工業園區污水處理廠工藝流程及主要參數設計

徐浩東，邱 雁，田 強，王一茹，端 艷

（1.云南省設計院集團有限公司，云南昆明 650228；2.云南農業大學 建筑工程學院，云南昆明 6502013；3.重慶百歐環?？萍加邢薰?，重慶 404100）

2015年4月發布的《水污染防治行動計劃》（簡稱水十條）要求集中治理工業集聚區水污染，集聚區工業廢水必須經過預處理達到集中處理要求，方可進入污水集中處理設施。新建、升級工業集聚區應同步規劃、建設污水、垃圾集中處理等污染治理設施。本工業區內各企業已實現廢水回用或自行處理達標排放要求，但尚未建設工業園區污水處理廠，為實現園區廢水集中處理，預處理后的污水暫時接入園區附近的生活污水處理廠進行處理，隨著園區的發展和新企業的入駐，建設集中的污水處理廠勢在必行。工程對園區內現狀和近期入駐企業的排放量和水質進行分析，利用小試裝置對園區排水大戶的水質特征進行研究，確定一種經濟、合理的園區集中污水處理工藝流程，對污水處理廠A/O和Fenton氧化工藝設計參數進行研究，計算Fenton氧化運行成本。

1 園區污水排放量及水質分析

1.1 排放水量

云南昆明某工業園區依托原有老工業基地的優勢，以磷化工為主體，多種工業并存，園區現有企業36家，5家停產，磷化工、化肥企業已實現廢水全回用，黏合劑、涂料、節能建材等企業自行處理達一級A標后排放，其余企業僅排放生活污水；31家企業每天排放污水總量313.86m3/d，其中生活污水159.74m3/d，生產廢水154.12m3/d；園區居民點生活污水排放量70.37m3/d；近期園區排放污水總量3 385.23m3/d（含5家即將入駐企業），其中異地搬遷再造煙葉生產企業排放生產廢水2 755m3/d，占園區近期總排放量的81.38%。根據《昆明?？诠I園區總體規劃》，園區遠期排水量根據規劃用地、工業用地類型、用水定額和回用水率需增加2 240m3/d。考慮為污水處理設施和園區招商引資留有余地，園區集中處理污水廠近期規模4 500m3/d，遠期規模7 000m3/d。

1.2 排放水質

園區企業車間排放口廢水成分復雜、濃度高，根據環保部門要求，31家企業污水總排放口排放污水水質執行生活污水水質或一級A標；根據“水十條”和環保要求，園區建設集中的污水處理設施后，企業廢水排放水量不變，排放水質執行《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）三級標準和《污水排入城市下水道水質標準》（CB/T 31962—2015）的A級標準。

異地搬遷再造煙葉生產企業內廢水處理流程：初沉+氣浮+調節酸化+IC反應器+AO生化池+二沉池+紫外消毒，與行業處理流程[1]相類似。根據企業提供的在線監測數據、第三方水質監測報告和行業排水特征[2-3]，綜合確定再造煙葉生產企業內處理設施尾水濃度如表1所示。

表1 再造煙葉審查企業污水處理設施尾水濃度

再造煙葉生產企業廢水排放量占園區近期排放總量的81.38%，其他企業占18.62%，按各企業排放量占比計算的工業園區污水處理廠進廠水質如表2所示。

表2 工業園區污水處理廠進廠污水水質

2 實驗結論

在再造煙葉生產企業搬遷前廢水處理設施A/O生化前和二沉池出水處取水樣，采用小試裝置模擬污水處理環境，嚴格控制pH、溫度等因素，對待測廢水進行生化實驗，測定COD降解、好氧速率和Fenton藥劑量[4，6]，判斷廢水可生化性和毒性特征。

實驗表明，隨著廢水濃度增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量隨之降低，即廢水濃度為50%時，異養和硝化耗氧量降低約50%，廢水呈現毒性和難降解特性，但生化反應仍可進行。對A/O生化前廢水進行4d連續生化實驗后，COD濃度由270mg/L降至62mg/L，此時投加50×10-6的Fenton藥劑，廢水COD降為33mg/L；對生化實驗尾水投加1‰的活性炭時，COD由62mg/L降至45mg/L，并可去除色度。

3 污水廠工藝流程及主要參數設計

3.1 工藝流程確定

進 水 水 質 的BOD5/COD=0.2~0.4、BOD5/TN=1.2~2.57、BOD5/TP=30~45，表明廢水的可生化性較低，總氮去除的碳源不足，總磷較易處理；結合設計進、出水水質和再造煙葉廢水小試，園區集中處置污水處理廠工藝流程如圖1所示：

圖1 工業園區集中處置污水處理廠工藝流程圖

為防止企業事故排放造成污水廠運行異常和停產，工藝流程在預處理旁增設事故池，正常情況下污水通過提升泵站進入調節池，當進水在線監測異常時，廢水經泵站先進入事故池儲存，并分時段泵入調節池稀釋處理；園區污水通過市政污水管網收集，廠內預處理設置粗/細格柵和沉砂池；正常情況下，污水經過沉砂池后直接進入生化反應池，當事故廢水進入系統后需先經過混凝沉淀池，再進入生化系統；考慮進水碳源較低，工藝流程不設置初次沉淀池；生化反應采用缺氧/好氧系統，目的是有機物污染物和總氮的去除，運行過程需外加碳源；工藝流程在生化反應系統后設置Fenton氧化，充分發揮生化降解效率基礎上盡量減少Fenton投加量；Fenton氧化后串聯活性炭和紫外消毒工藝，活性炭過濾作為保險措施，用于水質惡化時把關。

3.2 A/O生化主要參數設計

缺氧池容積采用硝化反硝化動力學公式Vn=計算，由于較大的混合液回流比和存在一定的生化降解難度，脫氮速率Kde（20）取0.03（需經溫度修正）， 污泥總產率系數Yt在無初次沉淀池、污泥齡17d條件下取0.8kgMLSS/kgBOD5，缺氧池容積為1 354m3，停留時間為7.2h。

3.3 Fenton氧化主要參數設計和成本計算

Fenton反應池中加入酸、亞鐵和雙氧水，將pH調至3.5左右進行反應，反應完成后進入脫氣池，加入液堿，將pH回調到7~8。調酸池和催化混合池采用機械攪拌，停留時間5min，容積分別為24m3；氧化反應池停留時間3h，容積為870m3；脫氣池采用空氣攪拌，停留時間20min，容積為97m3。根據實驗，Fenton藥劑投加量和投加比例為C（H2O2，mg/L）：COD（mg/L）=3∶1；C（H2O2，mg/L）：COD（Fe2+，mg/L）= 1.22∶1。當COD濃度為124mg/L時，Fenton氧化運行設備功率20kw，電耗480kWh/d，噸水電耗0.09元/m3（電費0.8元/ kWh），Fenton氧化噸水藥耗2.40元/m3，藥劑消耗量見表3，Fenton氧化運行能耗（電耗+藥耗）為2.49元/m3；若二沉池出水COD濃度低于65mg/L，Fenton氧化運行能耗為1.3元/m3。

表3 Fenton氧化藥劑消耗量

4 結論和建議

1）合理確定工業園區集中污水處理廠進廠水量和水質非常重要，企業需逐家落實生產工藝、用水、排水特征，并依據環保意見核定污染物排放總量；即將入駐企業需落實生產工藝、廠內污水設施、環評報告等，并對同類型生產線和處理設施進行調研和水質取樣；本工程園區廢水處理難點是COD，且BOD5/COD較低，生化反應效果有限，碳源低于總氮去除要求；參照《污水綜合排放標準》和《污水排入城市下水道水質標準》并不能準確反映真實水質。

2）園區集中污水處理工藝流程和設計參數除依據設計進、出水水質以外，還需對排水大戶的水樣進行可生化性、耗氧速率、毒性等實驗。實驗表明，園區廢水具有毒性和難降解的特性，50%濃度的廢水使異養和硝化耗氧量降低約50%，內源、外源呼吸均受到抑制，但充分挖掘廢水生化反應效率基礎上，達一級A標的Fenton藥劑投加量僅需50×10-6。

3）園區集中污水處理廠設置事故池、混凝沉淀等構筑物，在進水超標的情況下啟動運行；預處理工段需考慮市政管網帶入的較大懸浮物和泥砂的去除；廢水可生化性不足、缺少碳源，工藝流程不設初次沉淀池；生化反應主要考慮有機物降解和TN的去除；為穩定達標，廢水深度處理需串聯Fenton氧化，并采用活性炭吸附作為處理流程的最后把關工藝。

4）根據以上特征研究，好氧池設計100%污泥回流，400%混合液回流，污泥濃度0.08kgBOD5/（kgMLSS?d），污泥齡17d；缺氧池的脫氮速率Kde（20）=0.03（kgNO3-N）/（kgMLSS? d），設計停留時間較高。實驗確定Fenton藥劑投加量為C（H2O2，mg/L）∶COD（mg/L）=3∶1，C（H2O2，mg/L）∶COD（Fe2+，mg/L）=1.22∶1；當二級生化處理出水COD控制在65mg/L以下時，Fenton氧化運行成本中的電耗和藥耗為1.3元/m3。