海河流域工業園區污水處理廠現狀分析與優化建議

摘要：以海河流域116座工業園區污水處理廠為樣本，首先調查了工業園區污水處理廠建設及運行現狀，然后梳理了園區污水處理廠多、散造成的運維管理工作龐大；園區污水處理廠的二級處理全部為生物法，進水水質對污水處理廠穩定達標運行影響較大；園區污水處理廠運行負荷低，進水BOD5濃度低、B/N比低、B/C比低的問題，最后提出了針對性的優化對策與建議。

關鍵詞：工業園區污水處理廠；建設現狀；進水水質；運行問題；優化建議

科研課題：國家水體污染控制與治理科技重大專項“重點流域典型工業園區水污染防治技術評估和管理制度研究”（2014ZX07504-005）

引言

工業園區是國家或地方政府、企事業單位為發展經濟、改善工業布局所采取的一種重要建設方式，具有集約和規?；膬瀯?，是產業集群的重要載體?！吨袊_發區審核公告目錄》（2018年版）公示了省級以上開發區2543家，包括國家級開發區552家和省級開發區1991家。據不完全統計，實際存在的其他各類工業功能區、集聚區、工業集中區尚有數千家。近年來，工業園區以其科學的發展理念、先進的技術裝備、現代化的管理模式，為促進經濟和社會發展做出了重要貢獻。

工業園區作為產業集群的載體，承載了大量、高強度的產業活動，因其具有污染物產生種類多、排放量大的特征，而逐漸成為水污染防治的重點、難點和環境污染事故的高發點。工業園區污水處理廠作為污水集中處理中心及最終排放口，其穩定達標排放對保障周邊水環境安全具有關鍵作用。由于外加碳源造成的工業園區污水處理廠處理成本高、生化系統不能穩定運行、達標困難現象較為常見，因此需對工業園區污水處理廠的現狀進行分析研究，以保障拉動我國經濟發展的重要引擎與實體經濟發展重要陣地的可持續性。

本研究依托水專項“重點流域典型工業園區水污染防治技術評估和管理制度研究”課題，以工業園區集中、水污染嚴重的海河流域為研究對象，對海河流域工業園區污水處理廠開展了系統的現狀調研，調查其建設與運行現狀，梳理其存在的問題，并提出針對性的改善對策與建議。

1海河流域工業園區污水處理廠現狀

本研究采用函調、現場走訪及采樣的方式對海河流域116座工業園區污水處理廠進行調研，其中現場調研了47座。調研的116座工業園區污水處理廠，從空間布局上分，天津市42座、河北省65座、北京市6座、山西省3座；從服務的工業園區級別來分，國家級、省級和省級以下分別為20座、78座和18座。

海河流域116座工業園區污水處理廠建設規模的有效數據統計如圖1所示。園區污水處理廠建設規模大致呈正態分布，20000m3/d和30000m3/d建設規模的占比為31%，建設規模的中位數為20000m3/d，中小建設規模的比大型建設規模的要多。其中，建設規模＜0.5萬m3/d的占比為16%；0.5萬m3/d≤建設規模＜1萬m3/d的占比為9%；1萬m3/d≤建設規模＜5萬m3/d的占比為59%；5萬m3/d≤建設規模＜10萬m3/d的占比為14%；建設規模≥10萬m3/d的占比為2%。由于工業園區污水處理廠存在多、散的特征，因此與其相關的運維管理工作龐大，運維單位和環境監管部門均面臨較大壓力。

根據調研獲得的112座海河流域工業園區污水處理廠排放標準有效數據可知，園區污水處理廠執行的出水排放標準以《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準為主[1]。其中，103座污水處理廠執行GB 18918-2002一級A標準的占比為73%、一級B標準的占比為27%；9座污水處理廠執行回用、地方標準或其他標準。

結合調研獲得115座海河流域工業園區污水處理廠的工藝路線數據可知，園區污水處理廠中處理特征污染物工藝建設比例較少?，F有園區污水處理廠工業廢水預處理工藝主要包括調節、隔油/中和/絮凝沉淀/氣浮/澄清/預氧化、水解酸化等；深度處理工藝主要包括臭氧氧化、臭氧生物碳、高級催化氧化、電吸附等。上述115座污水處理廠中，設有并行生活污水、工業廢水預處理工藝環節的占比為6%，設有“調節池”的占比為30%，設有“水解酸化池”的占比為26%，設有“隔油/中和/絮凝沉淀/氣浮/澄清/預氧化”預處理環節的占比為14%；同時設有二類以上預處理工藝環節的占比為21%，同時設有三類以上預處理工藝環節的占比為3%；設有難降解有機物去除“高級氧化”環節的占比為6%。

依據海河流域工業園區污水處理廠處理工藝統計數據，可知其整體工藝路線與城鎮污水處理廠工藝“粗細格柵-提升泵房-沉砂池-生化池-二沉池-絮凝沉淀/過濾-消毒”基本一致的占比57%。園區污水處理廠的二級處理全部采用生物法，因此進水水質的生化性、碳氮比等因素對其穩定達標運行起著至關重要的作用。

2海河流域工業園區污水處理廠運行主體及負荷

通過調研獲得110座海河流域工業園區污水處理廠運營主體有效數據可知，園區污水處理廠運維以第三方為主，占比60%。其中，以第三方BOT運維為形式的占比41%；其他運維單位為政府相關部門和組織，運維管理人員工作水平參差不齊。

109座海河流域工業園區污水處理廠實際處理水量的有效調研數據統計如圖2所示，園區污水處理廠同時出現了運行水量“低負荷”和“超負荷”的狀況。其中，約有4%的污水處理廠存在“超負荷”情況；僅有17%的污水處理廠運行負荷在85%～100%；“低負荷”情況較為突出，約有36%的污水處理廠運行負荷低于50%，約有58%的污水處理廠運行負荷低于70%。進水量不足導致污水處理設施利用率不足，污水處理費用偏高，給第三方運維單位的正常運行造成了較大的經濟壓力。

經分析，造成海河流域工業園區污水處理廠運行“低負荷”的原因主要有3點。一是園區企業入駐的數量和規模沒有達到園區規劃，導致園區污水產生量沒有達到預期；二是對園區污水處理廠建設規模的科學評估不足，且對分期建設措施考慮不足；三是園區企業生產規模受市場供求關系及季節變化等眾多因素影響，導致污水排放量存在較大波動。

3海河流域工業園區污水處理廠進水水質及存在的問題

通過對海河流域工業園區污水處理廠進水中工業廢水比重的調查分析可知，其比重范圍為5%～95%，均值約為49%，波動范圍較大，這一結果與園區產業類型及勞動人員密集程度等因素有關?；诖?，對影響海河流域工業園區污水處理廠穩定運行的BOD5、B/C比、B/N比等指標情況及存在問題進行進一步分析。

3.1 進水水質概況

調研獲得的69座海河流域工業園區污水處理廠進水水質有效數據如圖3所示，園區污水處理廠進水BOD5濃度普遍不高，中位值為99mg/L，其中52%的污水處理廠BOD5≤100mg/L，39%的污水處理廠100mg/L＜BOD5≤200mg/L，僅有1座污水處理廠BOD5＞300mg/L。

3.2 存在的問題

選取67座海河流域工業園區污水處理廠進水BOD5/CODCr比值有效數據，分析園區污水處理廠進水可生化性情況。一般認為BOD5/CODCr＞0.3可生化性較好，BOD5/CODCr＜0.3難以生化處理[2]。由圖4可知，28%的園區污水處理廠BOD5/CODCr＜0.3，27%的園區污水處理廠0.3＜BOD5/CODCr≤0.4，45%的園區污水處理廠BOD5/CODCr＞0.4?？梢?8%的海河流域工業園區污水處理廠進水BOD5/CODCr在0.13～0.29之間，存在不同程度的生化性差、污水處理系統運行困難的問題。

選取60座海河流域工業園區污水處理廠進水BOD5/TN比值有效數據，分析園區污水處理廠生物脫氮碳源情況。在常規脫氮工藝及控制條件下，一般認為BOD5/TNgt;4（gt;5則更優）總氮去除效果較好，BOD5/TN＜4則需另外投加碳源，進行生物脫氮[2][3]。由圖5可知，園區污水處理廠進水BOD5/TN中位值為3.11，60%的園區污水處理廠BOD5/TN＜4，存在不同程度的碳源缺乏。

綜上所述，通過對海河流域工業園區污水處理廠進水BOD5濃度、BOD5/CODCr比值、BOD5/TN比值分析可知，BOD5濃度低的污水處理廠占比為52%，BOD5/TN比值低的污水處理廠占比為60%，BOD5/CODCr比值低的污水處理廠占比為28%。

在對BOD5偏低問題的進一步分析中，通過對我國采用較多的29部行業（輕工業、化工、制造、食品等）水污染排放標準的BOD5限值分析可知，BOD5間接排放限值為40～80mg/L，均值為70mg/L[4]?？梢娦袠I排水標準普遍對常規污染物BOD5管控嚴格，間接引導企業建設污水處理設施時多采用生化工藝，使得BOD5在企業處理污水過程中便已去除，從而導致工業園區污水處理廠進水水質BOD5偏低、缺少碳源的問題普遍存在，以及部分工業園區污水處理廠存在不同程度的生化性差、污水處理系統運行困難的情況[5]。

在對BOD5/CODCr比值低的污水處理廠進一步研究分析中發現，單一行業集中度高的工業園區，其污水處理廠由于工業廢水趨同導致進水污染物累積效應和疊加效應問題突出，污水處理難度加劇，這一情況在化工園區尤為突出。

另外，工業園區還存在由園區污水處理廠進水水質造成的進水TDS高引起的污水生化系統難以正常運行、進水難降解有機污染物濃度高造成的污水生化系統脆弱及CODCr達標困難、進水BOD5濃度低造成的無法培養活性污泥、進水水質不穩定對污水生化系統沖擊大等問題突出，而且還有個別園區污水處理廠出現進水溫度高于40℃引起的污水生化系統難以正常運行現象，以及苯酚類、重金屬類等某類特征污染物濃度高引發的各種運行問題。

4海河流域工業園區污水處理廠優化建議

針對海河流域工業園區污水處理廠多、散造成的運維管理工作龐大，管理水平參差不齊；園區污水處理廠的二級處理全部為生物法，進水水質對污水處理廠穩定達標運行影響較大；園區污水處理廠運行負荷低、進水BOD5濃度低、BOD5/CODCr比值低、BOD5/TN比值低等的情況。因此，可從設計階段和運行階段進行優化。

4.1 設計階段優化

在設計階段，可通過分期建設、設計與污水水質特性匹配的工藝環節進行優化。

①設計建設適當規模的污水處理廠，提高運行負荷，降低污水處理成本。通過科學評估園區污水水量來確定設計規模，考慮設計多組并行處理系列，并根據收水水量分期建設，從而提高運行負荷，降低污水處理成本。

②科學評估園區污水處理廠水質特性，設計適應性的污水處理工序。充分考慮不同園區的產業布局、收水水質波動性、工業廢水難降解性等水質因素，設計建設與園區收集污水相適應的工藝環節。如，設計調節池均衡水質水量，減少水質水量變化沖擊；設計水解酸化池，提高進水水質的生化性；設計適宜的生化預處理工序，去除有害污染物，減少對園區污水處理廠生化系統的影響；設計適宜的深度處理單元，去除難降解污染物和特征污染物，確保園區污水處理廠穩定達標排放。

4.2 運行階段優化

在運行階段，可通過調整產業布局、優化污水排放標準、提高運維人員管理操作水平等措施進行優化。

①因地制宜調整產業布局和污水排放標準，提高進水BOD5濃度，降低污水處理成本。通過改善園區產業布局，引入排水水質較好的企業，同時推行“協商排放”，放寬部分有益于園區污水處理廠水質的企業排水標準，提高進水BOD5濃度，改善BOD5/CODCr比值低、BOD5/TN比值低的問題，提高生化單元活性，提升難降解污染物去除率，降低污水處理成本。另外，針對BOD5/TN比值低的問題，還可依據政策標準引導企業處理回收高氮廢水的氮素，減少生物脫氮外加碳源用量。

②提升運維人員管理操作水平，提高污水處理工序的處理效率。通過培訓學習和實際操作，提高運營人員的管理操作水平。同時，通過對日常污水處理的運行總結，優化運行參數，改善運行細節，科學規范地運行污水處理系統，將各處理工序的效率發揮到最大。另外，根據進水水質變化靈活調整各處理工藝運行參數，在保證污水處理廠穩定達標排放的前提下，減少污水處理費用。

結語

綜上所述，研究通過分析海河流域工業園區污水處理廠處理工藝、進水水質現狀及運行中存在的問題，提出分期建設、優化工藝環節、調整產業布局、優化污水排水標準、提高運維人員管理操作水平等具體的優化建議，可為新建工業園區污水處理廠的設計建設和已建工業園區污水處理廠的日常管理提供參考借鑒。

參考文獻

[1] GB 18918-2002，城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].

[2]張自杰，林榮忱，金儒霖.排水工程-下冊（4版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[3]韋啟信，鄭興燦.影響污水生物脫氮能力的關鍵水質參數及空間分布特征研究[J].給水排水，2013，49（9）：127-131.

[4]劉紅磊，李慧，倪頎業，等.工業園區企業排水水質調研及園區納管常規指標限值雛議[J].給水排水，2017，52（12）：65-70.

[5]陳瑤，劉紅磊，盧學強，等.我國行業水污染物排放標準的制定現狀、問題及建議[J].環境保護，2016，44（11）：51-55.

作者簡介

李濤（1978—），男，漢族，山東高唐人，高級工程師，碩士，主要從事環境污染防治與保護研究和工程設計。

通信作者

馬喆（1981—），男，漢族，遼寧開原人，工程師，碩士，主要從事環境污染防治與保護研究和工程設計。

加工編輯：王玥

收稿日期：2024-04-22