工业园区污水处理厂的工程设计实践—以云南某工业园区污水处理厂为例

陈 洁，陈 鑫，杨广萍，丁晓涛，杨 李，邓 鑫

（1. 云南省市政工程质量监督站，云南 昆明 650228；2. 云南省生态环境科学研究院，云南 昆明 650032；3. 云南湖柏环保科技有限公司，云南 昆明 650228；4. 云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650228；5. 临沧工业园区创业服务中心，云南 临沧 677000）

0 引言

随着我国工业化进程加快，各地为了有效整合各方资源，相继建立起众多工业园区。随之而来的园区内污水处理问题也亟待解决[1]。由于不同工业园区内产业种类不同，且园区内污水混合了生活污水与工业废水，水质种类不稳定，针对不同园区要做针对性处理[2]。

目前针对工业园区污水处理厂的工程案例也较多，如天津某工业园污水处理厂提标改造工程设计实例中，采用BARDENPHO生物池 +深床滤池+臭氧高级催化氧化工艺[3]；山东省某工业园污水处理厂改扩建工程设计，采用初沉池+A2O+二沉池+混凝沉淀+纤维转盘滤池工艺[4]；某工业园污水处理厂工程设计案例中，采用水解酸化池+A2/O工艺+反硝化滤池+紫外线消毒处理工艺[5]。以上污水处理厂的设计均对自身工业园区污水特征进行系统分析，并最终选择合适的污水处理工艺，使污水处理厂达标排放并稳定运行。

而本项目的园区污水处理厂主要处理生活污水和生物特色加工产业生产废水，经过收集环评资料分析发现本园区内污水进水水质BOD5/CODCr＝0.62，具有较好的可生化性[6]，二级处理可以采用与生活污水理厂相同工艺进行处理，经过工艺对比后采取水解酸化池+CASS 工艺+絮凝沉淀+滤布滤池+紫外消毒的工艺路线。

1 工程概况

本项目的工业园区主要产业为：小企业孵化基地、研发产业基地、城市绿化资源基地、特色居住和健康疗养产业、小企业创业发展基金和融资担保公司、手工艺产业（文化产品和创意产品）、创意产业、生态食品深加工产业，产生的生活污水和工业废水水质成分较为接近。

新建工业园区污水处理厂的设计规模为近期（2025年）5000 m3/d，远期（2030年）10000 m3/d。按照水厂远期规模一次性征地进行规划，共征地16.33 hm2。污水处理工艺采用二级生物处理+深度处理，为CASS工艺联合絮凝、沉淀、过滤工艺，出水水质标准执行《GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准。污水处理厂于2020年建成，2021年8月进行了初验，至目前为止污水处理厂水量、水质等指标均符合设计要求，运行基本稳定。

2 设计过程

2.1 设计规模的确定

设计规模根据工程服务范围来确定，本项目的工程服务范围如图1所示。

图1 工业园区规划图

图1为工业园区规划图。其中：①区为生物特色（加工）产业园区，属于在建设区，距离工业园区拟建污水处理厂地点距离较近，因此将①区产生的污水纳入近期服务范围内。②区为农田和村庄，目前无污水管网。该区域村落散乱，产生的少量生活污水基本进入农户自建化粪池或农田中，近期无法集中收集。同时根据工业园区的建设规划及建设时序，②区不在近期建设范围内，因此不考虑将②区纳入本污水处理厂近期服务范围，远期将②区纳入本污水处理厂服务范围。③区为待开发区，部分污水管网已建设完成。④区为建成区，污水管网基本建设完成。目前③④区产生的污水已通过现状污水干管收集，排入主城区污水处理厂。但是根据《云南省环境保护厅云南省工业和信息化委员会关于请加快推进省级以上工业园区水污染集中治理的函》（云环函【2018】61号）的要求，工业园区需单独建设污水处理设施，工业园区内的污水不能进入主城区污水处理厂进行处理，因此③④区产生的污水应纳入拟建的污水处理厂进行处理。本工程考虑通过近期新建污水干管，待拟建污水处理厂建设好后，将③④区产生的生活污水接入拟建污水处理厂。

综上所述，工程近期服务范围为①③④区，远期服务范围为①②③④区，近期服务面积5.06 km2，远期服务面积8.50 km2。

根据《GB 50013—2006室外给水设计规范》（2016版），云南省中小城市人均日生活用水量为110~180 L/人·d。结合工业园区的实际用水情况，人民生活水平的不断提高及居住条件的改善，用水量标准将会有所提高，因此本项目取日平均生活用水指标：近期（2025年）为130 L/cap·d，远期（2030年）为160 L/cap.d。污水总量可按供水总量一定的比例预测，国内城市一般取80%~90%，根据建筑内部给排水设施水平、排水系统普及程度和工业园区发展程度等因素确定，近期污水定额按用水定额的80%计取，远期污水定额按用水定额的85%计取。近期、远期工业用水量根据工业用地面积测算，在工业园区总体规划中，本项目范围内近期工业用地面积130 hm2，远期工业用地面积为210 hm2。《城市给水工程规划规范》中工业用地用水量指标为30~150 m3/(hm2·d)，本项目取50 m3/(hm2·d)，工业废水量按工业用水量的20%计取。污水量预测结果见表1。

表1 污水规模预测表

由污水量预测结果可知，工业园区污水处理厂服务范围内近期污水量为5036.32 m3/d；远期污水量为10164.80 m3/d。结合实际，考虑污水收集情况及近、远期规模的合理配置，本项目污水厂建设规模确定为：近期（2025年）5000 m3/d，远期（2030年）10000 m3/d。

2.2 进出水水质的确定

项目为新建项目，在规划区内采用的排水体制为雨污分流制。

2.2.1 进水水质确定

污水处理厂近期处理的污水分两个来源，一部分是生活污水，近期约3700 m3/d，另一部分是工业废水，近期约1300 m3/d。在确定进水水质的时候，应采取分类讨论的方法，然后再对两种水质按水量进行加权平均确定。

2.2.1.1 生活污水水质分析

污水处理厂生活污水进水水质拟通过当量负荷法及类比法进行推测。

（1）当量负荷法

以生活污水为主，按《GB 50014—2006室外排水设计规范》（2014版），有关指标可用折合当量法计算，公式为：

式中：As—已知每人每天的污染物克数；Qs—人均综合排水指标。

考虑到工业园区目前的城市化水平较低，人均污染物量按《GB 50014—2006室外排水设计规范》（2014版）取低值：

据此预测污水主要水质指标见表2。

表2 生活污水主要水质指标预测 (mg/L)

（2）类比法

云南省部分城市污水水质见表3.

表3 云南部分城镇污水水质表 （mg/L）

工业园区生活污水进水指标参考云南省其它类似城镇的相关资料，并结合工业园区生活污水主要水质指标预测值，再结合工业园区实际情况，考虑一定的设计余量，本项目生活污水进厂水质设计取值见表4。

表4 工业园区生活污水设计进水水质 （mg/L）

2.2.1.2 工业废水水质分析

通过收集到的工业园区相关资料分析，本园区的生产废水包括生物资源萃取加工、坚果深加工、茶叶加工仓储交易、生物医药等产业的生产废水。以上行业产生的废水污染物主要为CODCr、SS、氨氮和总磷，与生活废水成分较为相似，可生化性较好，以上企业生产废水约占园区污水处理厂设计总水量的30%。根据园区规划环评要求，工业园区内工业废水经自行处理后，必须满足《GB/T 31962—2015污水排入城镇下水道水质标准》要求才能排入城市市政管网。因此，本项目工业废水水质按照《GB/T 31962—2015污水排入城镇下水道水质标准》的上限进行取值分析，由于本污水处理厂拟采用二级生物处理，所以经处理后的工业废水排入下水道进而进入污水处理厂的进水水质上限采用（GB/T 31962—2015）中B级，见表5。

表5 工业废水进入污水处理厂的主要设计进水水质（mg/L）

2.2.1.3 最终进水水质的确定

最终进水水质采用对生活污水及工业废水水质确定各自的水量，进行加权平均后，即可得到污水处理厂污水最终进水水质，见表6。

表6 工业园区厂污水处理厂近期最终设计进水水质（mg/L）

2.2.2 出水水质的确定

根据相关政策要求及当地水环境质量标准要求，本污水处理厂污水排放标准执行《GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准的A标准，见表7。

表7 污水处理厂设计出水水质 （mg/L）

2.3 污水处理工艺的确定

根据污水处理厂进水水质和出水水质的要求，进水BOD5/CODCr＝0.62，具有较好的可生化性，可以采用生化处理方法去除。由于本项目为工业园区污水处理厂，需处理一部分达标排放进入下水道的工业废水，进水水质上可能具有较大的不确定性，因此在生化池前端考虑增设一组水解酸化池，用来调节水质和水量。

生化池段通过对CASS工艺与A2/O工艺的对比分析，确定CASS工艺为推荐的生化工艺，对比情况表见表8。

表8 CASS工艺与A2/O工艺基本情况和性能对比表

基本常用的深度处理工艺如下：

（1）工艺方案一：二级出水+消毒

（2）工艺方案二：二级出水+微絮凝过滤+消毒

（3）工艺方案三：二级出水+混凝沉淀+过滤+消毒

（4）工艺方案四：二级出水+混凝沉淀+活性炭吸附+过滤+消毒

在实际运行过程中可根据污水处理厂二级处理出水与深度处理水质要求进行调整。根据污水处理厂需要达到《GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级标准A标准的要求，深度处理工艺选择工艺方案三，工艺流程见图2。

图2 深度处理工艺流程图

根据上述分析，生化段和深度处理段最后确定下来的污水处理工艺流程见图3。

图3 污水处理工艺流程图

2.4 主要构筑物设计参数

（1）粗格栅

设计流量：最大时流量Q=16000 m3/d＝0.185 m3/s，过栅流速：vmax=0.8 m/s，栅条间距：b=20 mm，栅前水深：H=0.6 m，通过机械清除装置不断循环把栅渣送到无轴螺旋脱水输送机上，由定时器控制自动运行，栅渣送到栅渣压榨机进行脱水处理后外运。

（2）提升泵房

设计流量：最大时流量Q=16000 m3/d＝0.185 m3/s，潜污泵3台，2用1备。泵房内设1台起重量1T的电动葫芦，便于设备安装和维修。

（3）细格栅

设计流量：0.5万m3/d一组，过栅流速：vmax=1.0 m/s，栅条间距：b=5 mm，栅前水深：H=0.6 m，通过机械清除装置不断循环把栅渣送到无轴螺旋脱水输送机上，由定时器控制自动运行，栅渣送到栅渣压榨机进行脱水处理后外运。

（4）旋流沉砂池

设计流量：0.5万m3/d一组，最大水力表面负荷：200 m3/m2·h，水力停留时间：30 s。旋流沉砂池共设两座，直径2.43 m，池深1.4m，砂斗直径1.00 m，砂斗深度3.20 m。

（5）水解酸化池

设计流量：分两组，一组近期0.5万m3/d，一组远期0.5万m3/d，水力停留时间：4 h。近期建水解酸化池一组，共两座，每座平面尺寸为20.0 m×11.0 m×4.5m。每座水解酸化池内设3台水下搅拌器，功率4.0 kW。

（6）CASS反应池

设计流量：0.5万m3/d一组，每组两格，每格规模0.25万m3/d。设计污泥负荷：2300 kg/d，正常循环周期：4.0 h，污泥浓度MLSS：3000~5000 mg/L，平均水力停留时间：HRT=15.01 h，泥龄：20.55 d，设计需氧量：1.51 kgO2/kgBOD5，总曝气量：1704.00 m3/h，总曝气时间：12 h/d，剩余污泥量：110 m3/d(稀污泥，含水率99.3%)，有效水深：4.50 m(从池底上计)。

（7）絮凝沉淀池

本污水处理厂的机械絮凝池与斜管沉淀池采取合建的方式，对二级生物处理后的进水进行絮凝沉淀处理。

①机械絮凝池

絮凝时间：19.35 min，总有效容积：70.56 m3，机械絮凝池分3格，每格设搅拌机1 台，功率依次减小，分别为0.55 kW、0.37 kW、0.25 kW，搅拌机桨板边缘线速度依次为0.5 m/s、0.35 m/s、0.2 m/s。

②斜管沉淀池

表面水力负荷：2.16 m3/h·m2，沉淀池有效系数：0.95，清水区面积：108 m2，斜管安装倾角：60º，沉淀池池底设排泥斗，每个排泥斗底部单独设置排泥管，采用电动排泥阀定时排泥。

（8）滤布滤池

设计流量：Q=5250 m3/d=218.75 m3/h，设计滤速：5 m/h，有效过滤面积：43.75 m2，单套有效过滤面积为2.0 m2，滤池反冲洗周期：1 h。

（9）污泥池

剩余污泥量：110 m3/d，含水率99.3%，停留时间：16 h，污泥池平面尺寸5.2 m×5.2 m×5.0 m，有效水深4.5 m。

3 工程建成后的效果

本污水处理厂从设计到施工完成后初验经历了两年多的时间，目前污水处理厂运行基本正常，污水处理厂总体布置见图4。

图4 污水处理厂总体布置图

在总体布置图中西侧预留了远期用地，厂区道路布置形成环状，厂区有两个进出口。

建设过程污水处理厂的影像图像见图5。

图5 建设过程中的污水处理厂影像图

从影像图上可以看出，除了污泥处理设施、消毒出水设施及在线监测设施没有建成外，近期建构筑物基本上已初具规模，为污水处理厂的下一步运营提供了条件。

4 结语

4.1 设计特点

（1）进水水质的确定：一是通过收集工业园区相关法定性资料如环评资料等，来确定工业废水的水量水质；二是通过对工业园区的生活污水和工业废水进行定量分析，来最终确定进水水质各项指标，为后续采用的污水处理工艺提供依据。

（2）污水处理工艺的确定：由于分析得到的BOD5/CODCr数据较好，表明工业园区收集的污水具有较好的可生化性，因此在确定污水处理工艺时采用了与生活污水常用的二级生物工艺—CASS工艺作为工业园区污水处理厂的主要工艺。

（3）虽然采用了CASS工艺作为工业园区污水处理厂的主要工艺，但是考虑到本污水处理厂是工业园区的污水处理厂，工业废水的水质具有一定的不确定性，因此在CASS反应池前增加了水解酸化池用来调节水质水量。同时在CASS反应池内增加回流泵，将一部分污泥回流到水解酸化池，以增加脱氮除磷效果。

4.2 设计不足及关注问题

虽然本污水处理厂的工程初步验收已经通过，但是在环保专项验收时，发现了本次工业园区污水处理厂存在着一些设计上考虑的不足及以后设计工作中需要关注的问题：

（1）工业园区的污水处理厂在环保验收时中要求污泥储存处理的工艺部分需要设置集中除臭设施，不能有臭气外排现象。本污水处理厂的污泥在进行常规脱水后，再通过污泥干化场自然风干，使污泥含水率降低至60%以下，但原设计上未采取除臭措施，因此需要增设污泥干化场除臭措施。

（2）根据环评中有关地下水保护的要求，工业园区污水处理厂周边需要设置地下水监测井对地下水进行监测。而在工业园区污水处理厂设计时，一般设计单位会忽略此问题，需要加强对该设计项的关注。

（3）在生活污水处理厂设计时，设计单位一般不会考虑厂区内事故池的设置，但是在工业园区污水处理厂设计时，由于有部分工业废水进入污水处理厂，因此需要考虑设置事故池，用于存放事故工业废水，待事故处理完后，再将事故池内废水进行处理。这点在以后相似的设计项目中需要格外注意。