福建省某工业园区污水处理厂的工程设计

王书彦

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 工程概况

福建省某工业园区位于福建省东南端、厦门和汕头之间，是闽东南经济区的重要组成部分，是承接台湾石化产业转移、发展临港重化工业的重要区域。园区考虑废水统一收集、集中处理，可大大减少投资，节约治理费用，同时还可给入园企业创造良好的生产环境，增加园区招商引资的竞争力。因此，园区污水处理厂的建设显得十分必要。污水处理厂主要处理园区内的各类企业产生的间接排放废水及区域范围内的生活污水，工程服务规划用地总面积为800公顷，其中一类工业用地面积约530公顷，二类工用地面积约270公顷。污水处理厂尾水排放建议执行GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》、GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》和GB 31572—2015《树脂工业污染物排放标准》中直接排放规定的最严格的浓度限值，通过出口泵站提升后经高位井排海。

2 设计进、出水水质

2.1 设计进水水质

根据调研同类型化工园区的进水水质及石化园区企业废水排放特性对进水水质进行设计。在园区建设初期，入园项目的不确定性很大，对废水水质也很难作准确预测。在处理厂设计中，通常对进水水质提出明确要求，大多以GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级标准和GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》水质指标作为进水标准[1-2]。

1)COD值。招标书中COD≤500 mg/L，但为了保证进入污水厂的污水有合适的生化性，鼓励园区企业自建污水厂采用非生物处理系统，适当放宽进水COD浓度，项目污水处理厂设计进水的COD限值建议不大于700 mg/L，企业污水厂排放水BOD5/CODcr值在0.3以上。

2)BOD5/CODcr值。GB8978—1996《污水综合排放标准》中BOD5/CODcr>0.6，而实际化工废水中，难降解有机污染物浓度高，可生化性很差，BOD5/CODcr值一般都达不到0.3。废水可生化性考虑不周就会直接影响工艺选择，从而导致废水不能达标排放；另外，由于很多化工生产过程使用重金属催化剂，其化工废水中往往含有重金属，高浓度的重金属对污水生物处理会造成抑制。石化园区生产企业原料多为有机物、油类等，部分有机物对活性泥有毒害作用，应严格管控此类物质的排入。

根据化工园区污水特性，并结合项目污水纳管要求，可生化性一般的废水，CODcr指标最高控制在1 000 mg/L，此类废水相对总污水量占比少，暂按占比40%的进水量估算；可生化性差的废水，CODcr指标最高控制在500，此类废水相对要多，暂按占比60%的水进量估算。按两类废水的占比及废水指标测算，混合后的废水水质见表1。

表1 混合废水指标测算

调研国内其他化工园区集中污水处理厂进水水质，并结合表1的测算结果，确定污水处理厂设计进水水质见表2。

2.2 设计出水水质

根据项目《某污水处理厂勘察设计招标文件》的规定：污水处理厂尾水排放建议执行GB 31570—2015、GB 31571—2015、GB 31572—2015直接排放规定的最严格的浓度限值。上述3个标准的对比情况见表3。根据表3的最严标准，项目设计出水水质见表4。

表2 污水厂设计进水水质指标 mg/L

表3 三个排放标准的对比 mg/L

表4 污水厂设计出水水质指标 mg/L

3 污水处理流程及工程设计

一个完整的污水处理工艺通常包括预处理系统、生化处理系统、深度处理系统及污泥处理系统[3]。各系统所采用的具体工艺有多种形式，每种形式均各有特点，需结合工程实际进出水水质和自然地理条件，有针对性地选择最适合的工艺。

3.1 预处理系统工艺

污水预处理的主要目的是去除废水中可能影响后续工艺和设备正常运行的污染物，对废水进行水量水质调整，保证后续处理的顺利进行。在预处理段，首先设置水质调节池和事故池，尽可能将需要处理的污水进行水量、水质的调节和均化，进而采用物理方法去除悬浮物。

3.1.1 工艺选择

项目进水水质BOD5≤220 mg/L、CODcr≤700 mg/L，则BOD5/CODcr=0.31，表明污水可生化性一般，采用传统的活性污泥法使出水达标存在一定难度，因此要通过物化、生化的预处理方法来提高污水的可生化性。厌氧水解酸化工艺是在兼性菌酶催化下对慢速生物降解有机物的水解和对快速生物降解有机物的酸化，并实现难生物降解有机物的转化，改变分子结构(开环、断链、裂解、基团取代、还原等)，使结构复杂的有机物分子转化成易生物降解的有机物[4]。实验证明，经过水解酸化后，原水中污染物的数量和质量都会发生变化，其中溶解性有机物比例提高一倍，CODcr平均去除率为40%～50%，而悬浮性CODcr去除率更是高达80%，出水悬浮物的浓度低于50 mg/L；污水可生化性(BOD5/CODcr比值)将明显提高，这些因素对后续的生物处理都是非常有利的。

因此，工程选用上流式水解酸化池作为提高可生化性的处理工艺。考虑工程污水为石油化工废水，选用溶气气浮法去除悬浮物的效率较高，同时兼具除油功能，技术成熟、自动化程度高。

3.1.2 工程设计

预处理系统的工程设计见表5。

表5 预处理系统的工程设计

3.2 生化处理系统工艺

生化处理系统是整个污水处理厂的核心处理单元，溶解性污染物大多在此消解，设计良好的生化处理系统，可以在很大程度上降低整个污水厂的能耗[3]。

3.2.1 工艺选择

目前，应用较广泛的生化处理系统工艺有SBR工艺、氧化沟工艺和多级AO工艺，各工艺特点如下：

1)SBR工艺。工艺运行灵活，不易发生污泥膨胀，沉淀效果好，省去二沉池和污泥污水回流系统，节约占地；但是其操作复杂，自动化程度要求较高。

2)氧化沟工艺。具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、能耗低、便于自动化控制等优点；但是在实际的运行过程中，仍存在污泥膨胀、污泥上浮问题，尤其是当废水中含油量大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好地控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮且污泥沉降性差[5]。

3)多级AO除磷脱氮工艺。是将污水分段进入生物池的厌氧区和多个缺氧区，使生物池形成多级AO串联，回流污泥全部进入生物池前端的厌氧区，形成高污泥浓度梯度，创造了更适合聚磷菌、硝化菌及反硝化菌生长的环境，大大增强了除磷脱氮能力[6]。工艺取消了传统AO工艺中的内回流，脱氮效率高，可有效增加活性污泥浓度，而且单位容积的微生物活性较强，对污水水质变化、水量变化、水温变化都具有相当的适应性，处理效果极其稳定，在碳源不够充足的情况下仍可获得较好的除磷脱氮效果。

综上所述，多级AO除磷脱氮工艺成熟、运行稳定、处理效果好，抗冲击负荷较强，不易发生污泥膨胀，启动灵活，操作管理方便。因此，工程采用多级AO池作为生化段的处理工艺。

3.2.2 工程设计

生化处理系统的工程设计见表6。

表6 生化处理系统的工程设计

3.3 深度处理系统工艺

深度处理是指工业污水经一级、二级处理后，为了进一步提高出水水质或是为回用处理系统做准备而进一步处理的过程。

3.3.1 工艺选择

工程采用高效沉淀池+臭氧氧化+BAF工艺进行深度处理。

1)高效沉淀池。沉淀池集混凝、絮凝、沉淀和污泥浓缩功能于一体，能有效去除胶体、悬浮物、部分COD污泥回流，不仅可以节省药剂投加量，而且絮凝效果好。

2)臭氧氧化。污水经过生化处理后，好生化的有机污染物已基本除去，剩下的均为难生化的长链有机物以及生化本身代谢产生的难降解可溶性微生物产物，对于此类污染物宜采用生化或物化方法改善污水的可生化性。臭氧是一种强氧化剂，可以氧化分解水中的有毒有害和高稳定性有机物，进一步去除COD、嗅味和色度。

3)BAF工艺。BAF作为生物接触氧化法的一种特殊形式，其核心是滤料。在池中，装填粒径较小的新型粒状、多孔、轻质材料作为滤料，滤料浸没在水中，池底装有曝气系统以提供足够的氧气，进一步去除进水有机物和氨氮。

3.3.2 工程设计

深度处理系统的工程设计见表7。

3.4 污泥处理设施

污泥处理设施的工程设计见表8。

表7 深度处理系统的工程设计

续表7

表8 污泥处理设施的工程设计

4 结论

1)福建省某工业园区污水处理厂工程采用预处理+水解酸化+多级AO+高效沉淀池+臭氧BAF处理工艺，出水水质达到环评要求，尾水就近排海。

2)工程建成投运后，预测每年可去除CODcr约4 672 t，NH3-N约270.1 t，TN约328.5 t，TP约51.1 t，可显著改善当地自然环境，具有很高的社会效益和环境效益。

3)工业园区污水处理厂的设计，要充分考虑污水来源的特点，从处理方案制定到污水处理的管理运营模式都要进行积极有效的探索。工程具有一定的代表性，其设计思路和设计参数可供今后类似工程参考借鉴。