沈阳市某工业园区污水处理厂工程设计及运行效果

张璞 金延 吴峰 宋歌

（1.沈阳市水务事务服务中心，辽宁 沈阳 110011；2.沈阳市建设工程质量监督站，辽宁 沈阳 110002）

1 引言

产业集聚化发展可以降低企业成本，提高企业生产效率。工业园区由于具有统一管理、集约节约的优势而成为工业企业发展的主流［1］。然而，工业园区因产业活动规模大，污染排放集中，对区域水环境质量具有较大的潜在威胁，提高工业废水处理水平已经成为工业园区可持续发展亟待解决的问题［2］。本文以沈阳市某工业园区污水处理厂为研究对象，主要讨论其工程设计及运行效果，以期为工业园区废水处理提供技术参考。

2 工程概况

沈阳市某开发区规划面积96.6 km2，包括先进装备制造产业片区、国际商贸物流产业片区及新兴产业发展片区。其中先进装备制造产业片区规划面积22.2 km2，区域排水体制为雨污分流制。

某污水处理厂占地面积为4.05 hm2，设计规模为2.0×104m3/d，主要处理该开发区内先进装备制造产业片区内的工业废水和生活污水。该厂进水中工业废水占比约为60%，以金属加工废水为主，出水水质要求达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准。该厂设计进出水水质指标见表1。

表1 设计进出水水质指标mg/L

3 工艺流程及设计参数

3.1 工艺流程

该工业园区内企业执行辽宁省地方标准DB 21/1627—2008《污水综合排放标准》和GB 21900—2008《电镀污染物排放标准》，控制限值较为严格［3］，排入污水处理厂的废水中重金属离子浓度较低，因此一级处理单元沿用城镇污水处理厂工艺路线，采用“格栅＋沉砂池”。二级处理单元选用技术成熟、应用广泛的传统A2/O 工艺［4］进行有机污染物的降解和氮、磷污染物的去除。三级处理单元采用“高密度沉淀池＋纤维转盘过滤＋紫外线消毒”，将处理水质进一步提升至排放标准。该污水处理厂工艺流程如图1 所示。

图1 某污水处理厂工艺流程

3.2 主要设备及构筑物

（1）粗格栅及提升泵房。粗格栅间和提升泵房合建，其平面尺寸（L×B）为12 m×12.6 m。粗格栅选用回转式格栅，共2 台。粗格栅宽度为1.0 m，栅条间隙为20 mm，设计过栅流速为0.5～0.8 m/s。

提升泵房内安装提升泵4 台，其中，大泵2 台，单台流量833 m3/h，扬程13.2 m；小泵2 台，单台流量208 m3/h，扬程13.2 m。污水提升采用大小泵搭配的方式，平时启动1 台大型提升泵，水量较大同时启动1 台大型提升泵和2 台小型提升泵。

（2）细格栅。细格栅间的平面尺寸（L×B）为9.6 m×5.1 m，内设回转式格栅2 台。细格栅宽度为1.4 m，栅条间隙为5.0 mm，设计过栅流速为0.5～1.0 m/s。

（3）旋流沉砂池。旋流沉砂池和细格栅间合建，共2 座，每座沉砂池的内径为3.05 m，水深为2.8 m（含砂斗）。设计停留时间为35 s，水力表面负荷为130 m3/（m2·h）。

（4）生化池。设计生化池2 座，采用A2/O 工艺，单座生化池有效容积为8 038.8 m3，其厌氧区、缺氧区和好氧区的容积比为1 ∶1 ∶6。生化池设计污泥负荷为0.09 kg BOD5/（kg MLSS·d）；污泥龄18 d；水力停留时间为17.0 h。

生化池好氧区设计气水比为7.1∶1，配套罗茨鼓风机4 台（3 用1 备），单台鼓风机风量为39.6 m3/min，扬程7 m；安装内回流泵2 台，单台流量为420 m3/h，扬程1.2 m。

（5）二沉池及污泥泵房。设计辐流式二沉池2座，二沉池形式为中心进水、周边出水，池体直径为30 m，设计停留时间为3.0 h，表面负荷为0.9 m3/（m2·h）。

建设回流污泥泵房1 座，直径为14.6 m，与二沉池合建。泵房内安装3 台污泥回流泵，单台流量为277 m3/h，扬程为7 m；安装2 台剩余污泥泵（1 用1备），单台流量为16 m3/h，扬程为9 m。

（6）高密度沉淀池。设计高密度沉淀池2 座，每座池体的平面尺寸（L×B）为15.6 m×9.4 m。高密度沉淀池分为混合区、絮凝区和沉淀区，设计停留时间分别为51 s，1.8 min 和8.6 min。混合区投加的絮凝剂选用FeCl3，设计平均投加量为30 mg/L。沉淀区安装乙丙共聚蜂窝式斜管，设计表面负荷为10 m3/（m2·h）。

（7）纤维转盘。过滤单元为1 台纤维转盘过滤器，设计滤速为8～12 m/s。过滤器共10 片盘片，单片过滤面积为10 m2。过滤器配套反冲洗水泵2 台，单台流量为30 m3/h，扬程14 m，反冲洗周期为1.0～2.0 h。

（8）紫外消毒槽。紫外消毒槽尺寸（L×B×H）为8.6 m×3.3 m×2.1 m，分为2 条渠道。渠道内各安装紫外消毒模块1 套，功率为12.5 kW，设计接触时间为60 s。

（9）加药间。建设加药间2 座，分别作为生化处理单元和深度处理单元的配套建筑。生化处理单元配套加药间，与污泥脱水间合建，加药间内设计溶液池2 座，每座溶液池平面尺寸（L×B×H）为2.1 m×2.1 m×2.0 m，配套用于乙酸钠投加的计量泵3 台（2用1 备），单台流量为370 L/h，扬程50 m。

深度处理单元配套加药间的平面尺寸（L×B）为21.0 m×10.5 m，安装用于FeCl3投加的计量泵3 台（2 用1 备），单台流量为370 L/h，扬程50 m；用于PAM 投加的计量泵3 台（2 用1 备），单台流量为410 L/h，扬程50 m。

（10）污泥脱水间。污泥脱水间为地上式框架结构，面积为550.56 m2。污泥脱水间内安装带式压滤机2 台，处理能力共计471 m3/d。

4 运行效果分析

沈阳市某工业园区污水处理厂自建成投入运行以来，进水负荷一直保持在95%以上，处于满负荷运行状态。2021 年12 月至2022 年11 月，污水处理厂的进水量为1.92×104～2.24×104m3/d，平均进水量为2.11×104m3/d，全年各月份水量较为一致，波动较小。

如图2 所示，2021 年12 月至2022 年11 月，该污水处理厂进水COD 平均浓度为293 mg/L，但是水质波动较大，进水COD 最高浓度为974 mg/L，最低浓度仅为22.1 mg /L，其中进水浓度超过设计水质要求的运行天数达79 d。系统的COD 去除效果一直良好且稳定，平均去除率高达96.7%，出水COD 最高浓度仅为25.8 mg/L，达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准。污水处理厂进水COD 浓度异常升高时，污水浊度也会同时升高，据此推断进水中有机污染物的非溶解性物质含量较高，其易于通过絮凝吸附作用去除［5］。因此在有机冲击负荷期间，系统对COD 仍具有良好的去除效果。

图2 COD 浓度变化及去除率

如图3 所示，该污水处理厂NH3－N 的进水平均浓度为30.38 mg/L，基本符合设计要求。但是NH3－N进水浓度波动较大，全年有115 d 超过设计水质，最高浓度高达103.5 mg/L，是设计浓度的3.45 倍。同时，超标时段主要集中在供暖季（11 月1 日至次年3 月31 日）。NH3－N 出水平均浓度为0.20 mg/L，平均去除率为98.8%。该污水处理厂全年的NH3－N 出水浓度均能满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水要求，其中有358 d 能够达到Ⅲ类水要求，显示系统的NH3－N 处理效果良好。

图3 NH3-N 浓度变化及去除率

如图4 所示，2021 年12 月至2022 年11 月，该污水处理厂进水TN 最高浓度为137 mg/L，平均浓度为60.5 mg/L，全年仅有17.5%的运行天数进水TN浓度与设计值相符，并且TN 进水水质的变化规律与NH3－N 有相似性。为了保证出水TN 稳定达标，在实际运行中将A2/O 生化池的外回流比和内回流比全部调节至最大，以提高缺氧区内的污泥浓度和硝酸盐含量。同时，实时提高碳源（乙酸钠）投加量，以保证缺氧区的反硝化效果。运行结果显示，出水TN 最高浓度为13.1 mg/L，平均浓度为6.74 mg/L，实现了TN 全年100%达标。

图4 TN 浓度变化及去除率

由图5 可知，该污水处理厂进水TP 浓度在0.03～30.4 mg/L 范围内波动，除6—8 月外，其余各月进水浓度均呈现剧烈变化。进水TP 平均浓度为6.95 mg/L，全年有269 d TP 进水浓度超过设计值。由于在运行中优先保证了生物脱氮对碳源的需求，并忽略了外回流对厌氧区的影响，因此TP 主要通过化学除磷去除。监测数据显示，出水TP 最高浓度为0.38 mg/L，能够满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水要求；其中全年有354 d 出水TP 浓度低于0.3 mg/L，能够满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水要求。

图5 TP 浓度变化及去除率

5 技术经济指标

该污水处理厂总投资为7 061.86 万元，其中，工程直接投资为5 906.76 万元，吨水基建投资约为2 900 元，单位处理成本为0.54 元/m3，单位经营成本为0.41 元/m3，投资及运行费用均较为合理。

6 结论

本文研究的某污水处理厂采用“A2/O＋高密度沉淀池＋纤维转盘过滤”组合工艺接纳沈阳市某经济开发区的工业废水和生活污水，运行效果良好，耐冲击负荷能力强，出水主要水质指标均能稳定达到设计排放标准。其环境、经济效益显著，可为同类型污水处理厂的设计和运行提供借鉴。