工業(yè)園區(qū)廢水處理減污降碳協(xié)同治理改造案例研究

肖仲華，趙雪媛，張彪，王松林

（1.湖北省工業(yè)建筑集團(tuán)公司； 2.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

1 概述

黨的二十大報(bào)告提出，協(xié)同推進(jìn)減污降碳擴(kuò)綠增長(zhǎng)，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳增長(zhǎng)。由于減污降碳具有同根同源同過(guò)程的特點(diǎn)，降碳和減污在控制目標(biāo)、管理措施與技術(shù)手段等多方面存在高度協(xié)同的可能性，存在提高工程效果、降低運(yùn)行成本的可行性。

我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域涉及原料來(lái)源廣、產(chǎn)品種類(lèi)多、工藝流程長(zhǎng)、產(chǎn)污環(huán)節(jié)多，具有排污量大、污染負(fù)荷高、復(fù)合污染突出的特點(diǎn)，同時(shí)具有碳排放強(qiáng)度大的特征。鋼鐵石化、有色紡織、制藥皮革等行業(yè)的化學(xué)需氧量與氨氮排放占比均達(dá)到80%左右。同時(shí)，工業(yè)領(lǐng)域碳排放占我國(guó)總碳排放約60%以上，碳減排任務(wù)艱巨。

工業(yè)園區(qū)根據(jù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，聚集各種生產(chǎn)要素，共享基礎(chǔ)設(shè)施和廢物處置、物流儲(chǔ)運(yùn)等配套資源，具有產(chǎn)業(yè)集中、集約經(jīng)營(yíng)、能源消耗大、排污量大等特點(diǎn)。工業(yè)園區(qū)發(fā)展模式，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了諸多環(huán)境污染問(wèn)題。我國(guó)工業(yè)園區(qū)種類(lèi)繁多，工業(yè)廢水中污染物含量高、類(lèi)型復(fù)雜、處理難度大，同時(shí)碳排放控制的難度也也大。工業(yè)園區(qū)內(nèi)工業(yè)污染源分布集中，溫室氣體與污染物排放和控制的路徑基本一致，污染嚴(yán)重的企業(yè)大多也是碳減排的重點(diǎn)對(duì)象，同時(shí)碳減排對(duì)污染物減排有積極影響，兩者具有雙向協(xié)同效益。

數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)省級(jí)以上工業(yè)園區(qū)數(shù)量龐大，以湖北省為例，各類(lèi)工業(yè)園區(qū)3000 多家，涉及產(chǎn)業(yè)覆蓋機(jī)械制造、化工、汽車(chē)、電子通信、食品飲料、生物醫(yī)藥等，各園區(qū)配套污廢水處理設(shè)施，但均尚未明確的碳污協(xié)同控制設(shè)計(jì)和方法，亟需系統(tǒng)全面地開(kāi)展工業(yè)園區(qū)協(xié)同減污降碳工作。

因此，本文以某工業(yè)園區(qū)廢水收集處理站為研究對(duì)象，結(jié)合廢水處理系統(tǒng)提標(biāo)改造工程中的工藝調(diào)整和優(yōu)化，以分析典型工業(yè)園區(qū)廢水處理系統(tǒng)減污降碳的協(xié)同潛力，以期實(shí)現(xiàn)“降碳減污協(xié)同治理”的目標(biāo)。

2 典型工業(yè)園區(qū)減污降碳協(xié)同治理存在的問(wèn)題

目前，工業(yè)園區(qū)在節(jié)水、節(jié)能、治污、降碳等綠色低碳方面開(kāi)展的工作主要集中于分布式光伏類(lèi)新能源開(kāi)發(fā)、工業(yè)水處理中水回用、清潔生產(chǎn)和智慧管理系統(tǒng)等，污染治理的重點(diǎn)逐步從末端治理轉(zhuǎn)向源頭分流減量和工藝優(yōu)化轉(zhuǎn)變，但對(duì)于減污和降碳的協(xié)同工作尚未有效開(kāi)展和實(shí)施，缺乏有效的工程案例。深入推進(jìn)工業(yè)園區(qū)減污降碳協(xié)同增效工作還存在園區(qū)減污降碳途徑多樣、數(shù)據(jù)底數(shù)不明、核算邊界不清、園區(qū)重視不明顯、無(wú)典型示范案例等問(wèn)題。

以某工業(yè)園區(qū)廢水收集處理站為例。該工業(yè)園區(qū)大多數(shù)企業(yè)為染化行業(yè)，主要為織布廠、絲綢廠、毛巾廠、棉染廠等。園區(qū)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為3 萬(wàn)噸/天。印染廢水主要來(lái)自于印染加工的各道工序，包括退漿、漂白、煮練、染色、印花等，色度深，成分復(fù)雜。其處理工藝可以分為三級(jí)處理，包括一級(jí)物化處理去除懸浮雜質(zhì)，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量和pH 值，主體工藝為水解酸化聯(lián)合厭氧好氧處理，后續(xù)為深度處理，通過(guò)砂濾對(duì)出水的色度和COD 進(jìn)行進(jìn)一步的去除。

該廢水處理站運(yùn)行基本穩(wěn)定，污染物排放可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在實(shí)際工作中，隨著環(huán)保要求的提高和水量的增加，也存在以下問(wèn)題：

（1）收集到調(diào)節(jié)池的工業(yè)廢水水質(zhì)與工藝原設(shè)計(jì)值差別較大，調(diào)節(jié)池配水BOD/COD 平均值為0.23，難降解有機(jī)污染物含量高，常常呈深褐色，水質(zhì)平衡不穩(wěn)定，對(duì)后續(xù)處理工藝沖擊較大。

（2）由于廢水中有機(jī)物含量高，成份復(fù)雜，甚至存在某些有毒有害物質(zhì)，導(dǎo)致生化池內(nèi)部污泥雜質(zhì)含量高，使得污泥沉降分離性能不佳，污泥松散，目前靠在生物處理工藝段投加促凝劑等無(wú)機(jī)物質(zhì)，逐步改善沉降性能，但后續(xù)沉降分離效果仍不理想。

（3）隨著環(huán)保要求逐步嚴(yán)格，提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)要求出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。在此次改造工藝設(shè)計(jì)中，除了考慮正常的指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放外，還需要充分考慮碳減排的協(xié)同完成。

3 工藝改造設(shè)計(jì)的方法

通常而言，相較于生活污水，印染廢水中成分較為復(fù)雜，熒光物質(zhì)主要為芳香族蛋白類(lèi)物質(zhì)、酪氨酸/色氨酸類(lèi)蛋白、類(lèi)富里酸和多糖類(lèi)物質(zhì)。芳香族蛋白類(lèi)物質(zhì)的熒光強(qiáng)度與水樣中有機(jī)物含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，能夠反映水樣中有機(jī)物濃度，常規(guī)的生物處理聯(lián)合混凝沉淀過(guò)濾工藝，能實(shí)現(xiàn)芳香類(lèi)物質(zhì)、色氨酸類(lèi)物質(zhì)等污染類(lèi)物質(zhì)的高去除率。考慮到印染廢水含有醇、酮、胺、鹵代烴和苯類(lèi)衍生物等有機(jī)污染物，如果采用目前通用的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)工藝，經(jīng)過(guò)生化處理處理后，有機(jī)污染物種類(lèi)和濃度能夠得到較好的控制。少量較難被生物降解的有機(jī)物質(zhì)在經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾系統(tǒng)深度處理后，得到高效去除。

基于以上分析，考慮厭氧好氧法聯(lián)合膜生物反應(yīng)器工藝進(jìn)行主體工藝改造。主要改造內(nèi)容包括：

（1）廢水經(jīng)過(guò)物化處理和生化處理后，通過(guò)膜生物反應(yīng)器進(jìn)行泥水分離。該工藝在許多以印染廢水為主的綜合廢水處理站提標(biāo)改造工程中得到了應(yīng)用，效果良好。

（2）在厭氧池增加了廢氣收集系統(tǒng)，將生化系統(tǒng)中產(chǎn)生的二氧化碳和甲烷集中收集起來(lái)，分離提純后用于燃燒和熱能燃料供給，同時(shí)削減了氨氣、硫化氫的污染氣體，實(shí)現(xiàn)了惡臭氣體的有效收集和凈化。

（3）在原有的工藝中污泥處理采用濃縮脫水壓濾后，干污泥外送填埋處理。在此次提標(biāo)改造工藝中，污泥外送用于焚燒發(fā)電使用。

（4）利用廢水處理站的建筑物屋頂、水處理構(gòu)筑物、綠化園區(qū)等處，在其上方加裝光伏板，不但能夠給污水處理廠的基礎(chǔ)設(shè)施送去綠色電力，還可實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境和水環(huán)境污染減排的雙贏，而且能夠遮擋直射水池的陽(yáng)光，有效抑制了池內(nèi)原本要經(jīng)常清理的綠藻生長(zhǎng)。

針對(duì)以上此次改造重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)廢水處理站主要產(chǎn)生以COD、氨氮、氨氣、硫化氫和固體廢物為主的污染物，通過(guò)優(yōu)化工藝和提標(biāo)改造，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)COD、氨氮等主要污染物的有效去除，并實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)，在原系統(tǒng)中厭氧水解酸化和厭氧工藝段中產(chǎn)生大量的二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等溫室氣體，在污泥處理中采用填埋方式，同樣也生成大量的填埋氣體（主要成分為甲烷和二氧化碳）。甲烷的增溫潛勢(shì)是二氧化碳的28 倍，因此，原工藝產(chǎn)生了大量的溫室氣體。在改造工藝中，為解決上述問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同治理，將產(chǎn)生的氣體充分收集起來(lái)，經(jīng)過(guò)處理，去除了氨氣、硫化氫等無(wú)機(jī)惡臭氣體，并通過(guò)高溫燃燒實(shí)現(xiàn)了廢氣凈化和回收余熱，污泥處理也外送用于焚燒發(fā)電，加上廠區(qū)太陽(yáng)能光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了溫室氣體削減協(xié)同惡臭處理的同時(shí)，具備良好的經(jīng)濟(jì)可行性，實(shí)現(xiàn)了減污降碳協(xié)同增效，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 工藝系統(tǒng)效果評(píng)估

二氧化碳和甲烷類(lèi)溫室氣體既是廢水處理系統(tǒng)厭氧池廢氣處理工藝最大量的排放物質(zhì)，也是廢氣治理工藝最為明顯的環(huán)境影響。厭氧池廢氣處理工藝的排放來(lái)源主要有廢氣處理后的直接排放和各類(lèi)能耗、藥耗形成的間接排放。

通過(guò)前述的分析可知，廢水處理站通過(guò)工藝提升改造，通過(guò)完善膜生物反應(yīng)器工藝段，實(shí)現(xiàn)了污泥分離，提高了出水水質(zhì)，保障出水達(dá)標(biāo)排放。通過(guò)厭氧池加裝廢氣收集系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)，有效減少了廠區(qū)惡臭氣體的無(wú)組織排放，改善了廠區(qū)及周邊的大氣環(huán)境，同時(shí)減少了廢氣中甲烷等非二氧化碳溫室氣體的排放，獲得了很好的溫室氣體減排效果。通過(guò)污泥處理處置工藝的調(diào)整，大大減少了污泥填埋過(guò)程中產(chǎn)生的惡臭氣體污染和填埋氣體排放，實(shí)現(xiàn)了溫室氣體排放和環(huán)境污染控制的雙控。通過(guò)在廢水處理站的建筑物屋頂、水處理構(gòu)筑物、綠化園區(qū)等處，在其上方加裝光伏板，在獲得綠色電力的同時(shí)，遮擋直射水池的陽(yáng)光，有效抑制了池內(nèi)原本要經(jīng)常清理的綠藻生長(zhǎng)。另外，通過(guò)安裝自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要污染物排放指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)主要設(shè)備比如泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器、曝氣設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行提高效率，能夠有效降低電力消耗。在污泥濃縮脫水工藝段，采用能效更高的污泥脫水離心機(jī)。

通過(guò)以上措施，工藝提標(biāo)改造的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了污染防治和溫室氣體減排的雙控，為水處理行業(yè)減污降碳協(xié)同推進(jìn)提供了借鑒。