青神縣工業開發區污水處理廠設計與調試運行

戴 紅 ，王 飛 ，秦 川 ，劉 杰

（1.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川成都 610081；2.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗，湖北武漢 430064）

青神縣開發區地處成都至樂山產業帶，是四川省高新技術產業化基地、四川省小企業創業基地和四川省知識產權試點園區。園區現有2個工業污水處理廠，其中核心區污水處理廠處理規模為1 500 m3/d，西龍組團斑布產業園污水處理廠處理規模為15 000 m3/d。現有污水處理設施存在處理規模不足、處理標準亟待提高、處理設施散亂等問題，為適應產業布局及環保要求，開發區管委會決定新建青神縣工業開發區污水處理廠。

1 項目概況

青神縣工業開發區污水處理廠項目位于開發區斑布產業園，該項目主要接納和處理工業開發區核心區機械產業園、西龍組團斑布產業園及黑龍組團丹甫科技公司、立白實業集團的工業廢水及生活污水。根據青神縣工業開發區用水、污水收集處理現狀和發展規劃，該工程遠期設計規模為3×104m3/d，除部分構筑物（A2/O/A、MBR生化池、膜池及膜設備間、Fenton系統流化床氧化塔、二沉池）外，土建工程均一次性建成，近期按進水2×104m3/d運行。排放，需保證進水水質穩定且具有適當的可生化性，經環保主管部門批準，該污水處理廠進水COD設定為700 mg/L。

近年來岷江流域水體污染嚴重，總磷超標顯著，青神縣屬于重點控制區域，該工程執行《四川省岷江、沱江流域污染物排放標準》（DB 51/2311—2016），設計污水處理廠出水氨氮執行地表水Ⅳ類水質質量標準（≤1.5 mg/L），出水總磷執行地表水Ⅲ類水質質量標準（≤0.2 mg/L）。工業廢水中常規污染物質，如pH、BOD5、SS、NH3-N、總磷、總氮等，需同時達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962—2015）、《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）三級排放標準后方可外排。

本工程設計進出水水質見表1。

表1 設計進出水水質Table 1 Design of influent and effluent quality

2 設計進出水水質與工藝流程

2.1 設計進出水水質

該工程收納的污水類型包括竹漿造紙污水、洗滌劑生產廢水以及機械加工廢水等，各類污水水量各不相同且水質復雜。污水處理廠最大污水來源為西龍組團斑布產業園，根據現有污水處理廠運行數據，其進水COD為1 100～1 200 mg/L，進水BOD5為320～380 mg/L，進水COD及懸浮物含量較高且BOD5/COD較低。為使污水處理廠的出水水質達標

2.2 工藝流程

本工程設計工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程Fig. 1 Process flow

由于該工程處理的工業污水水質復雜、進水COD較高且難降解有機物含量高，同時考慮到企業廢水預處理實際可生化性較低，為提高廢水可生化性，一方面通過設置調節池均衡進水的水質水量，另一方面采用水解酸化工藝進行預處理，且水解酸化工藝和其他工藝的組合可以顯著降低處理成本、提高處理效率。生化處理工藝采用A2/O/A+MBR工藝，A2/O/A工藝可有效提高TN、TP的去除率，具有節省能耗、運行費用低、適應水質變化、耐沖擊負荷能力強的優點，易實現自動化控制；MBR工藝裝置占地面積小、產泥量小、土地利用率高，與A2/O/A工藝聯用能保證出水水質優且穩定，降低后續處理工藝的處理負荷。為進一步去除難降解的BOD、COD及TP，經技術經濟比較后，采用Fenton流化床深度處理工藝，其具有氧化能力強、適應水質能力強、投資少、工程設計簡單、技術比較成熟等特點。Fenton流化床可去除廢水中的難降解有機物，但不能去除TN，若將Fenton流化床作為前段工藝將導致后續脫氮需要投加大量碳源，藥劑耗量較大；而作為深度處理工藝，可通過調節加藥量控制出水水質，提高污水處理廠抗沖擊負荷能力。同時Fenton流化床作為深度處理工藝，反應過程中已經發生了化學氧化和絮凝，不需要再采用混凝沉淀和高效沉淀工藝，因此可采用輻流式沉淀池（二沉池）作為Fenton系統的固液分離構筑物。由于本項目采用了膜處理工藝，出水懸浮物濃度很低，Fenton流化床氧化工藝可有效去除廢水中的色度，纖維轉盤濾池可進一步去除出水懸浮物。出水消毒采用紫外消毒法。

本工程采用了MBR工藝，同時污水處理規模較小，污泥主要來自膜池及二沉池，污泥量較少。為簡化管理，污泥處理采用濃縮脫水一體機進行濃縮脫水，并經危廢檢測后進行資源化利用。

3 主要構筑物

3.1 旋流沉砂池、調節池

旋流沉砂池可有效去除污水中的砂及浮渣，使無機砂粒與有機物分離，便于后續生物處理。單池設計最大流量為208.33 m3/h，尺寸為D2.13 m×2.80 m，共2池。設旋流除砂器2套，N=1.1 kW；配套風機Q=1.7 m3/min，P=39. 2 kPa，N=2.2 kW。設螺旋砂水分離機2套，Q=5～12 L/s，N=0.37 kW。

調節池設計規模為3.0萬m3/d，尺寸為39.9 m×32.9 m×8.4 m，設計總停留時間為8 h。設有攪拌器和潛污泵，以防止污泥沉降板結以及發生厭氧消化，均衡污水水質水量并提升污水。設潛水混流泵3臺（2用1冷備），單泵Q=907 m3/h，H=9.5 m，N=37 kW；設雙曲面攪拌器14臺（12用2冷備），葉輪D=2.0 m，N=3.0 kW。

3.2 水解酸化池、膜格柵渠

水解酸化法適用于COD較高的工業廢水的預處理，可將難降解大分子有機物轉變為小分子有機物、懸浮性有機物轉變為可溶性有機物。為有效降低MBR池膜阻塞及膜污染、提高膜組件的壽命及利用率，考慮新建膜格柵渠并與水解酸化池合建，設計規模為3.0萬m3/d，總尺寸為28.3 m×46.6 m×9.3 m。設排泥泵2臺，Q=40 m3/h，H=10 m，N=2.2 kW。設轉鼓膜格柵3套，柵筒D=1 400 mm，柵隙w=1 mm，N=2.5 kW。

3.3 A2/O/A生化池+MBR膜池

組合池設計規模為2.0萬m3/d，總尺寸為86.3 m×36.5 m×7.3 m，有效水深為6.5～6.7 m，分2組。組合池總停留時間為18.1 h，其中厭氧區停留時間1.8 h、一級缺氧區停留時間3.4 h、好氧區停留時間9.1 h、二級缺氧區停留時間2.0 h、膜池停留時間1.8 h。設計泥齡16 d，單位MLSS污泥BOD5負荷為0.04 kg/（kg·d），膜池至好氧區污泥回流比為400%，二級缺氧區至厭氧區污泥回流比為200%，好氧區至一級缺氧區硝化液回流比為300%。厭氧區設4套潛水攪拌器，N=3.0 kW；缺氧區設4套潛水攪拌器，N=7.5 kW；膜池設污泥回流泵3臺（2用1備），Q=1 667 m3/h，H=1.0 m，N=10 kW；好氧區設混合液回流泵4臺（2用2備），Q=1 250 m3/h，H=1.0 m，N=5 kW；二級缺氧區設污泥回流泵4臺（2用2備），Q=834 m3/h，H=1 m，N=4 kW；二級缺氧區設2臺潛水推流器，2用1冷備，N=4.0 kW；膜組件32套，處理水量Q=26 m3/h。

3.4 Fenton系統中間池、流化床氧化塔、綜合池

Fenton系統可實現COD及TP的進一步去除，提高出水水質。中間池1座，分3格（近期2格運行，預留遠期1格），每格設計規模1.0萬m3/d，每格分4區，總尺寸為16.2 m×18.5 m×3.4 m，有效水深為2.5 m。設機械混合攪拌器1臺，混合時間t=500 s，功率N=7.5 kW；設反應攪拌器2臺，N=1.1 kW，槳葉外緣線速度0.4～0.5 m/s。

近期新建2座Fenton系統流化床氧化塔，每座設計規模1.0萬m3/d，近期1座運行，預留遠期1座，停留時間20.94 min。總尺寸為15.68 m×27.64×12.90 m，包括氧化塔主體及晶體暫存池。設循環泵4臺（2用2備），Q=300 m3/h，H=18 m，N=22 kW；設集水坑潛污泵2臺（1用1備），Q=27.5 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW。

新建1座Fenton系統綜合池，分3格（近期2格運行，預留遠期1格），每格設計規模1.0萬m3/d，每格分為中和池、脫氣池及助凝池；尺寸為11.7 m×23.1 m×3.9 m，總停留時間為31.75 min。中和池設機械混合攪拌器2臺，每臺混合時間t=300 s，N=7.5 kW；脫氣池設攪拌機2臺，N=0.37 kW，槳葉外緣線速度0.1～0.2 m/s；助凝池設反應攪拌機2臺，其中1臺N=0.55 kW，槳葉外緣線速度0.4～0.5 m/s，另1臺N=0.37 kW，槳葉外緣線速度0.1～0.2 m/s。

3.5 二沉池

采用周邊進水、周邊出水的輻流式沉淀池作為二沉池。近期新建2座，每座設計規模1.0萬m3/d，每座二沉池內徑28.0 m，水深5.04 m，設計最大表面負荷為0.88 m3/（m2·h）；每座二沉池設中心傳動刮、吸泥機1臺。

3.6 纖維轉盤濾池

纖維轉盤濾池設于二沉池之后，對污水進行過濾，使出水中SS達到排放標準，并滿足紫外消毒工藝要求。纖維轉盤濾池設計規模2.0萬m3/d，總尺寸為8.3 m×8.2 m×（4.7+4.8） m，分2格，設計最大固體負荷為5.91 kg/（m2·d）。設濾布轉盤2套，D=3.0 m。

3.7 紫外消毒渠、巴氏計量槽

紫外消毒渠設計規模3.0萬m3/d，平面尺寸B×L=1.0 m×6.3 m，消毒設備分期安裝。巴氏計量槽按遠期規模設計，設1套，流量為3.5～400 L/s 。

3.8 加藥間

加藥間土建按遠期規模3.0萬m3/d設計，平面尺寸為25.0 m×15.0 m×9.0 m。根據各工藝需求設硫酸亞鐵、雙氧水、碳源（乙酸鈉）、PAM投加系統及濃硫酸、氫氧化鈉投加系統。

（1）硫酸亞鐵加藥系統、雙氧水投加系統。硫酸亞鐵投加于Fenton流化床氧化塔，用于與雙氧水反應產生羥基自由基。硫酸亞鐵溶液質量分數為30%，投加量為1 501 L/h；近期安裝計量泵4臺（近期2用2備，遠期3用3備），Q=5 m3/h，H=20 m，N=3.7 kW。雙氧水質量分數為30%，投加量為187.69L/h；安裝加藥計量泵4臺（2用2備），Q=30～1 000 L/h，P=0.5 MPa，N=1.5 kW。

（2）碳源投加系統。當進水水質BOD5/TP、C/N小于設計值時，易造成出水TP、TN不達標的現象，因此在進水碳源不足時，應適當投加碳源，確保出水達標。碳源采用固體乙酸鈉溶解后投加，乙酸鈉質量分數為20%，廢水的硝態氮去除量取8 g/m3，去除單位NO3--N的碳源投加量為5.7 mg/mg。安裝一體化乙酸鈉制備裝置1套，制備能力為1 000 L/h，N=1.5 kW；近期安裝計量泵3臺（近期2用1備，遠期3用2備），Q=0～500 L/h，P=0.4～1.2 MPa，N=1.5 kW，變頻。

（3）PAM投加系統。PAM設計投加量為3 mg/L。安裝一體化溶解加藥裝置1臺，干粉投藥能力為3 kg/h，N=2.92 kW；PAM投加螺桿泵3臺（2用1備），Q=250 L/h，P=0.6 MPa，N=0.67 kW；在線稀釋裝置4套，單套設計流量為540～5 400 L/h。

（4）濃硫酸、氫氧化鈉加藥系統。濃硫酸及氫氧化鈉分別投加于Fenton系統中間池，調節污水pH，促成反應進行。濃硫酸濃度為18.40 mol/L，投加量為136.00 L/h，目標pH為3.0；安裝計量泵4臺（2用2備），Q=30～1 000 L/h，H=25 m，N=0.37 kW。氫氧化鈉溶液質量分數為30%，投加量為83.53 L/h，目標pH為7.0；安裝計量泵4臺（2用2備），Q=12～1 000 L/h，H=25 m，N=1.5 kW。

4 工藝特點分析

4.1 采用水解酸化池提高廢水可生化性

本工程最主要的廢水來源為造紙廢水，污水BOD5/COD較低，可生化性較差，且色度較高，纖維素、木質素等懸浮物含量較高。采用水解酸化工藝，兼性菌可實現將難降解大分子有機物轉化為小分子有機物、懸浮性有機物轉化為可溶性有機物，進而提高BOD5/COD〔1〕，降低后續生化處理單元的負荷并使出水水質達標。潮陽區紡織印染環保綜合處理中心污水處理廠采用水解酸化作為預處理工藝，水力停留時間為12 h，經水解酸化處理后，出水COD降至約進水的50%，污水可生化性明顯提高，污水處理廠出水水質優于行業標準〔2〕。

4.2 采用A2/O/A+MBR工藝脫氮除磷

（1）根據去除污水中不同污染物的要求，A2/O/A工藝設置厭氧區、一級缺氧區、好氧區、二級缺氧區，膜池也可起到好氧池的作用。本工程共設置3段回流：第1段由膜池回流污泥至好氧區前端，以維持好氧區的污泥濃度，同時膜池污泥處于內源代謝階段，回流可強化好氧區的脫氮除磷能力，污泥回流比為400%；第2段由好氧區末端回流硝化混合液至一級缺氧區前端，實現反硝化脫氮，混合液回流比為300%；第3段由二級缺氧池末端回流污泥至厭氧池進水端，維持厭氧池污泥濃度，該段混合液硝態氮濃度最低，降低了硝酸鹽對厭氧除磷的限制，通過設置多點進水，反硝化反應可利用進水中的碳源，保證厭氧條件下聚磷菌對碳源的需要，該段污泥濃度高，可減少回流污泥量，節省能耗，污泥回流比為200%。A2/O/A與MBR聯用可大大提高氨氮的去除效率，同時防止污泥膨脹的發生。

（2）生化池及MBR池保持了較高的污泥濃度（6～10 g/L），污水中BOD負荷率較低，出水水質優；同時高濃度污泥生物多樣性豐富，為形成各種生化反應創造了條件。

4.3 采用Fenton流化床深度處理工藝

經驗表明，含造紙廢水的工業污水經傳統厭氧、好氧處理及投加絮凝/混凝劑處理后，出水COD仍難以降至50 mg/L以下。Fenton流化床工藝利用高反應活性、強氧化性的羥基自由基發生鏈式反應，同時誘導自身形成觸媒晶體進行催化反應，將大分子難降解有機物氧化成小分子有機物，使得出水COD顯著降低。越南某工業園區污水經二級生化處理后出水COD為100～130 mg/L，經Fenton流化床系統處理后出水COD降至35～45 mg/L〔3〕。Fenton流化床工藝可通過化學方法提高除磷率，同時Fenton流化床工藝還可有效去除廢水色度，馬厚悅等〔4〕采用Fenton流化床深度處理制漿造紙廢水，COD去除率可達90%以上，色度去除率可達99%以上。

5 運行效果分析

5.1 調試期間運行效果

該工程于2021年10月開始調試運行，經30 d調試后，出水水質、回流量、污泥齡等指標基本達到設計要求。調試運行期間，該工業污水處理廠實際進水量為16 000～18 000 m3/d。根據建設單位統計，工業廢水排放量約為14 000～16 000 m3/d，園區生活污水排放量約為2 000 m3/d。由于部分相應配套公共服務設施仍在建設中，因此整個開發區生活污水量較少。調試過程最后7 d的實際進出水水質見表2。

表2 調試過程中進出水水質Table 2 Influent and effluent quality during commissioning

由表2數據可以得出，調試運行后出水主要污染物指標均能滿足設計出水水質要求且出水水質穩定，出水COD為32～39 mg/L，NH3-N為0.11～0.19 mg/L，TN為10.4～14.4 mg/L，TP為0.11～0.18 mg/L。

5.2 Fenton流化床系統效果

對進出水水質數據取平均繪制工藝整體運行效果圖，結果見圖2。

圖2 調試運行期工藝運行效果Fig. 2 System operation effect during commisioning

由圖2可知，工業污水經生化工藝處理后，出水NH3-N小于1.5 mg/L，出水TN小于15 mg/L，已達到出水標準；Fenton系統出水NH3-N降至0.2 mg/L以下，出水TN與生化工藝處理后基本一致，分析原因，Fenton系統羥基自由基的強氧化性可將NH3-N氧化為NO3--N，使得NH3-N進一步降低，但對污水中TN的變化基本無影響。生化工藝處理后出水COD為75～95 mg/L，出水TP為1.0～1.5 mg/L，未達到出水標準；Fenton系統出水COD降至40 mg/L以下，出水TP降至0.2 mg/L以下。該工程接納污水水質復雜且難降解有機物含量較高，Fenton流化床系統的應用實現了化學降解有機物以及化學除磷。

5.3 穩定運行時進出水水質、加藥量及運行費用

該項目自2021年11月實現穩定運行后，月平均進出水水質見表3。穩定運行后出水水質長期穩定，可達標排放。

表3 穩定運行時平均進出水水質Table 3 Average influent and effluent quality of the system after stable operation

本工程污水處理廠總用地面積為32 180 m2，工程總投資29 282.89萬元。6種藥劑總費用為0.574元/m3（表4），電費為0.748元/m3，人工費為0.169元/m3，綜合運行成本合計1.491元/m3。

表4 藥劑費用分析Table 4 Analysis of pharmaceutical costs

6 結論

（1）基于青神縣工業開發區污水處理廠進水水質復雜、難降解有機物含量較高且可生化性低的特點，設計采用“水解酸化池+A2/O/A-MBR+Fenton流化床氧化系統+紫外消毒”處理工藝，工程遠期設計規模為3×104m3/d。

（2）經過調試運行后，出水COD為32～39 mg/L，出 水NH3-N為0.11～0.19 mg/L，出 水TN為10.4～14.4 mg/L，出水TP為0.11～0.18 mg/L。穩定運行5個月的出水水質可穩定達標排放。Fenton氧化系統對NH3-N去除效果顯著，但對污水中TN基本無影響；Fenton流化床系統的應用實現了化學降解有機物以及化學除磷。

（3）本工程項目穩定運行后，合計運行成本（藥劑費、電費、人工費）為1.491元/m3。

（4）該工程對控制岷江流域生態環境日趨惡化的勢頭、恢復和改善生態環境起到了重要作用，對促進園區建設的可持續發展具有深遠意義。