四川某工業(yè)園區(qū)污水處理研究

劉奧祥，任天奇

1.北京九章環(huán)境工程股份有限公司；2.北京博匯特環(huán)保科技股份有限公司

一、總述

近年來，黨和國家領(lǐng)導人多次強調(diào)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，要最大限度地減少廢水污染排放，逐步使生態(tài)步入良性循環(huán)。四川某工業(yè)集中區(qū)此前未建設(shè)獨立的污水處理廠，一定程度地危害到當?shù)刈匀凰w。環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的保障，建設(shè)污水處理廠不僅可以直接改變當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，同時也可維持該工業(yè)園區(qū)的長遠發(fā)展[1]。文章介紹了該工業(yè)園區(qū)污水處理廠的工藝流程與設(shè)備、主工藝段參數(shù)和近期運行數(shù)據(jù)，以及對未來污水處理廠智慧水務(wù)運營模式進行了展望，為工業(yè)園區(qū)的污水處理廠建設(shè)提供一定的參考。

二、工程概況

工程所在地位于四川某工業(yè)集中區(qū)靠近河岸處，配套管網(wǎng)23.5km，總占地15畝。園區(qū)目前入駐企業(yè)36家，規(guī)劃人口2萬人，近期設(shè)計處理量3000m3/天，遠期處理量5200m3/天，污水通過管網(wǎng)收集集中處理并排放。該污水處理廠進水含生活污水和預(yù)處理過的工業(yè)廢水。企業(yè)將工業(yè)廢水進行預(yù)處理后，按照《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》（GB/T31962-2015）排放至系統(tǒng)管網(wǎng)，集中處理后出水水質(zhì)符合《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）。該工程設(shè)計進出水質(zhì)，見表1。水廠工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

表1 進出水水質(zhì)標準要求

三、工藝流程與設(shè)備

（一）粗、細格柵渠與一級提升

為去除進水管網(wǎng)內(nèi)混入的可見懸浮物，防止水泵堵塞，在一級提升泵前后設(shè)置了粗、細格柵和渠道閘門。構(gòu)筑物為雙渠道，格柵機為一用一備，并配套液位差計和時間繼電器，其控制邏輯為根據(jù)格柵前后液位差變化來判斷格柵機的過水柵條是否被懸浮物堵塞，從而自動啟停格柵。也可通過時間繼電器來控制格柵機啟停的時間以及常用設(shè)備和備用設(shè)備的切換。格柵機出料口下方放置皮帶輸送機進行柵渣運輸，格柵停止輸送機同步2分鐘后停止。一級提升泵為一用一備用和兩套預(yù)留位置，潛污泵流量130m3/h，揚程 19m，功率 15kw，配有變頻器和超聲波液位計，當液位在安全位置時水泵根據(jù)設(shè)定頻率運行，當液位超高時水泵自動全頻率工作，低液位時停泵。

（二）旋流除砂池

為去除污水中含有的沙礫，防止對管道產(chǎn)生磨損，占用后續(xù)構(gòu)筑物有效容積，在細格柵后設(shè)置旋流除砂機。通過切向進水和低速攪拌，使密度比水高的固體顆粒被甩至設(shè)備壁面從而滑落[2]。旋流除砂機配套砂水分離機、低功率羅茨鼓風機和兩個電磁閥門，通過設(shè)置反洗周期，風機啟動，先對旋流除砂機的積砂斗內(nèi)進行吹掃，使沙礫處于半懸浮狀態(tài)，再通過閥門的自動切換改為氣提模式，將沙礫提升至砂水分離器中進行砂水分離。

（三）豎流式沉淀池

為去除污水中所含的無機懸浮物，設(shè)置通過中心筒式進水的豎流沉淀池作為初沉池，表面負荷0.87m3/（m2·h），水力停留時間約3小時。通過操作閥門靜壓排泥。

（四）調(diào)節(jié)池與事故池

調(diào)節(jié)池對來水進行調(diào)節(jié)，達到均勻水質(zhì)水量的作用，保證后續(xù)工藝段的進水穩(wěn)定，停留時間8小時。事故池容積與調(diào)節(jié)池相同，可在來水水量過大或突發(fā)性的來水污染物濃度超高時，通過操作閥門將進水打到事故池內(nèi)，待整體進水穩(wěn)定后，再慢慢把事故池的污水提升至調(diào)節(jié)池中。

（五）水解酸化池

污水廠來水中有一定比例的企業(yè)預(yù)處理后排放的廢水，而這類廢水的水質(zhì)、水量具有不穩(wěn)定性，隨著園區(qū)內(nèi)企業(yè)增加和突發(fā)性企業(yè)排放超標事件的發(fā)生，來水的可生化性會變差，為降解大分子難生化有機物，設(shè)置配備脈沖布水器和固定床填料的水解酸化池，水力停留時間7.5小時[3]。池內(nèi)的掛繩填料為微生物提供附著面，產(chǎn)生生物膜，增強處理效率。脈沖布水器會積累來水，達到容積上限后以極快的流速排至水解酸化池，通過均勻布置在池底的布水管，對池內(nèi)混合液進行攪動，保證污泥的懸浮性。

（六）BioDopp生化池（含沉淀池）

生化池劃分為多個功能區(qū)域，即厭氧加兩段AO，總停留時間為17.37小時，其中，厭氧區(qū)2.03小時，前置缺氧區(qū)3小時，前置好氧區(qū)8.29小時，后置缺氧區(qū)2.03小時，后置好氧區(qū)2.03小時。結(jié)構(gòu)方面分成獨立的兩組，在調(diào)試初期水量較少的情況下可先啟動一組生化池。工藝以低溶解氧，大回流的運作方式，使微生活生存在微氧環(huán)境中，好氧區(qū)溶解氧保持在1mg/L左右即可，這樣污泥絮體活性更高。設(shè)計混合液濃度MLSS=5000mg/L，污泥齡45.2天，CODCr容積負荷0.9kg/（m3·d）、氨氮容積負荷0.09kg/（m3·d）、總氮容積負荷0.14kg/（m3·d）。在前后好氧區(qū)安裝DO儀表來監(jiān)測曝氣和生化狀態(tài)，在前后缺氧區(qū)設(shè)置碳源投加口來控制碳氮比，并安裝ORP儀表，可通過觀察水體電位差來判斷反硝化進程。

1.空氣提推技術(shù)

工藝的硝化液內(nèi)回流采用創(chuàng)新的空氣提推技術(shù)，在相對狹小的空間內(nèi)通過壓縮空氣提高液面而產(chǎn)生流速，回流比可控制在1-6倍可調(diào)，和傳統(tǒng)工藝的回流泵相比更為節(jié)能，只需少量的空氣即可運行。（見圖2）

圖2 BioDopp生化池與水解酸化池合建

2.高效曝氣系統(tǒng)

曝氣系統(tǒng)采用穩(wěn)定高效、可不停車更換的曝氣軟管，總用量820米、管徑φ65、通氣量0.8m3/m·h，6米工作水深時氧利用率35%。每兩根曝氣管前端用德式不銹鋼卡箍緊固在空氣分布支管上，每根支管對應(yīng)一個小閥門，之間用快裝卡盤連接，可輕松拆卸，每根曝氣管后端用張緊繩系緊掛在水面上的掛鉤。整個池底根據(jù)曝氣管分布情況均勻布置穩(wěn)衡裝置對曝氣管進行限位。需要更換時只需取下前端的快裝卡盤，并加長后端的繩子，前后配合提出更換即可。為保持曝氣管的高效，防止污泥沉積堵塞，可通過操作供氣閥和放空閥對曝氣管進行反洗。

3.溶解氧與風機聯(lián)動自控

工程采用2套螺桿鼓風機，一用一備用，單臺風機風量為13.6m3/min、風壓 6.8bar、功率30kW。風機與位于生化池的DO儀表聯(lián)動，通過設(shè)定溶解氧需求值和調(diào)節(jié)力度，例如，風機每分鐘升高或降低0.1hz來靠近達到設(shè)定值，使整個系統(tǒng)在無人操作的情況下穩(wěn)定運行。另外，在來水水量、水質(zhì)較低的情況下，可選擇間歇運行模式，常用風機運行一定時間后可自動切換成備用風機[4]。

4.沉淀池

BioDopp工藝采用邊進邊出的矩形沉淀區(qū)，并與生化池主體合建，大幅減少了占地面積和管線。沉淀池的布水渠和出水渠建在同側(cè)，表面負荷為0.74m3/（㎡·d），池底有60度的二次抹坡，在進水側(cè)布水板和擋水板的作用下，使沉淀池的進水產(chǎn)生環(huán)形流態(tài)，增強沉淀效率。沉淀池安裝桁車式吸刮泥機，減速機行走功率1.1kW，配置兩臺污泥回流泵，流量40m3/h、功率2.2kW。吸刮泥機可通過設(shè)定行走周期和回流泵頻率來控制污泥回流比。另外，吸刮泥機路軌一端安裝激光測距儀，通過編程畫面，上位機可觀測吸刮泥機行走進程。

（七）濾布濾池

通過濾布濾池對生化池出水進行深度處理，進一步去除SS。工程采用的濾布濾池設(shè)備不同于傳統(tǒng)的纖維轉(zhuǎn)盤濾池，設(shè)備的過濾盤不動，而是通過電機驅(qū)動中心軸來帶動反洗裝置，對濾盤進行洗刷。濾布濾池內(nèi)設(shè)有液位計，根據(jù)池內(nèi)液位判斷濾盤濾布上是否有沉積泥層導致通水不暢。反洗時，反洗泵和驅(qū)動電機啟動，泵連接反洗裝置的電動閥開啟，對濾布進行洗刷和抽吸，之后連接濾池底部的排泥管電動閥開啟，進行排泥，液位到達設(shè)定下限后反洗流程結(jié)束。濾池前端進水管配有管道混合器，通過混合器投加PAC溶液，使溶液與出水混合完全，產(chǎn)生化學除磷效應(yīng)，絮凝的沉淀物也會被濾池過濾，設(shè)計每小時投加53L濃度為10%的PAC溶液。所選用的濾布濾池設(shè)備處理能力滿足遠期的5200m3/天，設(shè)計濾速8m/h，濾盤過濾孔徑小于10μm。設(shè)備安裝功率3.75kW，常用功率為1.1kW。

（八）紫外線消毒渠與巴氏計量槽

工程設(shè)計紫外線燈管對出水進行消毒。消毒渠總共布置32根功率為300W的低壓高強紫外殺菌燈，總劑量50mJ/cm2。為保證消毒時間，渠道末端設(shè)有溢流槽。渠內(nèi)安裝水位傳感器，當水位低于設(shè)定值后，靠近水面的一排燈管熄滅，如果規(guī)定時間內(nèi)水位沒有恢復(fù)，則全部燈管熄滅，若水位恢復(fù)，則靠近水面的一排燈管重新啟動。消毒系統(tǒng)配有空壓機和氣壓缸反洗裝置、紫外線強度測量儀，當紫外線測量強度低于設(shè)計值95%時，系統(tǒng)自動對燈管的石英套管進行刷洗。整套系統(tǒng)以裝配的方式安裝在渠道中，方便安裝和拆卸。出水通過巴氏計量槽，經(jīng)程序計算轉(zhuǎn)換為流量，渠道最后設(shè)有中水池和離心泵，產(chǎn)水可用于廠區(qū)綠化。

（九）污泥脫水系統(tǒng)

工程設(shè)計每日絕干污泥量200kg，脫水污泥含水率低于60%。生化池首先將剩余污泥排至貯泥池，對污泥進行初步重力濃縮，再由立式螺桿泵提升到調(diào)理池攪拌加藥，設(shè)計藥劑投加量0.2%的PAM溶 液300L/天，10%三價氯化鐵溶液450L/天，生石灰45kg/天。經(jīng)調(diào)理池攪拌均勻后，進泥螺桿泵自動啟動，把調(diào)理好的污泥提升到高壓板框脫水機中。脫水機進滿污泥后，先經(jīng)過機械液壓進行第一次壓榨，完成后壓榨水泵啟動，對板框內(nèi)部進行高壓充水，從而產(chǎn)生第二次壓榨，最后通過壓縮空氣的吹掃將壓榨廢液吹出，通過底板的廢液槽收集流回調(diào)節(jié)池。滿足壓榨時間后，設(shè)備泄壓。此時，人工操作設(shè)備就地啟停裝置，操作板框歸位，將壓榨后的泥餅鏟掉。設(shè)備帶有泥斗，可儲存兩個流程的脫水泥餅。脫水流程結(jié)束后，設(shè)備自動進行反清洗，即柱塞泵配合脫水機的鏈條驅(qū)動式反洗裝置，對每塊板框進行洗刷。

四、污水處理廠的電氣自控

場內(nèi)的供電流程為高壓進線柜、避雷針柜、高壓出線柜、干式變壓器、低壓進線柜、無功率補償柜、市政用電/發(fā)電機供電分路柜、低壓抽屜柜，分配到各主要構(gòu)筑物旁的三級配電柜，最終連接到各設(shè)備的就地電控柜。當市政停電后，上述供電分路柜會自動從市政電路切換至發(fā)電機電路，并且會發(fā)出警報，包括上位機報警和就地聲光報警，提醒運營人員及時啟動發(fā)電機。廠內(nèi)配有400kW的水冷風冷組合式柴油發(fā)電機，以供停電情況下使用。并且廠內(nèi)的上位機和PLC柜等220V用電設(shè)備均配備UPS供電系統(tǒng)，停電1小時內(nèi)可保證自控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

自控方面，所有用電的污水處理設(shè)備至少連接有運行、故障、遠程三路反饋信號和啟停控制，如電磁、電動、氣動閥門會有開關(guān)到位信號，帶有變頻器的水泵以及流量計、液位計、水質(zhì)檢測等儀表連接4-20mA模擬量反饋信號，污泥脫水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、濾池和消毒系統(tǒng)等集成度較高的成套設(shè)備系統(tǒng)配有就地PLC模塊和操作屏，再通過以太網(wǎng)或RS485通信協(xié)議上傳到中控。在中控室可以收到廠內(nèi)全部設(shè)備的運行狀況、運行參數(shù)、是否故障和是否可以接受遠程控制等信息反饋，并進行操作。在廠內(nèi)各關(guān)鍵位置設(shè)有球形攝像頭，可在中控室內(nèi)調(diào)整攝像頭角度、焦距，來監(jiān)控廠內(nèi)情況，如有生產(chǎn)事故發(fā)生，可及時發(fā)現(xiàn)并到達現(xiàn)場。

五、污水處理廠運行現(xiàn)狀

自工程竣工驗收至今，污水處理廠已運營2年，期間出水穩(wěn)定達標，設(shè)備運行正常，沒有重大故障。生化工藝段的活性污泥性狀良好，在冬季時也沒有發(fā)生污泥膨脹的不良現(xiàn)象。以下選取了污水處理廠2020年12月的日均進出水數(shù)據(jù)和用電量進行分析。統(tǒng)計12月共31天的處理水量為62452m3，總耗電量24045kW，合每噸水用電2.59kW，全月出水達標。進出水情況見圖3、圖 4。

圖3 十二月日均進水水質(zhì)

圖4 十二月日均出水水質(zhì)

六、結(jié)論

工業(yè)園區(qū)污水成分復(fù)雜，來水穩(wěn)定性差，而該污水處理廠工藝線較長，進入生化系統(tǒng)前的進水井、初沉池和調(diào)節(jié)池可提供近1500噸水的容積，核算成停留時間約達到12小時，面對突發(fā)性來水超標情況，可以淡化來水濃度，給生化系統(tǒng)和運營人員留有反應(yīng)時間，且水廠還配有事故池，可收納一定量的超標進水。生化部分的水解酸化池可簡化來水成分，提高可生化性。BioDopp池的五段式處理方法和大回流比技術(shù)使整體生化系統(tǒng)更加穩(wěn)定，抗負荷抗沖擊能力強，微生物菌落不易膨脹或腐壞。但由于場地原因沒有設(shè)計高效沉淀池，而生化除磷能力有限，在濾布濾池進水中也不宜投加過多的PAC，否則會造成濾布堵塞嚴重，面對進水總磷超標50%以上的情況時，需要人工往初沉池和二沉池中投加PAC。運營方面，該污水處理廠自動化程度較高，各設(shè)備單體或系統(tǒng)均可在無人值守的情況下穩(wěn)定運行，并根據(jù)水位、溶解氧等參數(shù)反饋和程序設(shè)定自動調(diào)整設(shè)備工況，整體工藝線較長，抗沖擊能力強，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，電氣系統(tǒng)嚴格按照國家標準設(shè)計施工，安全系數(shù)高。

七、展望

工業(yè)園區(qū)污水是由多家企業(yè)排放組成，成分復(fù)雜。在污水處理廠設(shè)計初期，應(yīng)了解園區(qū)排水屬性結(jié)構(gòu)，明確原水水質(zhì)，從而優(yōu)化廠區(qū)用地，選用匹配性強的處理工藝，并考慮突發(fā)性來水超標情況的處理辦法。未來污水處理廠的發(fā)展趨勢會更傾向于智慧水務(wù)，水處理系統(tǒng)高自動化運行，目前很多村鎮(zhèn)的小型污水處理站,已經(jīng)實現(xiàn)了通過App實時監(jiān)控操作的功能。在污水處理廠建設(shè)的同時，也可開發(fā)軟件，未來通過5G網(wǎng)絡(luò)將水廠信息傳輸至遠程客戶端，并通過智能互聯(lián)將中控數(shù)據(jù)和畫面接入到地區(qū)或企業(yè)統(tǒng)一的智能云平臺，建立污水處理廠信息庫，實現(xiàn)遠程可視化監(jiān)控、高效規(guī)范運營管理、科學考核評價、應(yīng)急性技術(shù)人員指導，讓監(jiān)管部門、業(yè)主、治理企業(yè)、運維企業(yè)、裝備制造企業(yè)甚至群眾都能及時、完整、準確地了解污水廠運行及維護情況。