污水处理厂高浓度污水处理系统工艺方案探讨

文／徐大义 广东省建筑工程机械施工有限公司 广东广州 510500

引言：

高浓度污水有机物浓度高、成分复杂、有异味，从而给周围环境造成不良影响，加上其呈强酸强碱性，存在的厌氧生物等，从中给污水处理工作增加了不少难题。因此，本文着重针对污水处理厂高浓度污水处理工艺进行进行深入地分析，通过对污水处理工艺的应用，大幅度地提高污水处理的效果，降低水质污染，为打造生态化城市提供有利的条件。

1、工程概况

本项目拟建于广州东部固体资源再生中心（萝岗福山循环经济产业园）内，用地位于园区西南角指定的红线范围内，污水处理厂用地红线面积54.1 亩，一期用地面积约为40 亩，二期用地面积约14.1 亩。由于园区用地紧张，所以在工艺单元选择和总图布置上应尽量节约用地，并预留二期用地，考虑一、二期工程在管道、物流、人流等衔接问题。本次设计内容是污水处理一期工程，总处理规模3250 吨/日，其中高浓度污水2250 吨/日，低浓度污水1000 吨/日。

2、主工艺路线确定

根据上述工艺比选及充分考虑结合广州东部固体资源再生中心整体设计的前提下，最终确定本项目主体工艺路线为：调节池+UASB 厌氧+外置式膜生物反应器（MBR）+反渗透（RO）。

3、高浓度污水处理系统工艺方案

3.1 处理规模

综合考虑工程分线设计，本项目高浓度污水设计规模确定如下：高浓度污水总建设规模为3000m/d，本工程建设2250m/d，远期增加750m/d。

3.2 进、出水水质

综上对高浓度污水水质的分析，由于园区各处理厂产生污水水质存在不确实因素均多，并且本项目需达到零排放的要求，为保证处理效果，本次设计水质采用最不利的情况下的浓度，因此高浓度进水水质如下表1：

表1 高浓度废水设计进水水质表

根据本项目招标文件要求，在污水处理时，确保出水水质符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）道路清扫、城市绿化、车辆冲洗标准。由于回用水主要用于园区各子项目冲洗用水、冷却系统补水及园区绿化用水、洗车补水等，根据公用配套工程情况，园区只设一套回用水管网，因此回用水出水标准采用较严的标准，高浓度废水出水水质详见下表2：

表2 高浓度废水设计出水水质表

3.3 工艺设计

根据本项目目前进水种类及进水水质，确定本项目工艺流程为：调节池→UASB →均质池→一级反硝化池→一级硝化池→二级反硝化池→二级硝化池→外置式超滤膜→RO 膜→回用。具体工艺流程如图1：

图1 高浓度废水处理工艺流程

3.4 工艺流程

本项目热力电厂渗沥液由于COD 浓度高达60000mg/l，废水首先经过输送管道输送至1#预沉调节池，再经进水泵进入厌氧反应器，通过厌氧反应，降解COD，且在厌氧条件下废水中的COD 将被水解酸化。

在厌氧出水时，经常会带有厌氧污泥，故在出水进入沉淀池时，为确保厌氧反应器的微生物浓度满足要求，将回流至厌氧反应器。

在此工艺设计时，主要采用余热蒸汽进行厌氧加温，以确保厌氧反应温度的稳定性。在使用厌氧工艺时，经常会产生沼气，其经管道收集后输送至生物质综合处理厂，由生物质综合处理厂对沼气进行净化、贮存。污水处理厂内设一套沼气火炬燃烧器，以在必要时对沼气直接燃烧。

当厌氧出水进入均质池时，由于综合处理厂沼液COD 浓度为15000mg/l，经过预沉调节池后可超越厌氧直接进入均质池。

在均质池里设置曝气系统，将水中的有害气体吹脱，例如硫化氢，同时还可以抑制厌氧微生物。池水经膜生化反应器（MBR）进入提升水泵，再经过滤器过滤以后，经布水系统进入MBR，实现可生化有机物去除目标。当厌氧出水C/N 比较低时，设计将新鲜热力电厂渗沥液提升至均质池中进行调配，以获得合适的碳氮比，确保反硝化碳源满足要求，进而稳定系统pH 值。

MBR 系统主要划分为两个部分，一是二级硝化反硝化池，二是外置超滤系统。通过生化处理后，能够有效去除滤水中重金属、BOD、总氮、氨氮等，但由于有些有机物难生化降解，所形成的总氮、COD 仍然超标。因此，当MBR 工艺处理结束后，应及时设置深度处理，以确保污水达标排放。

在本项目深度处理时，应采用反渗透进行超滤出水，且RO 装置的水处理能力包括低浓度污水处理系统水量。RO 装置产生的浓缩液水量依旧较大，经浓缩液处理系统处理后，进一步回收清液，浓液输送至固体资源热力电厂用于炉渣冷却用水和飞灰固化用水。

3.5 处理效果

各单元去除效果详见下表3：

表3 各工艺段去除率效果

3.6 工艺成熟稳定性分析

（1）高浓度COD 降解分析

本项目中的有机物污染主要通过厌氧与MBR 好氧去除。

针对于本项目的水量、水质特点，厌氧反应系统设计时做到了以下几个方面，以提高其适应性：

①投标人的厌氧反应系统的COD 去除率为80%，大大减轻了后续好氧膜生化反应器的负荷，节省了运行费用。同时废水中的部分难生化降解的有机物经过厌氧水解酸化后转化为可生化降解的有机物在厌氧过程或后续的好氧过程中得到去除。

②投标方在进行工艺设计时，考虑了系统留有一定的富裕能力，足以应对本项目的水量、水质变化特点。

（2）高浓度氨氮降解分析

目前对于高浓度氨氮废水处理脱氮工艺主要有氨吹脱和生物脱氮工艺。

①氨吹脱。氨吹脱主要原理为首先对废水进行pH 调节，将废水pH 值调至10 左右，在吹脱塔中将氨氮吹脱出来，但出水进入处理单元时，应将pH值调回至中性状态。就垃圾渗滤液液而言，该工艺并不适用。

②生物脱氮。生物脱氮主要采用外置式膜生化反应工艺，以有效去除氨氮硝化，硝化的生物脱氮工艺是一种有效的脱氮方式，其主要是在硝化池中进行微生物硝化，并将氨氮转化为硝酸盐，在反硝化菌群作用下，硝态氮还原为氮气，并将它释放出来。由于传统的硝化工艺在高浓度氨氮废水处理时，由于其处理效果不理想，故为了解决以上问题，需要加强与硝化工艺的结合。

在硝化系统中，由于硝化菌属于微生物，其繁殖速度比较缓慢，周期较长，导致硝化泥龄很长，加上传统的硝化工艺经常会受到反应器尺寸的制约，加上污泥流失问题，导致在废水处理时，未能硝化完全。另外，由于MBR 工艺对微生物进行完全截留，使其泥龄达超过硝化微生长时间，且可以繁殖达到完全硝化的浓度，使氨氮完全硝化。

（3）总氮的达标排放分析

本工程总氮的排放极限值是40mg/L。

此生物脱氮工艺选用外置式膜生化反应器，其出水氨氮一般小于15mg/L，出水总氮的组成主要为硝氮，因此，工艺方案中采用如下设计、措施保证出水总氮达标：

①前置反硝化。通过膜生化反应器硝化，可去除的氨氮超过99%，在硝化过程中，可将氨氮转化为硝氮，将一些硝化回流至反硝化，在运行过程中，其设计反硝化率达到98%左右，并可以通过回流比进行调节。

②二级硝化。二级硝化能够满足总氮出水达标需求，当一级硝化脱氮不完全时，可在二级硝化反应器中进行脱氮反应，以实现硝化反应控制，通过控制完全程度来达到出水中的总氮要求。

3.7 水量、水质变化的适应性措施

（1）由于本项目设有调节池，在水量大时，调节池具有较大的缓冲余地。并且针对热电厂渗滤液、综合处理厂沼液分别设置调节池，进行水量水质调节。

（2）厌氧反应系统和外置式膜生化反应系统在设计时均考虑了安全余量，完全可以应对一定范围内的水量冲击。

（3）膜生化反应器鼓风曝气风机部分设计为变频风机，可有效地应对水量波动，并且达到节能的目的。

（4）外置式超滤膜设计时考虑了安全余量，当水量变化时，超滤系统有足够的余量可以处理进水。

（5）反渗透系统设计时考虑了安全余量，可根据实际处理量确定运行时间，且增压泵采用变频控制技术，可根据实际处理量确定运行所需的频率，达到节能的目的。

（6）生化进水布水设计采用进水和超滤出水回流部分混合，可有效缓冲进水的负荷变化，减小瞬间冲击。

（7）外置式膜生化反应器由于其微生物浓度较高，污泥负荷低，耐水质冲击负荷能力较高。

（8）关键设备设有备用，可有效应对水质波动，并且达到节能效果。

结语：

总而言之，随着我国工业的持续快速，环境问题日益突出，其中水质问题引起了人们的广泛关注。由于污水未达标排放，水质变得越来越差，加上污水中含有众多的化学污染物，从而导致水中生物中毒死亡，直接阻止水流周边的农业发展。而本文所提出的高浓度污水处理工艺，是一种能够有效提高高浓度污水处理效果的一种处理方式，值得我们去推广与应用。