某工業園區含重金屬污水處理廠擴容提標改造工藝探討

饒劍鋒

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西 南昌 330000）

某工業園區一污水處理廠現狀處理規模1萬噸/d，設計出水標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級標準的B標準。隨著工業園發展，入駐企業規模快速擴張，該污水處理廠處理能力已跟不上污水量增長，園區生態環境保護壓力日益加大。經過近些年進出水質指標監測，發現存在重金屬超標現象，因此污水處理廠對《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中基本控制項目、一類污染物（Pb、As、Cd等）及選擇控制項目（Cu、Zn等）的排放指標提標改造迫在眉睫，從一級B標準提高到一級A排放標準已勢在必行。

1 污水廠進水和出水水質分析

1.1 污水廠現狀水質分析

由于污水廠進水水質直接關系到處理工藝流程及其參數的選擇、生產構筑物和設備容量的確定、工程造價以及污水處理廠處理成本。因此，合理確定污水進廠水質非常重要。

根據上述數據，污水廠經過多年的運行，基本控制項目實際進水水質低于設計進水水質，但一類污染物（Pb、As、Cd等）及選擇控制項目（Cu、Zn等）的進水水質時有超標。

1.2 污水處理廠設計進出水質

根據資料，污水處理廠排放水體為Ⅲ類水體。現狀污水處理廠執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級標準的B標準。但根據當地環保部門要求，污水處理廠排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準的A標準。本項目設計進出水質如下：

表2 設計進、出水水質表 單位：mg/L

2 污水處理工藝分析

根據污水處理廠污水來源、進水水質和出水水質的要求，本工程須采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二級生物處理工藝（生化處理系統）以及除重金屬離子的物化深度處理工藝（重金屬深度處理系統）。

2.1 生化處理系統處理工藝

2.1.1 水質分析及處理需求

（1）可生化性與有機物去除，污水處理廠主要任務是去除污水中的有機物，主體處理工藝可采用生物法處理。BOD5和CODCr是污水水質監測中常用的兩個水質指標，通常，BOD5/CODCr比值越大，說明污水可生物處理性越好，當比值大于0.3即可考慮生物處理的工藝。本工程進水水質BOD5/CODCr=300÷500=0.6，污水可生化性較好，故采用生物處理工藝。

（2）脫氮需求，進水中TN指標為70mg/L，BOD5/TN=4.3，可認為污水中有足夠碳源可供反硝化細菌利用，無需額外添加碳源即可滿足反硝化排放要求。

（3）除磷需求，污水中含磷較高，僅靠生物除磷一般難于達標排放，因此要投加除磷藥劑輔助除磷。

（4）進水水質的復雜性及出水水質的保障，對于園區，進水水質情況較為復雜，需考慮多種突發情況，在工藝路線設計中要充分考慮，保證在不利條件下污水處理廠也能可靠運行。

上述分析，污水處理工藝流程包括一級處理段、二級生物處理段、深度處理段，同時考慮污泥的處理與處置。

2.1.2 一級處理工藝

主要包括格柵、沉砂池、調節池及事故池、混合反應沉淀池等處理設備和處理設施。

（1）格柵及提升泵房，為保證污水提升泵不被堵塞，需在泵前設置粗格柵。為防止進水酸堿度對后續生物處理以及構筑物的影響，需在進水泵房前的進水井設置pH調節系統，調節pH。

（2）細格柵及沉砂池，在提升泵后設置細格柵，用來去除水中的漂浮物及浮渣，確保后段處理設施正常工作。

表1 現狀污水處理廠設計進水水質與運行監測進水水質（單位：mg/L）

沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。本設計推薦采用曝氣式沉砂池。

（3）調節池及事故池，本項目處理對象為工業廢水，水質水量變化較大，通過設置調節池來凈化水質、調節水量，減少原水水質水量沖擊負荷對后續處理單元的影響。考慮到突發事件影響，在處理單元中設置事故池，保障污水處理系統的正常運行。

（4）混凝沉淀，為有效去除污水中的較大顆粒物，在調節池后，污水將進入混合反應沉淀池中，進一步加藥反應沉淀，以期達到更好的物化處理效果。

2.1.3 常規二級處理工藝

（1）SS的去除，去除污水中的SS主要靠沉淀作用。污水中無機顆粒和大尺度有機顆粒靠自然沉降作用來去除，小尺度有機顆粒靠微生物的降解去除，而小尺度的無機顆粒則要靠活性污泥絮體的吸附、網絡作用，與活性污泥絮體同時沉淀被去除。為降低出水中的懸浮物濃度，應在工程中采取適當措施，確保出水SS指標達到10mg/L以下。

（2）BOD5去除，去除污水中的BOD5是靠微生物的吸附和代謝作用，再分離污泥與水來完成。微生物好氧代謝作用對污水中的溶解性有機物和非溶解性有機物都起作用，且代謝產物是無害的穩定物質。因此，可使處理后污水中的殘余BOD5濃度保持在10mg/L以下。

2.1.4 污水脫氮除磷工藝

由于常規二級處理達不到脫氮除磷的功能要求。因此，必須對污水脫氮除磷工藝進行分析。

（1）氮的去除，反硝化菌在缺氧情況下可利用硝酸鹽中的氮作為電子受體，氧化有機物，將硝酸鹽中的氮還原成氮氣，從而完成污水的脫氮目的，由于反硝化要求有碳源BOD5，根據資料，當水中的BOD5：N≥3.5時，反硝化就可順利進行。

（2）磷的去除，污水除磷主要有生物除磷和化學除磷兩大類。本工程要求出水總磷≤0.5mg/L，采用生物除磷難于完成，需要輔助化學除磷，以確保出水達標。

2.1.5 主要二級強化生物處理工藝

根據本工程的進出水水質指標，需采用除磷脫氮工藝，而本工程BOD5：P=37.5＞17、BOD5：N=8.5＞3.5基本滿足生物除磷脫氮的條件，因此本工程采用生物除磷脫氮工藝，即二級強化處理工藝。

方案一：改良型氧化溝工藝特點

采用表曝機供氧及維持溝內流速。抗沖擊負荷能力強。曝氣效率平穩，污泥穩定，處理較容易。設備種類單一，數量較少，維護管理方便。設備投資較少、構筑物投資較多。運行能耗低，占地面積較大。

方案二：SBR工藝特點

采用鼓風機供氧，微孔曝氣器曝氣后氧利用率高。曝氣效率初期高，運行后下滑。設備較多，運行管理復雜、要求高。設備投資較多、構筑物投資較少。運行能耗低，占地面積較小。

結論：兩方案在技術上都是可行的，均能滿足深度處理進水水質要求。但由于本污水處理廠占地不大，可利用的有效用地有限。因此推薦采用SBR工藝。

2.2 重金屬深度處理系統處理工藝

重金屬離子污水處理最主要的任務是去除污水中的砷以及鋅、銅、鎘、鉻、鉛等重金屬離子，其處理工藝可以采用物化的方法進行處理。

2.2.1 砷的去除

砷酸鹽和亞砷酸鹽與大多數多價金屬特別是鐵離子能形成穩定的絡合物，這些絡合物被金屬氫氧化物凝聚物所吸附共沉。用此法處理砷酸鹽比處理亞砷酸鹽效果好。所以在加鐵鹽前要先將三價砷氧化到五價砷，以提高處理效果。

原水中砷的濃度與投加鐵鹽濃度之比稱為“鐵砷比”（Fe/As），處理水中砷的殘留濃度與砷鐵比值有關。砷鐵比與pH值是決定含砷廢水處理效果的兩大因素。如欲使處理水中As殘留量處于較低的程度，必須采用較高的砷鐵比。

2.2.2 重金屬離子的去除

對于含重金屬離子工業廢水的處理，除滿足國家和相關部門的排放或回用要求外，還要考慮經濟性、適用性要求。實踐中常用的化學法有：氫氧化物沉淀法、硫化法、電化學法、納米藥劑法等方法。其中，硫化法、石灰鐵鹽法處理的出水水質難以達到本工程排放標準要求，故排除。而納米藥劑法與電化學法可達到本工程排放標準要求，但電化學法受高鹽分對出水水質的影響，處理后污泥的回收價值一般且占地面積較大，因此，為保證處理效果，且運行穩定，推薦處理工藝采用納米藥劑法。

2.3 出水消毒工藝

根據《城鎮污水處理廠污染的排放標準》（GB18918-2002）的規定，污水處理廠出水必須進行消毒處理，并要求執行一級A標準的污水處理廠糞大腸菌群數最高允許排放濃度不超過1000個/L。因此，污水處理廠必須考慮和設置消毒設施，盡可能殺滅致病菌，避免引發公共衛生事件。因此，本項目主要通過次氯酸鈉消毒及納米催化電解技術作為消毒工藝進行比選。

方案一：現場電解制備次氯酸鈉，最為安全的氯消毒方法，基本不衰減，液體低濃度投加，可準確控制加氯量，且不受公安部門管制，對環境無毒害，液態投藥，安全性很好。但由于設備一次性投入較高，但運行成本低。

方案二：成品次氯酸鈉，設備成本低，屬于危險品，受公安部門管制，運輸、貯存不安全，易降解，貯存時間短，運行費用較高，且運行費用不可控，每天衰減5%，會引起飲用水氯酸鹽超標。

因此，本工程采用現場電解制備次氯酸鈉消毒做為污水出水的消毒工藝。

圖1 工藝流程圖

3 結論

根據污水處理廠污水來源、進水水質和出水水質的要求，本工程須采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二級生物處理工藝（生化處理系統）以及除重金屬離子的物化深度處理工藝（重金屬深度處理系統），工藝流程包括一級處理段、二級生物處理段、重金屬深度處理段、污水消毒段。其中，生物處理池，根據工藝方案比較，選用SBR工藝。重金屬深度處理；根據工藝方案比較，選用納米藥劑法工藝。消毒池，根據方案比較，本工程采用現場電解制備次氯酸鈉消毒。根據上述分析，該項目污水處理工藝擬采用如下工藝流程。