工业园区污水处理厂工艺流程及主要参数设计

徐浩东，邱 雁，田 强，王一茹，端 艳

（1.云南省设计院集团有限公司，云南昆明 650228；2.云南农业大学 建筑工程学院，云南昆明 6502013；3.重庆百欧环保科技有限公司，重庆 404100）

2015年4月发布的《水污染防治行动计划》（简称水十条）要求集中治理工业集聚区水污染，集聚区工业废水必须经过预处理达到集中处理要求，方可进入污水集中处理设施。新建、升级工业集聚区应同步规划、建设污水、垃圾集中处理等污染治理设施。本工业区内各企业已实现废水回用或自行处理达标排放要求，但尚未建设工业园区污水处理厂，为实现园区废水集中处理，预处理后的污水暂时接入园区附近的生活污水处理厂进行处理，随着园区的发展和新企业的入驻，建设集中的污水处理厂势在必行。工程对园区内现状和近期入驻企业的排放量和水质进行分析，利用小试装置对园区排水大户的水质特征进行研究，确定一种经济、合理的园区集中污水处理工艺流程，对污水处理厂A/O和Fenton氧化工艺设计参数进行研究，计算Fenton氧化运行成本。

1 园区污水排放量及水质分析

1.1 排放水量

云南昆明某工业园区依托原有老工业基地的优势，以磷化工为主体，多种工业并存，园区现有企业36家，5家停产，磷化工、化肥企业已实现废水全回用，黏合剂、涂料、节能建材等企业自行处理达一级A标后排放，其余企业仅排放生活污水；31家企业每天排放污水总量313.86m3/d，其中生活污水159.74m3/d，生产废水154.12m3/d；园区居民点生活污水排放量70.37m3/d；近期园区排放污水总量3 385.23m3/d（含5家即将入驻企业），其中异地搬迁再造烟叶生产企业排放生产废水2 755m3/d，占园区近期总排放量的81.38%。根据《昆明海口工业园区总体规划》，园区远期排水量根据规划用地、工业用地类型、用水定额和回用水率需增加2 240m3/d。考虑为污水处理设施和园区招商引资留有余地，园区集中处理污水厂近期规模4 500m3/d，远期规模7 000m3/d。

1.2 排放水质

园区企业车间排放口废水成分复杂、浓度高，根据环保部门要求，31家企业污水总排放口排放污水水质执行生活污水水质或一级A标；根据“水十条”和环保要求，园区建设集中的污水处理设施后，企业废水排放水量不变，排放水质执行《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）三级标准和《污水排入城市下水道水质标准》（CB/T 31962—2015）的A级标准。

异地搬迁再造烟叶生产企业内废水处理流程：初沉+气浮+调节酸化+IC反应器+AO生化池+二沉池+紫外消毒，与行业处理流程[1]相类似。根据企业提供的在线监测数据、第三方水质监测报告和行业排水特征[2-3]，综合确定再造烟叶生产企业内处理设施尾水浓度如表1所示。

表1 再造烟叶审查企业污水处理设施尾水浓度

再造烟叶生产企业废水排放量占园区近期排放总量的81.38%，其他企业占18.62%，按各企业排放量占比计算的工业园区污水处理厂进厂水质如表2所示。

表2 工业园区污水处理厂进厂污水水质

2 实验结论

在再造烟叶生产企业搬迁前废水处理设施A/O生化前和二沉池出水处取水样，采用小试装置模拟污水处理环境，严格控制pH、温度等因素，对待测废水进行生化实验，测定COD降解、好氧速率和Fenton药剂量[4，6]，判断废水可生化性和毒性特征。

实验表明，随着废水浓度增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量随之降低，即废水浓度为50%时，异养和硝化耗氧量降低约50%，废水呈现毒性和难降解特性，但生化反应仍可进行。对A/O生化前废水进行4d连续生化实验后，COD浓度由270mg/L降至62mg/L，此时投加50×10-6的Fenton药剂，废水COD降为33mg/L；对生化实验尾水投加1‰的活性炭时，COD由62mg/L降至45mg/L，并可去除色度。

3 污水厂工艺流程及主要参数设计

3.1 工艺流程确定

进 水 水 质 的BOD5/COD=0.2~0.4、BOD5/TN=1.2~2.57、BOD5/TP=30~45，表明废水的可生化性较低，总氮去除的碳源不足，总磷较易处理；结合设计进、出水水质和再造烟叶废水小试，园区集中处置污水处理厂工艺流程如图1所示：

图1 工业园区集中处置污水处理厂工艺流程图

为防止企业事故排放造成污水厂运行异常和停产，工艺流程在预处理旁增设事故池，正常情况下污水通过提升泵站进入调节池，当进水在线监测异常时，废水经泵站先进入事故池储存，并分时段泵入调节池稀释处理；园区污水通过市政污水管网收集，厂内预处理设置粗/细格栅和沉砂池；正常情况下，污水经过沉砂池后直接进入生化反应池，当事故废水进入系统后需先经过混凝沉淀池，再进入生化系统；考虑进水碳源较低，工艺流程不设置初次沉淀池；生化反应采用缺氧/好氧系统，目的是有机物污染物和总氮的去除，运行过程需外加碳源；工艺流程在生化反应系统后设置Fenton氧化，充分发挥生化降解效率基础上尽量减少Fenton投加量；Fenton氧化后串联活性炭和紫外消毒工艺，活性炭过滤作为保险措施，用于水质恶化时把关。

3.2 A/O生化主要参数设计

缺氧池容积采用硝化反硝化动力学公式Vn=计算，由于较大的混合液回流比和存在一定的生化降解难度，脱氮速率Kde（20）取0.03（需经温度修正）， 污泥总产率系数Yt在无初次沉淀池、污泥龄17d条件下取0.8kgMLSS/kgBOD5，缺氧池容积为1 354m3，停留时间为7.2h。

3.3 Fenton氧化主要参数设计和成本计算

Fenton反应池中加入酸、亚铁和双氧水，将pH调至3.5左右进行反应，反应完成后进入脱气池，加入液碱，将pH回调到7~8。调酸池和催化混合池采用机械搅拌，停留时间5min，容积分别为24m3；氧化反应池停留时间3h，容积为870m3；脱气池采用空气搅拌，停留时间20min，容积为97m3。根据实验，Fenton药剂投加量和投加比例为C（H2O2，mg/L）：COD（mg/L）=3∶1；C（H2O2，mg/L）：COD（Fe2+，mg/L）= 1.22∶1。当COD浓度为124mg/L时，Fenton氧化运行设备功率20kw，电耗480kWh/d，吨水电耗0.09元/m3（电费0.8元/ kWh），Fenton氧化吨水药耗2.40元/m3，药剂消耗量见表3，Fenton氧化运行能耗（电耗+药耗）为2.49元/m3；若二沉池出水COD浓度低于65mg/L，Fenton氧化运行能耗为1.3元/m3。

表3 Fenton氧化药剂消耗量

4 结论和建议

1）合理确定工业园区集中污水处理厂进厂水量和水质非常重要，企业需逐家落实生产工艺、用水、排水特征，并依据环保意见核定污染物排放总量；即将入驻企业需落实生产工艺、厂内污水设施、环评报告等，并对同类型生产线和处理设施进行调研和水质取样；本工程园区废水处理难点是COD，且BOD5/COD较低，生化反应效果有限，碳源低于总氮去除要求；参照《污水综合排放标准》和《污水排入城市下水道水质标准》并不能准确反映真实水质。

2）园区集中污水处理工艺流程和设计参数除依据设计进、出水水质以外，还需对排水大户的水样进行可生化性、耗氧速率、毒性等实验。实验表明，园区废水具有毒性和难降解的特性，50%浓度的废水使异养和硝化耗氧量降低约50%，内源、外源呼吸均受到抑制，但充分挖掘废水生化反应效率基础上，达一级A标的Fenton药剂投加量仅需50×10-6。

3）园区集中污水处理厂设置事故池、混凝沉淀等构筑物，在进水超标的情况下启动运行；预处理工段需考虑市政管网带入的较大悬浮物和泥砂的去除；废水可生化性不足、缺少碳源，工艺流程不设初次沉淀池；生化反应主要考虑有机物降解和TN的去除；为稳定达标，废水深度处理需串联Fenton氧化，并采用活性炭吸附作为处理流程的最后把关工艺。

4）根据以上特征研究，好氧池设计100%污泥回流，400%混合液回流，污泥浓度0.08kgBOD5/（kgMLSS•d），污泥龄17d；缺氧池的脱氮速率Kde（20）=0.03（kgNO3-N）/（kgMLSS• d），设计停留时间较高。实验确定Fenton药剂投加量为C（H2O2，mg/L）∶COD（mg/L）=3∶1，C（H2O2，mg/L）∶COD（Fe2+，mg/L）=1.22∶1；当二级生化处理出水COD控制在65mg/L以下时，Fenton氧化运行成本中的电耗和药耗为1.3元/m3。