關于當陽金橋污水廠的工藝選擇

摘要：40年的改革春風，極大的促進了我國城鎮工業化的迅猛發展，以經濟開發區為代表的實體經濟，在收獲高額GDP的同時，所帶來的水環境問題也是觸目驚心，如何才能踐行好“綠水青山就是金山銀山”這個偉大的時代命題？本文就以具體污水廠處理含工業污水的工藝選取為例，探討水處理的發展前沿，為相應技術人員提供參考。

關鍵詞：工業污水；進出水水質；處理工藝；推薦方案

1、前言

隨著經濟的深入發展，當陽經濟開發區規模不斷擴大，特別是工業區迅速發展，但相對而言，園區的基礎設施還比較薄弱，特別是排水設施。現在園區僅有玉陽污水處理廠一座，處理能力為3萬t/d，服務巖屋廟磷化工業園、建筑陶瓷工業園、雙蓮工業園，目前已趨于滿負荷運轉，無力再承擔處理金橋、壩陵工業園區污水的重擔。目前金橋、壩陵工業園區所有的生活污水和工業廢水都是未經有效處理直接排入區域內的河流，致使河流和地下水質受到嚴重污染，這不僅影響到工農業的生產，制約經濟持續發展，而且也直接威脅著全鎮人民的身體健康和下游人民的飲水問題。因此，金橋工業園污水處理廠工程的建設能徹底解決當陽經濟開發區環境污染及水污染問題，已成為當陽經濟開發區建設的當務之急。

2、污水廠水量水質

根據《當陽市經濟開發區總體規劃》，確定本工程設計年限為：近期：2020年；遠期：2025年。服務人口規模：近期約為3萬人，遠期約為6萬人。

2.1 污水量預測

當陽市是湖北省的中小等城市，根據《室外給水設計規范》，開發區居民的平均日綜合生活用水量（含公建）標準近期按200升/人·日，遠期按220升/人·日，其污水定額按用水定額的85%計。

工業污水量根據金橋、壩陵工業園已建成投產企業的污水排放量資料，每年污水排放量約578萬m3，每天約1.75萬m3（每年按有效工作日330天計算），按照現年工業產值計算15.95億元/平方公里，金橋、壩陵工業園區年工業總產值406.88億元，現狀單位產值工業廢水量指標為1.42m3/萬元，至2020年，工業產值較現狀有所增加，按照增加0.24萬m3/天考慮。

根據開發區總體規劃，2020年開發區年工業總產值達到1100億元，其中按照平均單位用地產出計算，金橋、壩陵工業園工業總產值達到777.09億元，按照現狀單位產值工業廢水量指標計算，工業廢水量將達到1103.48萬m3，每天約3.34萬m3（每年按有效工作日330天計算）。至遠期計算年限2025年，工業產值有所增加，同時，考慮節水因素，2025年工業廢水量增加按照0.5萬m3/天考慮，工業廢水量為3.84萬m3計算。

綜上所述，可得到按分項污水量法測算開發區污水量，見表2。

2.2 設計進出水水質

金橋工業園區污水處理廠進水水質具有典型的工業園區污水處理廠特點，工業廢水比例達到77.43%，工業廢水種類以食品、輕紡、機械電子及倉儲物流、新型建材、化工及紡織產業等產業為主。經過對現狀企業排水水量和水質充分調研，現狀企業工業廢水污染因子以CODcr、NH3-N、TN、SS為主。

綜合考慮其它企業生產及排水性質，見表3，進水PH約6～9。

各工業企業污水均應在廠內相應的污水處理站進行有效的處理，達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）三級標準及《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T3196-2015）A級標準較嚴值后再排入污水處理廠。本項目污水處理廠出水標準須達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002》一級A標準。

3、工藝選擇

3.1預處理工藝

預處理階段需要提高廢水的可生化性，提高可生化性常用的方法有水解酸化和鐵碳微電解。

（1）水解酸化法

水解（酸化）是一種污水的厭氧處理，和其它工藝組合可以降低處理成本，提高處理效率，為后續處理奠定良好基礎。其主要特點有：原有大分子以及難生物降解物質被水解為小分子的有機物，且易于生物降解，縮短了后續好氧生物處理的水力停留時間，提高了處理效率，降低了溶解氧的需求量；對工作溫度無特殊要求，通常在常溫下運行即可取得較為滿意的水解酸化效果，水解酸化段的最終產物為溶解性有機物，各種形態的有機酸、醇和二氧化碳。

（2）鐵碳微電解方法

鐵碳微電解是指：將鐵屑和碳顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會形成無數個微原電池。這些細微電池是以電位低的鐵成為陽極，電位高的碳做陰極，在含有酸性電解質的水溶液中發生電化學反應。

本項目預處理目標是提高污水可生化性，由于微電解需要調節PH值、床體容易板結、鐵屑補充勞動強度大等缺陷，而水解酸化不需投加藥劑、運行管理簡單、提高B/C比的效果較好的特點。因此，預處理單元采用水解酸化技術。

3.2生物脫氮除磷工藝

（1）A2O法

常規A2O工藝污水在流經三個不同功能分區的過程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有機物、氮和磷得到去除，其流程見圖2。研究結果表明，MLSS中的含磷量隨污泥負荷的降低將大幅度下降。生物除磷需要高的污泥負荷，而生物脫氮則需要低的污泥負荷，在A2O工藝中要使二者同時達到最佳狀態是困難的，一般是以生物脫氮為主，生物除磷為輔。為了解決A2O法回流污泥中硝酸鹽對厭氧放磷的影響，可采取將回流污泥進行兩次回流，或進水分兩點進入等措施，據此產生了改良型A2O、倒置A2O和UCT等工藝。

在改良UCT工藝中，見圖3，缺氧反應池被分成兩部分，第一缺氧反應池接納回流污泥，然后由該反應池將污泥回流至厭氧反應池。第二缺氧反應池得到硝化混合液回流，大部分反硝化反應在此區完成，不再需要對回流量實行嚴格控制。然而這些改進的代價是，為了保證流入厭氧反應池中的硝酸鹽含量為零，TKN/COD最大比值從UCT工藝的0.14降至改良型UCT工藝的0.11。無論是準備采用一級缺氧反應池的回流污泥還是二級缺氧反應池的污泥，該工藝都可以根據需要調節，按照改良型UCT進行操作。

（2）氧化溝法

氧化溝工藝是50年代初期發展起來的一種污水處理工藝形式，其特點為：混合液流態系無終端循環流動，稀釋能力強，采用表面曝氣（轉刷、轉碟、曝氣葉輪等），維護管理簡單，污泥負荷低，曝氣時間長，耐沖擊，污泥量少且穩定，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系統，到目前為止發展的主要形式有：Passveer單溝型、Orbal同心圓型、Carrousel循環折流型、D型雙溝式和T型三溝式等。

Carrousel氧化溝系多溝串聯系統，在溝體內存在缺氧區和好氧區，但是缺氧區要求的充足的碳源和缺氧條件不能很好地滿足，因此，脫氮效果不是很好。為了提高脫氮效果，在氧化溝前設置厭氧區和缺氧區，就改良成A2O（厭氧/缺氧/好氧）氧化溝法，不僅可滿足脫氮除磷要求，而且不需要混合液回流設施。

（3）CASS工藝

CASS工藝是于1968年由澳大利亞開發的一種間歇運行的循環式活性污泥法，是SBR工藝的一種變型，由選擇區和主反應區兩部分組成。

與傳統序批式SBR工藝不同，在循環式活性污泥法中結合有生物選擇器，生物反應池分二個區域，容積較小第一區作為生物選擇器，第二區為主反應區。第一區和第二區在水力上是相通的。用泵將主反應區的活性污泥回流到選擇器中。生物選擇器呈缺氧-厭氧狀態，在選擇器中基質濃度梯度較大，污泥負荷較高，可有效避免污泥膨脹，提高系統運行的穩定性。另外，通過間歇曝氣方式，可使活性污泥周期性地經歷好氧和厭氧階段，生物選擇器的設置可以促進和強化系統的生物除磷效果而無需在系統中設置獨立的厭氧攪拌階段，系統即可具有良好的生物除磷功能。通過嚴格控制溶解氧濃度可以實現同步硝化反硝化，故無需設置缺氧攪拌階段，從而可以大大簡化工藝過程，節省工程投資（無需攪拌裝置）和能耗，為在大中型污水處理廠的應用創造了良好的條件。

通過以上三種處理工藝方案比較，見表4，可以看出，A2O工藝對低C/N具有較好的適應性，易于碳源投加，技術穩定、成熟，可實現處理過程的精確控制，所以本工程推薦采用改良UCT工藝。

3.3深度處理工藝

污水深度處理對象是二級污水處理廠的出水，常用的深度處理技術通常由以下基本單元技術優化組合而成：混凝、沉淀（澄清、氣浮）、過濾、活性炭吸附、高級氧化、膜技術（微濾、超濾、納濾、電滲析、反滲透等）、消毒等。

（1）曝氣生物濾池工藝

曝氣生物濾池工藝（Biological Aerated Filter）是二十世紀八十年代后期開發的一種污水處理新工藝，1990年法國OTV建造了世界第一座曝氣生物濾池。它屬于生物膜法處理，兼有活性污泥法某些特點，綜合了過濾、吸附和生物代謝等多種作用。曝氣生物濾池具有流程簡單，水力負荷及容積負荷大，占地小，出水水質好等特點。但池體結構較復雜，設備較多，自動化程度高，要求較高的建造質量及運行管理水平。

（2）臭氧氧化+生物過濾工藝

污水經過生物處理之后，仍然有難降解COD殘留難以去除，借助于高級氧化技術進一步將污水中難降解COD氧化成可生物降解的COD，最終達到一級A排放標準。

其主要適用于含有難生物降解污染物廢水的深度處理，將化學氧化和生物氧化技術有機結合起來，充分利用了臭氧氧化與生物濾池各自的優勢，從而達到相互補充的效果。該工藝不僅能夠有效保證NH3-N、COD達標排放，還具有物理過濾作用，可降低出水SS指標，且其投資低、占地小、自動化程度高、運行費用低，比較適用于本項目改造工程。

（3）混凝、沉淀、過濾

混合是混凝沉淀的前提，混合效果直接關系到后序的混凝沉淀效果。此過程使所有膠體顆粒幾乎在瞬間完成脫穩與凝聚。

絮凝方式分機械、水力兩大類。水力絮凝投資小，運行費用低，但抗沖擊負荷能力較差；機械利用電動機經減速裝置驅動攪拌器對水進行攪拌，雖然能量消耗大，但運行穩定，受水質、水量變化影響較小。因此本次工程絮凝方式選擇機械絮凝。

沉淀是廢水處理工藝中用途最廣泛的操作單元之一，利用重力沉降將比水重的懸浮顆粒從水中去除。污水廠出水中懸浮物濃度不僅涉及到出水SS指標，出水中的BOD5、COD等指標也與之密切有關，深度處理出水懸浮物的主要是活性污泥絮體，其本身的有機成分就很高，較高的出水懸浮物含量會使得出水的BOD5、COD、氨氮值增加。常用的沉淀池型一般有平流沉淀池、斜管沉淀池、高效沉淀池等。

過濾目前主要有纖維轉盤濾池和不銹鋼過濾器。纖維轉盤濾池的過濾介質是纖維毛濾布，它是由有機纖維堆織而成，其絨毛狀表面由尼龍纖維織而成，同時以聚酯纖維做為支撐體。在干燥狀態下，纖維毛呈直立狀態，浸濕后，纖維毛便會耷拉下來，形成濾布介質有3～5mm的有效過濾深度，且當量孔徑只有10微米，可以使固體粒子在有效過濾厚度中與過濾介質充分接觸，將超過尺寸的粒子俘獲。濾布的深度能夠存儲俘獲的粒子，減小反沖洗流量，同時還可減少正常運行時水頭損失。在反洗狀態下，與反抽吸裝置相靠近的纖維毛又會直立起來，方便纖維毛中的雜質排出，可以清洗徹底。

不銹鋼過濾器是一種去除懸浮固體的過濾裝置。裝置由設備主體模塊、核心過濾模塊、反沖洗系統、驅動系統、自控系統組成，滾筒上裝有可方便拆卸的濾網。設備為連續過濾，設備內部設有自動啟閉開關，當滾筒有水進入時，液位傳感器將發出信號，啟動減速驅動系統驅動滾筒轉動，同時啟動反沖洗泵。污水流入空心滾筒內，滾筒上為高強度不銹鋼濾網。污水由濾網內側向外側流出，污水水中的懸浮物被截留在濾網內側。沖洗水通過位于滾筒頂部的噴頭由濾網外側向內側對濾網進行沖洗，沖洗下來的細小顆粒物質由設備內部的反沖洗水收集槽收集，并通過排污管排出設備。當無水通過設備時，設備將自動停止。結構設計緊湊，構造簡單，維護方便，占地面積小，水頭損失小，運行能耗低。

3.4污泥處理工藝

污泥除有大量的水份間隙外，還有很大一部分是由于其顆粒表面特性和污泥團的結構所決定的。污泥顆粒表面吸附有各種電荷離子以及由微生物在其代謝過程中分于細胞體外的胞外聚合物等組成。這些電荷離子和胞外聚合物具有很強的持水率。這些污泥顆粒組成了污泥團，形成許許多多的細道，污泥顆粒表面所持的水和細道中的水都為結合水，這種水是不能用簡單的機械方法去除。

根據《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》CJ∕T 249-2007，衛生填埋污泥含水率需降至 60%以下，從目前國內已建成的污水處理廠經驗來看，本項目處理水量相對不大，每日產生的污泥量也不很多，設置污泥厭氧消化作為污泥穩定無害化措施投資和運行費用偏高，管理復雜，建設費用也比較高。沼氣利用存在的安全問題、投資等也不適用于本項目的建設，因此污泥處理工藝宜采用直接濃縮脫水處理工藝，推薦采用廂式隔膜壓濾機脫水。污泥經濃縮脫水后，含水率小于60%，直接外運填埋。考慮除磷要求，由于污泥中含磷濃度較高，較長時間厭氧狀態下磷釋放回水中，隨上清液和濾液回到系統中，因此不宜采用重力濃縮，擬采用機械濃縮工藝，濃縮設備采用帶式濃縮機。

3.5消毒工藝方案

常用的消毒方法有液氯消毒，二氧化氯消毒，紫外線消毒等，見表5性能比較。

經以上分析，綜合考慮污水消毒的工程適用性、技術的成熟性、安全性、可靠性、運行、管理的維護特點、經濟成本等因素，本著不造成二次污染的原則，同時考慮到廠區占地面積有限，本工程選用紫外線消毒的方式。

3.6除臭工藝方案

本工程投產后臭氣的主要來源如下：粗格柵、提升泵房、細格柵及沉砂池、污泥濃縮脫水間。因此，本工程除臭主要考慮污水預處理部分及污泥濃縮脫水間，這部分臭氣濃度較高，收集后集中處理。

目前城市污水處理廠的脫臭方法通常采用的有：生物濾池法、化學液體吸收法（化學洗池），從上述比較表還可以看出，液體吸收法除臭系統投資及運行費用較高，管理復雜，國內污水廠很少采用，本工程不推薦該法。離子除臭法及生物濾池法都具有處理效果穩定，投資及運行費用較低等優點，但都局限于將臭味嚴重的處理構筑物封閉起來運行，在目前的條件下不可能實現徹底除臭。設計推薦采用生物濾池除臭法。

4、工藝選擇

根據設計進水水質和出水水質的要求，結合前面對脫氮除磷的生化處理工藝、深度處理工藝和消毒工藝敘述，污水處理推薦方案為：粗格柵+細格柵+旋流沉砂池+水解酸化池+UCT池+二沉池+機械混凝+平流沉淀池+濾布濾池+紫外線消毒工藝；污泥處理推薦方案為：機械濃縮+高壓隔膜板框壓濾機工藝。

參考文獻

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作者簡介：王崟膠（1986-），男，碩士，四川綿陽人，工程師，從事市政給排水規劃設計工作。

（作者單位：中國城市建設研究院有限公司）