滨州市某工业废水处理厂提标扩容工艺设计

刘 可 王宇婷

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 43000

随着我国城市发展及工业化的推进，工业废水量越来越大，对工业废水的处理也越来越受关注。2012 年山东省政府政府印发了《关于建设生态山东的决定》，为贯彻相关政策要求，同时满足工业园区未来的废水处理需求，滨州市某废水处理厂需实施提标扩容工程建设，设计出水水质执行《地表水环境质量标准》（GB 3838- 2002）中的V 类标准（TN≤15mg/ L）

1 废水处理厂现状及设计难点

1.1 废水处理厂现状

废水厂现有处理规模为6 万m3/ d，厂区总占地约8.6ha。现有处理设施分四期建设，并经历过多次改造，其中一期工程规模0.7 万m3/ d，二期工程规模1.1 万m3/ d，一期、二期工程采用反应斜管初沉池+ 水解酸化+A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬顿+ 三沉池+ 人工快渗工艺；三期工程规模为1.2 万m3/ d，采用反应斜管初沉池+ 臭氧预氧化+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 平流沉淀池+ 芬顿+ 三沉池+ 人工快渗工艺；四期工程规模为3.0 万m3/ d，采用反应平流初沉池+ 水解酸化+ 改良A2/ O 生化池+ 中进周出二沉池+ 芬顿+ 三沉池+ 人工快渗工艺，全部废水合并后采用次氯酸钙消毒，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A 标准。

1.2 设计重难点分析

1.2.1 废水处理难度大，尾水排放标准高

本项目废水处理厂主要接纳以印染、石油化工、精细化工为主的工业园区废水及部分城区生活污水，废水具有可生化性差、生物毒性强、水质水量不稳定等特点[1]，处理难度大。同时，本次提标改造及新建扩容工程主要出水污染物指标需执行《地表水环境质量标准》中V 类标准（TN≤15mg/ L），标准的提高进一步加大了处理难度。

1.2.2 用地紧张，改造期间不能减产

污水厂内剩余用地紧张，需在保证现有设施不减产、不降标的情况下，通过合理拆建工序实现提标和扩容，实施难度大。

1.2.3 现状设施复杂

本项目废水厂共经过4 期建设，每期又经历过不同的改造，部分设计资料缺失，现状处理设施较多，设施缺乏整合。

2 污水处理厂设计进出水水质

本次扩容工程主要服务于片区新增的印染、石油化工、精细化工类企业排放的生产废水和部分城区生活污水，结合部分实测数据，综合确定本次提标改造设计进水水质如表1 所示。

表1 设计进出水水质一览表 mg/ L

3 提标扩容设计思路

3.1 处理能力分析

通过对废水处理厂现状构筑物设计参数分析，并结合现场运维人员反馈信息，对现状能力不足的处理构筑物分析如下：

（1）原一、二、三、四期水解酸化工艺水力停留时间分别为5.5h、11h、12h、6.6h，一期和四期水力停留时间较短，水解酸化效果较差，生化池出水COD 偏高。

（2）原厂区采用传统芬顿工艺进行COD 的深度处理，实际处理效果尚可。但运行过程需调酸调碱，运行管理难度较大[2]；水质波动或运行控制不当的情况下容易造成出水COD 波动，存在一定的超标风险。因此，往往需要过量投加药剂造成浪费，污泥量也较多，运行成本较高。

（3）原一、二、三、四期共用人工快渗池22 座，平均表面负荷2.5m/ h。人工快渗池负荷较低，运行效果好，但占地面积较大，集约程度较差。

（4）原厂区设脱水车间一座，采用带式压滤机，现场操作环境较差，污泥处理能力不足，导致生化池污泥浓度较高，污泥老化严重。

3.2 提标扩容方案

针对设计难点及设计进出水水质，本次提标扩容工程设计考虑优先对处理设施不足的部分进行改造，并拆除整合部分占地较大、布置分散的设施进行整合，再通过新建构筑物实现现有设施的提标和厂区的扩容。

3.2.1 现有设施提标改造

针对一期、四期水解酸化池停留时间不足的问题，考虑在水解酸化池内增加悬挂式弹性填料，以增加水解酸化池总的生物量，提高处理效果。

在现状处理设施氨氮、TN、SS 及TP 指标可以达到V 类水指标的情况下，提标工艺重点考虑对COD 的去除。尽管芬顿工艺对COD 去除效果尚可，但考虑到运行成本较高等因素，本次新增活性焦吸附池作为COD 的保障工艺，原芬顿工艺可考虑减少投药量甚至作为应急处理工艺运行。新增活性焦吸附池的用地通过拆除5 座占地较大的人工快渗池实现。由于快滤池原设计负荷较低，拆除过程可保证出水稳定达标，实现不减产、不降标改造。

于现状脱水车间旁的空地新建污泥脱水车间一座，建成后再对现有污泥脱水车间设备进行更换，以保证改造期间污泥脱水工艺的正常运转。

3.2.2 新建工程方案选取

考虑到原有工艺运行效果较好，本次扩容工程设计继续沿用原有处理工艺的总体思路，细节上取消运行成本较高的芬顿工艺，新建活性焦吸附池以保证COD 达标。新建活性焦吸附池与提标工程合建，以整合全厂的深度处理工艺。

（1）粗格栅、细格栅工艺通过更为集约化的超微一体化分离设备替代，并将设备置于水解酸化池上方；

（2）二级处理工艺采用合建式改良A2/ O 工艺，通过将二沉池叠建于生化池池顶，将泥水分离工艺与生化池有机结合起来以进一步节省占地；

（3）深度处理采用占地较省的磁混凝高效沉淀池。本项目新建5 万m3/ d 的处理设施实际占地仅2.5ha，用地指标相当于原有设施的一半，节地效应显著。

综上所述，本工程采用的处理工艺流程如图1 所示。

图1 提标改造工程工艺流程图

4 主要构筑物设计参数

4.1 超微分离一体化设备

（1）功能：通过混凝+ 超微气泡分离的的原理去除污水中的COD、SS 及总磷等污染物。

（2）设计参数：设计流量Q=50000m3/ d；1# 设备处理能力600t/ h；1# 设备2 台；2# 设备处理能力450t/ h；2# 设备2 台。

4.2 水解酸化池

（1）功能：通过水解酸化反应提高污水可生化性，通过后续好氧池组合，提高对污水COD 的去除效率。同时可将部分有机氮转化为氨氮，提高整个生化处理系统的抗毒、抗冲击负荷能力。

（2）设计参数：设计流量Q=50000m3/ d；水解酸化池形式为折流式；总体尺寸为B×L=56.4×17.7 m；停留时间6h；有效水深H=8.0m；悬挂式弹性填料的填充率为25%。

4.3 合建式改良A2/ O生化池

（1）功能：在生物反应池中营造缺氧、好氧环境，利用生物反应池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，达到净化水质的目的。同时，生化池顶叠合建设泥水分离模块（二沉池），实现高效、节地的生化与泥水分离相结合的一体化工艺。

（2）设计参数：设计流量Q=50000m3/ d；总体尺寸为B×L=56.4×82 m；有效水深H=7.9m；系统污泥浓度4000mg/ L；总停留时间T=16.0 h，其中厌氧区停留时间1.0h，缺氧区停留时间3.0h，好氧区停留时间12.0h；硝化液回流比为133%～400%；缺氧池至厌氧池回流比为100%～200%；好氧池泥龄为15d；最大气水比为7∶1。

（3）主要工程内容：生化池设置一座分为可独立运行的两格。厌氧区共设4 台潜水搅拌器，每格2 台，单台参数φ1200，N=3.1kW；缺氧区内共设8 台潜水推流器，每格4 台，单台参数φ1200mm，N=3.1kW；好氧区采用鼓风曝气，曝气器采用板式曝气器形式，以充分实现环流效果，曝气器参数B=200mm，Q=12m3/ m·h，L=1000m。好氧池池顶设置泥水分离模块，升流区表面负荷1.3m/ h；好氧区至缺氧区共设6 台混合液回流泵，采用穿墙泵形式，单台参数Q=833m3/ h，H=0.85m，N=3.75kW，变频控制；缺氧区至好氧区共设4 台混合液回流泵，采用穿墙泵形式，单台参数Q=1111m3/ h，H=1.0m，N=6.75kW，变频控制。

4.4 鼓风机房

（1）功能：为生物池好氧区提供气源。

（2）设计参数：生物池供气量244m3/ min，风压90 kPa。

（3）主要工程内容：设鼓风机房及变配电间1 座，外形尺寸L×B=20.0m×16.0m，H=5.5m；鼓风机房内另设离心风机3 台，2 用1 备，变频，单台参数Q=122m3/ min、H=9.0m、N=230kW。

4.5 磁混凝高效澄清池

（1）功能：将二级生化处理的出水进行混凝沉淀，通过化学试剂去除TP 的同时进一步降低出水SS，保障后续活性焦吸附池的稳定运行。

（2）设计形式：高效沉淀池设置2 组，单组平均流量2.5 万m3/ d。高效混凝沉淀池主要有反应池、澄清池、加药系统、污泥回流及介质回收系统。将二沉池污水送往反应池并投加介质混合，通过投加混凝剂、絮凝剂和磁粉（加速絮体沉淀），进一步去除总磷及SS。并在澄清池沉淀后排放，产生的污泥回流至污水处理厂生化池前段。

（3）设计参数：机械搅拌池有效水深4.4m，有效容积42.9m3，停留时间3.08min，PAC 最大投加量5mg/ L；反应池有效水深5.4m，有效容积37.8m3，停留时间2.78min；絮凝池有效水深5.3m，有效容积107.3m3，停留时间7.7min，PAM 最大投加量1mg/ L；沉淀池直径8m，沉淀池水深5.4m，沉淀池上升流速12.5m/ h。

4.6 活性焦吸附池

（1）功能：通过活性焦吸附对废水进行深度处理，以进一步去除废水中的COD，确保尾水达标。

（2）设计形式：本活性焦吸附深度处理系统设活性焦吸附滤池1 座，设计规模11 万m3/ d。运行过程中饱和活性焦热再生损耗约5%，计入其他损耗，每个再生周期（约120d）总损耗约12%；每组再生炭回装时，不足部分由下一组的再生炭补充，最后一组集中补充新炭。“吸附系统”和“再生系统”由“输送系统”完成无缝连接。饱和炭再生及集中补充新炭在吸附系统内依次滚动操作，保证炭龄一致。吸附池循环冲洗及饱和炭提出共用一个空气提升泵，提升泵压缩空气气源由压缩空气站提供。一个吸附过滤单元每天的处理水量根据设计进、出水水质确定。再生时一座吸附滤池进水运行9 组，再生1 组停止进水，进行饱和炭的提出和再生炭的投加操作。

（3）工艺参数：新建工程和提标工程活性焦吸附池合并建设，设计规模11 万m3/ d。吸附池设1 座，池深10m。设计进水水质COD＜60mg/ L，SS≤20mg/ L。设计出水水质COD＜40mg/ L，SS≤10mg/ L。吸附滤池分为10 组并联运行；每组8 个吸附单元，共80 单元；每单元装煤质破碎颗粒活性焦52m3（26t），共需填装活性焦2080t，每单元每天处理水量1375m3/ d，有效吸附时间60min。每系列按组自动滚动反洗。根据本厂进、出水COD 及活性焦吸附容量计算，活性焦饱和周期约为120d。安装活性焦再生机组系统2 套，每套再生饱和炭12～15t/ d。

4.7 活性焦再生车间

（1）功能：运用物理加热再生对吸附饱和后失去活性的炭进行再生处理，恢复其吸附性能，达到重复使用目的。

（2）工艺参数：活性焦再生车间共1 座，单层车间，净高度7.0m。车间内配置再生能力12～15t/ d 的活性焦再生炉2 套。脱水饱和炭湿容重760～800kg/ m3；含水35%～40%。采用天然气为再生热源，压力8000Pa，气耗90～100Nm3/ t 炭（干基），全厂天然气耗量约1500Nm3/天。每再生一次，活性焦损耗约5.0%。设计活性焦再生量为12～15t 活性焦(干基)/ d；燃料为天然气，压力8000Pa，热值8600kcal/ m3，用气量95～100m3/ t（干基）。

4.8 接触消毒池

（1）功能：采用次氯酸钙对出水进行消毒，确保达标排放。

（2）设计参数：设计规模5 万m3/ d；次氯酸钙有效投加量为30mg/ L，投加次氯酸钙浓度5%；接触消毒时间30min；接触消毒池平面尺寸19×11m，有效水深5m，接触消毒池上层叠合加药间。

4.9 加药间

（1）功能：用于PAC、乙酸钙以及次氯酸钙的投加。

（2）设计参数：设计流量Q=2083m3/ h；PAC 投加量60～100mg/ L；乙酸钙投加量0～60mg/ L；次氯酸钙投加量35mg/ L。

（3）工程内容：设加药间1 座，叠合于接触消毒池之上，外形尺寸L×B=28.0m×7.0m、H=5.2m，加药间内设乙酸钙投加、PAC 投加及次氯酸钙投加设施共3 部分。PAC 采用10%浓度原液投加，共设置投加泵设6 台，4 用2备，单台参数Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每台泵对应1 个投加点。乙酸钙采用25%浓度原液投加，共设置投加泵设3 台，2 用1 备，单台参数Q=300L/ h、H=30m、N=0.3kW，每台泵对应1 个投加点。次氯酸钙采用5%浓度投加，共设置投加泵设3 台，2 用1 备，单台参数Q=200L/ h、H=30m、N=0.25kW，每台泵对应1 个投加点。

4.10 污泥浓缩池

污泥浓缩池按扩容规模5 万m3/ d 设计。对剩余污泥进行重力浓缩，使污泥含水率可降低1%～2%，即含固率达到2.0%～3.0%。

（1）功能：对系统排出的剩余污泥和化学沉淀污泥进行初步浓缩，使污泥的含固率提高到2%～3%，减少污泥量，从而减少后续处理规模。同时提供一定的调节容积，保证污水和污泥处理协调。

（2）设计参数：进泥含水率按99.2%计，污泥停留时间12.4 h，浓缩后污泥量含水率97%计。

（3）土建尺寸：圆形钢结构池体φ17m、H＝5.4m，1座，顶部轻质材料加盖。

4.11 污泥深度脱水车间

现有污泥脱水车间为利用现状改造，负责处理一、二、三期剩余污泥，设计规模为11tDs/ d。共设置2 套板框压滤机，单台滤布面积为300m2。新建污泥脱水车间总建筑面积约750m2，负责四期及本次扩建工程污泥处理，总规模按干泥量22tDs/ d 设计。共设置2 套板框压滤机，单台滤布面积为600m2。

4.12 提升泵房

（1）功能：提升现状工艺流程，保证快渗池出水顺利进入活性焦吸附池，提升泵房与池合建。

（2）设计参数：设计规模6 万m3/ d；池子1 座，平面尺寸15.0×9.0m。

（3）主要设备：潜水混流泵3 台，2 用1 备，设备参数Q=1040～1250m3/ h、H=7.0～7.5m、N=30kW，变频控制。

5 结论

（1）提标工程利用水解酸化池增加填料、增设活性焦吸附工艺等手段，可在不减产、不降标的情况下实现现有设施的提标，并通过减少原芬顿设施的投药量等措施降低运行成本。

（2）新建工程采用超微分离一体化设备+ 水解酸化+ 合建式改良A2/ O 生化池+ 磁混凝高效沉淀+ 活性焦吸附+ 接触消毒工艺，用地指标仅为现有处理设施的一半，节地效果显著。

（3）本工程总投资约1.97 亿元，新建扩容工程总成本2.69 元/ m3，经营成本2.01 元/ m3。