关于当阳金桥污水厂的工艺选择

摘要：40年的改革春风，极大的促进了我国城镇工业化的迅猛发展，以经济开发区为代表的实体经济，在收获高额GDP的同时，所带来的水环境问题也是触目惊心，如何才能践行好“绿水青山就是金山银山”这个伟大的时代命题？本文就以具体污水厂处理含工业污水的工艺选取为例，探讨水处理的发展前沿，为相应技术人员提供参考。

关键词：工业污水；进出水水质；处理工艺；推荐方案

1、前言

随着经济的深入发展，当阳经济开发区规模不断扩大，特别是工业区迅速发展，但相对而言，园区的基础设施还比较薄弱，特别是排水设施。现在园区仅有玉阳污水处理厂一座，处理能力为3万t/d，服务岩屋庙磷化工业园、建筑陶瓷工业园、双莲工业园，目前已趋于满负荷运转，无力再承担处理金桥、坝陵工业园区污水的重担。目前金桥、坝陵工业园区所有的生活污水和工业废水都是未经有效处理直接排入区域内的河流，致使河流和地下水质受到严重污染，这不仅影响到工农业的生产，制约经济持续发展，而且也直接威胁着全镇人民的身体健康和下游人民的饮水问题。因此，金桥工业园污水处理厂工程的建设能彻底解决当阳经济开发区环境污染及水污染问题，已成为当阳经济开发区建设的当务之急。

2、污水厂水量水质

根据《当阳市经济开发区总体规划》，确定本工程设计年限为：近期：2020年；远期：2025年。服务人口规模：近期约为3万人，远期约为6万人。

2.1 污水量预测

当阳市是湖北省的中小等城市，根据《室外给水设计规范》，开发区居民的平均日综合生活用水量（含公建）标准近期按200升/人·日，远期按220升/人·日，其污水定额按用水定额的85%计。

工业污水量根据金桥、坝陵工业园已建成投产企业的污水排放量资料，每年污水排放量约578万m3，每天约1.75万m3（每年按有效工作日330天计算），按照现年工业产值计算15.95亿元/平方公里，金桥、坝陵工业园区年工业总产值406.88亿元，现状单位产值工业废水量指标为1.42m3/万元，至2020年，工业产值较现状有所增加，按照增加0.24万m3/天考虑。

根据开发区总体规划，2020年开发区年工业总产值达到1100亿元，其中按照平均单位用地产出计算，金桥、坝陵工业园工业总产值达到777.09亿元，按照现状单位产值工业废水量指标计算，工业废水量将达到1103.48万m3，每天约3.34万m3（每年按有效工作日330天计算）。至远期计算年限2025年，工业产值有所增加，同时，考虑节水因素，2025年工业废水量增加按照0.5万m3/天考虑，工业废水量为3.84万m3计算。

综上所述，可得到按分项污水量法测算开发区污水量，见表2。

2.2 设计进出水水质

金桥工业园区污水处理厂进水水质具有典型的工业园区污水处理厂特点，工业废水比例达到77.43%，工业废水种类以食品、轻纺、机械电子及仓储物流、新型建材、化工及纺织产业等产业为主。经过对现状企业排水水量和水质充分调研，现状企业工业废水污染因子以CODcr、NH3-N、TN、SS为主。

综合考虑其它企业生产及排水性质，见表3，进水PH约6～9。

各工业企业污水均应在厂内相应的污水处理站进行有效的处理，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准及《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T3196-2015）A级标准较严值后再排入污水处理厂。本项目污水处理厂出水标准须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002》一级A标准。

3、工艺选择

3.1预处理工艺

预处理阶段需要提高废水的可生化性，提高可生化性常用的方法有水解酸化和铁碳微电解。

（1）水解酸化法

水解（酸化）是一种污水的厌氧处理，和其它工艺组合可以降低处理成本，提高处理效率，为后续处理奠定良好基础。其主要特点有：原有大分子以及难生物降解物质被水解为小分子的有机物，且易于生物降解，缩短了后续好氧生物处理的水力停留时间，提高了处理效率，降低了溶解氧的需求量；对工作温度无特殊要求，通常在常温下运行即可取得较为满意的水解酸化效果，水解酸化段的最终产物为溶解性有机物，各种形态的有机酸、醇和二氧化碳。

（2）铁碳微电解方法

铁碳微电解是指：将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极，电位高的碳做阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。

本项目预处理目标是提高污水可生化性，由于微电解需要调节PH值、床体容易板结、铁屑补充劳动强度大等缺陷，而水解酸化不需投加药剂、运行管理简单、提高B/C比的效果较好的特点。因此，预处理单元采用水解酸化技术。

3.2生物脱氮除磷工艺

（1）A2O法

常规A2O工艺污水在流经三个不同功能分区的过程中，在不同微生物菌群作用下，使污水中的有机物、氮和磷得到去除，其流程见图2。研究结果表明，MLSS中的含磷量随污泥负荷的降低将大幅度下降。生物除磷需要高的污泥负荷，而生物脱氮则需要低的污泥负荷，在A2O工艺中要使二者同时达到最佳状态是困难的，一般是以生物脱氮为主，生物除磷为辅。为了解决A2O法回流污泥中硝酸盐对厌氧放磷的影响，可采取将回流污泥进行两次回流，或进水分两点进入等措施，据此产生了改良型A2O、倒置A2O和UCT等工艺。

在改良UCT工艺中，见图3，缺氧反应池被分成两部分，第一缺氧反应池接纳回流污泥，然后由该反应池将污泥回流至厌氧反应池。第二缺氧反应池得到硝化混合液回流，大部分反硝化反应在此区完成，不再需要对回流量实行严格控制。然而这些改进的代价是，为了保证流入厌氧反应池中的硝酸盐含量为零，TKN/COD最大比值从UCT工艺的0.14降至改良型UCT工藝的0.11。无论是准备采用一级缺氧反应池的回流污泥还是二级缺氧反应池的污泥，该工艺都可以根据需要调节，按照改良型UCT进行操作。

（2）氧化沟法

氧化沟工艺是50年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，其特点为：混合液流态系无终端循环流动，稀释能力强，采用表面曝气（转刷、转碟、曝气叶轮等），维护管理简单，污泥负荷低，曝气时间长，耐冲击，污泥量少且稳定，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合液回流系统，到目前为止发展的主要形式有：Passveer单沟型、Orbal同心圆型、Carrousel循环折流型、D型双沟式和T型三沟式等。

Carrousel氧化沟系多沟串联系统，在沟体内存在缺氧区和好氧区，但是缺氧区要求的充足的碳源和缺氧条件不能很好地满足，因此，脱氮效果不是很好。为了提高脱氮效果，在氧化沟前设置厌氧区和缺氧区，就改良成A2O（厌氧/缺氧/好氧）氧化沟法，不仅可满足脱氮除磷要求，而且不需要混合液回流设施。

（3）CASS工艺

CASS工艺是于1968年由澳大利亚开发的一种間歇运行的循环式活性污泥法，是SBR工艺的一种变型，由选择区和主反应区两部分组成。

与传统序批式SBR工艺不同，在循环式活性污泥法中结合有生物选择器，生物反应池分二个区域，容积较小第一区作为生物选择器，第二区为主反应区。第一区和第二区在水力上是相通的。用泵将主反应区的活性污泥回流到选择器中。生物选择器呈缺氧-厌氧状态，在选择器中基质浓度梯度较大，污泥负荷较高，可有效避免污泥膨胀，提高系统运行的稳定性。另外，通过间歇曝气方式，可使活性污泥周期性地经历好氧和厌氧阶段，生物选择器的设置可以促进和强化系统的生物除磷效果而无需在系统中设置独立的厌氧搅拌阶段，系统即可具有良好的生物除磷功能。通过严格控制溶解氧浓度可以实现同步硝化反硝化，故无需设置缺氧搅拌阶段，从而可以大大简化工艺过程，节省工程投资（无需搅拌装置）和能耗，为在大中型污水处理厂的应用创造了良好的条件。

通过以上三种处理工艺方案比较，见表4，可以看出，A2O工艺对低C/N具有较好的适应性，易于碳源投加，技术稳定、成熟，可实现处理过程的精确控制，所以本工程推荐采用改良UCT工艺。

3.3深度处理工艺

污水深度处理对象是二级污水处理厂的出水，常用的深度处理技术通常由以下基本单元技术优化组合而成：混凝、沉淀（澄清、气浮）、过滤、活性炭吸附、高级氧化、膜技术（微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透等）、消毒等。

（1）曝气生物滤池工艺

曝气生物滤池工艺（Biological Aerated Filter）是二十世纪八十年代后期开发的一种污水处理新工艺，1990年法国OTV建造了世界第一座曝气生物滤池。它属于生物膜法处理，兼有活性污泥法某些特点，综合了过滤、吸附和生物代谢等多种作用。曝气生物滤池具有流程简单，水力负荷及容积负荷大，占地小，出水水质好等特点。但池体结构较复杂，设备较多，自动化程度高，要求较高的建造质量及运行管理水平。

（2）臭氧氧化+生物过滤工艺

污水经过生物处理之后，仍然有难降解COD残留难以去除，借助于高级氧化技术进一步将污水中难降解COD氧化成可生物降解的COD，最终达到一级A排放标准。

其主要适用于含有难生物降解污染物废水的深度处理，将化学氧化和生物氧化技术有机结合起来，充分利用了臭氧氧化与生物滤池各自的优势，从而达到相互补充的效果。该工艺不仅能够有效保证NH3-N、COD达标排放，还具有物理过滤作用，可降低出水SS指标，且其投资低、占地小、自动化程度高、运行费用低，比较适用于本项目改造工程。

（3）混凝、沉淀、过滤

混合是混凝沉淀的前提，混合效果直接关系到后序的混凝沉淀效果。此过程使所有胶体颗粒几乎在瞬间完成脱稳与凝聚。

絮凝方式分机械、水力两大类。水力絮凝投资小，运行费用低，但抗冲击负荷能力较差；机械利用电动机经减速装置驱动搅拌器对水进行搅拌，虽然能量消耗大，但运行稳定，受水质、水量变化影响较小。因此本次工程絮凝方式选择机械絮凝。

沉淀是废水处理工艺中用途最广泛的操作单元之一，利用重力沉降将比水重的悬浮颗粒从水中去除。污水厂出水中悬浮物浓度不仅涉及到出水SS指标，出水中的BOD5、COD等指标也与之密切有关，深度处理出水悬浮物的主要是活性污泥絮体，其本身的有机成分就很高，较高的出水悬浮物含量会使得出水的BOD5、COD、氨氮值增加。常用的沉淀池型一般有平流沉淀池、斜管沉淀池、高效沉淀池等。

过滤目前主要有纤维转盘滤池和不锈钢过滤器。纤维转盘滤池的过滤介质是纤维毛滤布，它是由有机纤维堆织而成，其绒毛状表面由尼龙纤维织而成，同时以聚酯纤维做为支撑体。在干燥状态下，纤维毛呈直立状态，浸湿后，纤维毛便会耷拉下来，形成滤布介质有3～5mm的有效过滤深度，且当量孔径只有10微米，可以使固体粒子在有效过滤厚度中与过滤介质充分接触，将超过尺寸的粒子俘获。滤布的深度能够存储俘获的粒子，减小反冲洗流量，同时还可减少正常运行时水头损失。在反洗状态下，与反抽吸装置相靠近的纤维毛又会直立起来，方便纤维毛中的杂质排出，可以清洗彻底。

不锈钢过滤器是一种去除悬浮固体的过滤装置。装置由设备主体模块、核心过滤模块、反冲洗系统、驱动系统、自控系统组成，滚筒上装有可方便拆卸的滤网。设备为连续过滤，设备内部设有自动启闭开关，当滚筒有水进入时，液位传感器将发出信号，启动减速驱动系统驱动滚筒转动，同时启动反冲洗泵。污水流入空心滚筒内，滚筒上为高强度不锈钢滤网。污水由滤网内侧向外侧流出，污水水中的悬浮物被截留在滤网内侧。冲洗水通过位于滚筒顶部的喷头由滤网外侧向内侧对滤网进行冲洗，冲洗下来的细小颗粒物质由设备内部的反冲洗水收集槽收集，并通过排污管排出设备。当无水通过设备时，设备将自动停止。结构设计紧凑，构造简单，维护方便，占地面积小，水头损失小，运行能耗低。

3.4污泥处理工艺

污泥除有大量的水份间隙外，还有很大一部分是由于其颗粒表面特性和污泥团的结构所决定的。污泥颗粒表面吸附有各种电荷离子以及由微生物在其代谢过程中分于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些电荷离子和胞外聚合物具有很强的持水率。这些污泥颗粒组成了污泥团，形成许许多多的细道，污泥颗粒表面所持的水和细道中的水都为结合水，这种水是不能用简单的机械方法去除。

根据《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》CJ∕T 249-2007，卫生填埋污泥含水率需降至 60%以下，从目前国内已建成的污水处理厂经验来看，本项目处理水量相对不大，每日产生的污泥量也不很多，设置污泥厌氧消化作为污泥稳定无害化措施投资和运行费用偏高，管理复杂，建设费用也比较高。沼气利用存在的安全问题、投资等也不适用于本项目的建设，因此污泥处理工艺宜采用直接浓缩脱水处理工艺，推荐采用厢式隔膜压滤机脱水。污泥经浓缩脱水后，含水率小于60%，直接外运填埋。考虑除磷要求，由于污泥中含磷浓度较高，较长时间厌氧状态下磷释放回水中，随上清液和滤液回到系统中，因此不宜采用重力浓缩，拟采用机械浓缩工艺，浓缩设备采用带式浓缩机。

3.5消毒工艺方案

常用的消毒方法有液氯消毒，二氧化氯消毒，紫外线消毒等，见表5性能比較。

经以上分析，综合考虑污水消毒的工程适用性、技术的成熟性、安全性、可靠性、运行、管理的维护特点、经济成本等因素，本着不造成二次污染的原则，同时考虑到厂区占地面积有限，本工程选用紫外线消毒的方式。

3.6除臭工艺方案

本工程投产后臭气的主要来源如下：粗格栅、提升泵房、细格栅及沉砂池、污泥浓缩脱水间。因此，本工程除臭主要考虑污水预处理部分及污泥浓缩脱水间，这部分臭气浓度较高，收集后集中处理。

目前城市污水处理厂的脱臭方法通常采用的有：生物滤池法、化学液体吸收法（化学洗池），从上述比较表还可以看出，液体吸收法除臭系统投资及运行费用较高，管理复杂，国内污水厂很少采用，本工程不推荐该法。离子除臭法及生物滤池法都具有处理效果稳定，投资及运行费用较低等优点，但都局限于将臭味严重的处理构筑物封闭起来运行，在目前的条件下不可能实现彻底除臭。设计推荐采用生物滤池除臭法。

4、工艺选择

根据设计进水水质和出水水质的要求，结合前面对脱氮除磷的生化处理工艺、深度处理工艺和消毒工艺叙述，污水处理推荐方案为：粗格栅+细格栅+旋流沉砂池+水解酸化池+UCT池+二沉池+机械混凝+平流沉淀池+滤布滤池+紫外线消毒工艺；污泥处理推荐方案为：机械浓缩+高压隔膜板框压滤机工艺。

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作者简介：王崟胶（1986-），男，硕士，四川绵阳人，工程师，从事市政给排水规划设计工作。

（作者单位：中国城市建设研究院有限公司）