎮地區， 還可以處理與城市生活污水性質類似的部分工業廢水和醫院、涉外賓館等產生的城市特種廢水。 國家有關政策規定城市特種廢水未經處理不得直接排入市政排水管網。

1.2 地埋式一體化污水處理設備的優勢

地埋式一體化污水處理設備主要有以下特點： ①投資和運行費用少。 地埋式一體化污水處理設備投資少，操作和管理方便，不需對操作人員進行專門的培訓，只需適時對設備進行維護和保養，所以，運行費用也很低。 ②可埋入地表以下，地表可作為綠化或廣場用地，因此該設備不占地表面積，不需蓋房，更不需采暖保溫。 ③地埋式污水處理系統為鋼結構，上面覆土300—500mm。 鋼結構池采用國內首創的互穿網絡防腐涂料防腐， 它是一種橡膠網絡與塑料網絡互相貫穿形成的互穿網絡聚合物， 它能耐酸、堿、鹽、汽油、煤油，耐老化、耐沖磨，能帶銹防銹。 一般來說，設備涂刷該涂料之后，防腐壽命可達12年以上。④設備中的生物處理工藝采用推流式生物接觸氧化池，它的處理優于完全混合式或二、 三級串聯完全混合式生物接觸氧化池。 并且它比活性污泥池體積小，對水質適應性強，耐沖擊性能好，出水水質穩定，不會產生污泥膨脹。同時在生物接觸氧化池中采用了新型JYD 立體彈性填料，它具有實際比表面積大，使用壽命長，微生物掛膜、脫膜方便的特點，在同樣有機負荷條件下，相比其它填料對有機物的去除率高，能提高空氣中的氧在水中的溶解度。⑤由于選用的地埋式污水處理設備在生物處理工藝中采用了生物接觸氧化池， 其JYD 立體彈性填料的體積負荷比較低，微生物處于自身氧化階段，因此產泥量較少。 此外， 生物接觸氧化池產生的污泥的含水率遠遠低于活性污泥池產生的污泥的含水率。 因此，污水處理設備產生的污泥量較少，一般僅需90 天左右排一次泥。 ⑥污水處理設備配套全自動電氣控制系統及設備損壞報警系統，設備可靠性好，因此平時一般無需專人管理，只需定期對設備進行維護和保養。

2 工程項目的設計應用

根據《建設項目環境影響報告表》及相關環保要求，廢水須達到國家排放標準才能排放。 因目前本工程項目的化工企業僅安裝了一條生產線， 產生的生產廢水總量僅為14t/周，廢水量小，建造污水處理系統不經濟，所以將生產廢水定期送往污水處理廠進行處理。 生活污水通過化糞器初步處理后排入污水處理管網， 進入市政污水處理廠進行處理。 現在準備安裝另一條生產線， 并在2017年以前將產能提升至1.8 萬t·a-1。 隨著產能的逐步提升，生產廢水及生活污水量將增加，根據環保三同時的要求，廠區需建設配套的污水處理系統。 本項目選擇地埋式一體化污水處理設備有以下幾點原因： ①本化工企業位于市郊，使用獨立的污水處理系統會節約大規模的管網；②企業建設污水處理系統的土地有限， 利用地埋設備可以節約土地，還可以進行地表綠化美化環境；③本項目的廢水既包括生產廢水， 也包括生活廢水， 兩種廢水同時處理，可生化性較強。

2.1 工程概況

本項目對生產廢水及生活污水進行處理。 生產廢水包括組件清洗廢水和油劑廢水。 水量分別為：組件清洗廢水10t·d-1，油劑廢水6t·d-1，生活污水60t·d-1。

處理廢水的特點：組件清洗廢水含有大量的懸浮物，氨氮含量高，并且可生化性差；油劑廢水COD 含量高，石油類含量高，可生化性非常差。 另外，水質水量波動較大，油劑廢水及組件清洗廢水均為定期排放， 污水排放不連續，易形成水質水量沖擊。

這些特點要求我們找到適用于這種工業生活污水的處理方式，由于管理水平有限，在做工藝設計時盡可能地選擇污泥少或無污泥產生的處理工藝， 防止因污泥處理不善而導致二次污染。 本項目采用地埋式一體化污水處理工藝，目前已經投入使用2年，完全能夠達到污水排放標準。

2.2 設計參數的確定

2.2.1 原水水質

表1 組件清洗廢水水質（mg·L-1）

表2 油劑廢水水質（mg·L-1）

表3 生活污水水質指標（mg·L-1）

表4 三種污水混合后水質指標（mg·L-1）

2.2.2 設計處理水量

根據企業污水來源情況，并充分考慮水質水量波動，確定本項目的廢水量。 廢水的水量按廠區年產量為9000t·a-1進行設計，組件清洗廢水水量按10t·d-1，油劑廢水水量按6t·d-1，生活污水按60t·d-1。 考慮水量波動變化，本工程總設計污水處理量為120t·d-1，即5t·h-1。

2.2.3 處理后出水水質要求

處理后出水水質達到《建設項目環境影響報告表》中規定的排放要求， 及 《污水綜合排放的標準》（GB8978-1996）的一級標準，具體水質參數見下表。

表5 出水水質（mg·L-1）

2.3 工藝流程

2.3.1 工藝流程圖

本工程選用的工藝流程如圖1 所示。

2.3.2 工藝說明

油劑廢水及組件清洗廢水均為定期排放， 污水排放不連續，兩種廢水應單獨設置收集池進行收集，并將各類廢水分開進行預處理，然后利用生化系統進行生化處理。

圖1

油劑廢水pH 值高，呈乳化白色狀態，石油類含量較高。 本工程利用原有油劑廢水收集池收集，通過化工泵泵送至破乳氣浮隔油池內進行預處理。 油劑廢水采用的破乳劑絮凝劑為CaCl2與PAM，破乳之后通過氣浮分離，利用氣浮隔油池將油物撇除， 廢水除油后進入混合酸化調節池。

選用的一元化氣浮裝置由加藥破乳絮凝裝置、 氣浮反應裝置、氣浮裝置及配套設備電氣裝置組成，具有去除效率高、適應能力強、體積小、操作管理簡單等優點。

組件清洗廢水含有大量的懸浮物，并且可生化性低。利用原有廢水收集池進行初步沉淀， 上清液溢流進入水解酸化池進行酸化水解，提高廢水可生化性。 經過預處理的廢水CODcr、NH3-N 含量高，各類廢水進入混合酸化池進行酸化分解處理。 同時該池接納部分的回流污泥， 在兼氧、缺氧條件下，受到水解和產酸菌的作用，廢水中復雜的高分子或難降解的物質轉化成小分子簡單有機物，提高有機物生化性能。

表6 主要處理設施的效果

經過酸化水解的廢水進入生物反應池， 該部分由厭氧池、缺氧池（反硝化池）和好氧池（硝化池）組成。 生化池中設置有JYD 立體彈性填料，因為填料上反硝化菌的作用，回流廢水中NO2-，NO3-可轉化成N2， 從而達到脫氮的目的。 由于本工程采用了前置反硝化脫氮工藝，生產廢水水質中COD/TK=4.1， 生產廢水污水可生化性不高。 因此必須將生活污水引入反硝化池，以增加反硝化菌所需的碳源。 在厭氧池溶解氧控制在小于0.2mg·L-1范圍內， 進入好氧池溶解氧應為2.5-3mg·L-1。該廢水經過高負荷，一般負荷和低負荷串連運行后，完全能夠達到脫氮降COD 的要求[4]，不僅提高了處理效率，還防止了污泥膨脹，減少了剩余污泥，在整個系統運行當中實現污泥的“零排放”。 廢水經過生物處理系統之后出水進入沉淀池，實現泥水分離，一部分污泥進行內回流，另一部分回流至水解酸化池，兼氧條件下水解，從而使部分污泥硝化，成為生物脫氮系統中的內源碳。 剩余污泥濃縮減容后外運。

本工程選用的生化處理工藝為A2/O 工藝，為節省工程投資和減少占地， 主處理設備采用地埋式一體化污水處理設備，為了方便管理和操作，污水處理站運行采用半自動控制。 考慮到工程所處的現場環境，為避免污水處理站機電設備產生噪音和振動，采用低噪音的電機及風機。地埋式一體化污水處理系統能有效利用地面空間， 設施上方經回填土后可種植花卉綠化，美化廠區環境。

2.4 主要處理設施的效果

從表6 中可以看出，此套系統運行效果很好，完全達到了污水處理排放標準。

2.5 技術經濟分析

2.5.1 直接運行成本

表7 運行費用估算

處理1m3污水直接運轉費（含電耗、藥劑、人工）合計103.2/120=0.86 元（滿負荷情況下），則直接運行費為0.86元/噸水。

2.5.2 間接運行成本

2.5.2.1 設備折舊： 折舊期按15年計算， 折舊費為32.56÷15＝2.17 萬元/年，折合為0.47 元/噸水。

2.5.2.2 設備維修費： 維修費每年按設備總投資的2%計算，維修費為32.56×2%＝0.65 萬元/年，折合為0.14元/噸水，間接運轉費合計0.61 元/噸水（滿負荷情況下）。

2.5.2.3 污水處理成本：0.86＋0.61＝1.47 元/噸水。

2.6 效益分析

2.6.1 經濟效益

工程運行后，污水不外排，每年可減少排污費，并且處理后廢水可回收用作廠區雜用水，減少水費支出。 污水處理成本為1.47 元/噸水， 污水處理成本為1.47×120×360=6.3504 萬元/年； 工業用自來水單價為3 元/噸水，工業用自來水節約費用為3×60×360=6.48 萬元/年； 污水排污費為0.8 元/噸， 減少排污費0.8×120×360=3.456 萬元/年。 因此每年的經濟效益為6.48+3.456-6.3504=3.5856 萬元。

2.6.2 環境效益

污水處理系統建成后，污水得到有效處理后并回用，不但節約了水資源，還減少了對周邊環境的污染，改善了周圍環境，環境效益十分明顯。

表8 環境效益一覽表

2.6.3 社會效益

生活污水處理廠建成后， 廠區及周圍的環境將得到改善，社會效益明顯。

2.7 工程運行情況及分析

工程已經運行，系統達到穩定水平，出水水質穩定，達到了處理要求。 運行中應注意的問題：①出現故障時必須及時排除，主要故障為管路堵塞和風機水泵等的損壞。如果不及時排除將影響生物膜的生長， 甚至會導致設備生化系統被破壞。 ②定期觀察及清理格柵處的雜物，以免對進水產生影響。 ③設備主要損壞部件為風機與水泵，必須執行保養制度。 風機每運行10000h 必須保養一次，水泵運行5000h—8000h 必須保養一次； 平常運行過程中，風機轉向不能搞反，機油必須勤更換。

3 結語

3.1 地埋式一體化污水處理設備的特點適合化工企業工業生活污水的處理， 在工程中的應用解決了用地緊張的問題。 已運行的設備達到了污水處理水質的要求，滿足了環保要求。

3.2 地埋式一體化污水處理設備在市政污水管網不能覆蓋的旅游景點、度假村、工業生活區、農村和與之類似的有機工業廢水等偏遠地區，具有廣闊的應用前景，對環境保護起到重要作用[5]。

［1］Otero M.Calvo LF，Estra B.etal.Thermogravimetry as a technique for establishing the stabilization progress of sludge from wastewater treatment plants ［J］.Themochimica Acta.2002.389 （1-2）：121-132.

［2］Jiang J Q，Lioyd B.Progress in the development and use of ferrate（VI）salt as an oxidant and flocculant for water and wastewater treatment［J］.Water Research，2002（36）：1 397-1 408.

［3］董景，翟宇超，周湘杰.一體化污水處理設備的研究現狀［J］.四川化工工藝與設備，2012，15（6）：38-42.

［4］明銀安，馮小東.地埋式一體化小型生活污水處理裝置的歷史沿革 ［J］. 土木建筑教育改革理論與實踐，2008，20（10）：435-438.

［5］趙璽.一體化污水處理設備在生活區的應用分析［J］.山西建筑，2014，40（17）：146-147.