某工業(yè)園區(qū)含重金屬污水處理廠擴(kuò)容提標(biāo)改造工藝探討

饒劍鋒

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330000）

某工業(yè)園區(qū)一污水處理廠現(xiàn)狀處理規(guī)模1萬(wàn)噸/d，設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)。隨著工業(yè)園發(fā)展，入駐企業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)張，該污水處理廠處理能力已跟不上污水量增長(zhǎng)，園區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)壓力日益加大。經(jīng)過(guò)近些年進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，因此污水處理廠對(duì)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中基本控制項(xiàng)目、一類污染物（Pb、As、Cd等）及選擇控制項(xiàng)目（Cu、Zn等）的排放指標(biāo)提標(biāo)改造迫在眉睫，從一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提高到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)已勢(shì)在必行。

1 污水廠進(jìn)水和出水水質(zhì)分析

1.1 污水廠現(xiàn)狀水質(zhì)分析

由于污水廠進(jìn)水水質(zhì)直接關(guān)系到處理工藝流程及其參數(shù)的選擇、生產(chǎn)構(gòu)筑物和設(shè)備容量的確定、工程造價(jià)以及污水處理廠處理成本。因此，合理確定污水進(jìn)廠水質(zhì)非常重要。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，污水廠經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，基本控制項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)低于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，但一類污染物（Pb、As、Cd等）及選擇控制項(xiàng)目（Cu、Zn等）的進(jìn)水水質(zhì)時(shí)有超標(biāo)。

1.2 污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)

根據(jù)資料，污水處理廠排放水體為Ⅲ類水體?，F(xiàn)狀污水處理廠執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)。但根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)要求，污水處理廠排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)如下：

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表 單位：mg/L

2 污水處理工藝分析

根據(jù)污水處理廠污水來(lái)源、進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)的要求，本工程須采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二級(jí)生物處理工藝（生化處理系統(tǒng)）以及除重金屬離子的物化深度處理工藝（重金屬深度處理系統(tǒng)）。

2.1 生化處理系統(tǒng)處理工藝

2.1.1 水質(zhì)分析及處理需求

（1）可生化性與有機(jī)物去除，污水處理廠主要任務(wù)是去除污水中的有機(jī)物，主體處理工藝可采用生物法處理。BOD5和CODCr是污水水質(zhì)監(jiān)測(cè)中常用的兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，通常，BOD5/CODCr比值越大，說(shuō)明污水可生物處理性越好，當(dāng)比值大于0.3即可考慮生物處理的工藝。本工程進(jìn)水水質(zhì)BOD5/CODCr=300÷500=0.6，污水可生化性較好，故采用生物處理工藝。

（2）脫氮需求，進(jìn)水中TN指標(biāo)為70mg/L，BOD5/TN=4.3，可認(rèn)為污水中有足夠碳源可供反硝化細(xì)菌利用，無(wú)需額外添加碳源即可滿足反硝化排放要求。

（3）除磷需求，污水中含磷較高，僅靠生物除磷一般難于達(dá)標(biāo)排放，因此要投加除磷藥劑輔助除磷。

（4）進(jìn)水水質(zhì)的復(fù)雜性及出水水質(zhì)的保障，對(duì)于園區(qū)，進(jìn)水水質(zhì)情況較為復(fù)雜，需考慮多種突發(fā)情況，在工藝路線設(shè)計(jì)中要充分考慮，保證在不利條件下污水處理廠也能可靠運(yùn)行。

上述分析，污水處理工藝流程包括一級(jí)處理段、二級(jí)生物處理段、深度處理段，同時(shí)考慮污泥的處理與處置。

2.1.2 一級(jí)處理工藝

主要包括格柵、沉砂池、調(diào)節(jié)池及事故池、混合反應(yīng)沉淀池等處理設(shè)備和處理設(shè)施。

（1）格柵及提升泵房，為保證污水提升泵不被堵塞，需在泵前設(shè)置粗格柵。為防止進(jìn)水酸堿度對(duì)后續(xù)生物處理以及構(gòu)筑物的影響，需在進(jìn)水泵房前的進(jìn)水井設(shè)置pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)pH。

（2）細(xì)格柵及沉砂池，在提升泵后設(shè)置細(xì)格柵，用來(lái)去除水中的漂浮物及浮渣，確保后段處理設(shè)施正常工作。

表1 現(xiàn)狀污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)與運(yùn)行監(jiān)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)（單位：mg/L）

沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保護(hù)管道、閥門(mén)等設(shè)施免受磨損和阻塞。本設(shè)計(jì)推薦采用曝氣式沉砂池。

（3）調(diào)節(jié)池及事故池，本項(xiàng)目處理對(duì)象為工業(yè)廢水，水質(zhì)水量變化較大，通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)池來(lái)凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)水量，減少原水水質(zhì)水量沖擊負(fù)荷對(duì)后續(xù)處理單元的影響。考慮到突發(fā)事件影響，在處理單元中設(shè)置事故池，保障污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（4）混凝沉淀，為有效去除污水中的較大顆粒物，在調(diào)節(jié)池后，污水將進(jìn)入混合反應(yīng)沉淀池中，進(jìn)一步加藥反應(yīng)沉淀，以期達(dá)到更好的物化處理效果。

2.1.3 常規(guī)二級(jí)處理工藝

（1）SS的去除，去除污水中的SS主要靠沉淀作用。污水中無(wú)機(jī)顆粒和大尺度有機(jī)顆粒靠自然沉降作用來(lái)去除，小尺度有機(jī)顆粒靠微生物的降解去除，而小尺度的無(wú)機(jī)顆粒則要靠活性污泥絮體的吸附、網(wǎng)絡(luò)作用，與活性污泥絮體同時(shí)沉淀被去除。為降低出水中的懸浮物濃度，應(yīng)在工程中采取適當(dāng)措施，確保出水SS指標(biāo)達(dá)到10mg/L以下。

（2）BOD5去除，去除污水中的BOD5是靠微生物的吸附和代謝作用，再分離污泥與水來(lái)完成。微生物好氧代謝作用對(duì)污水中的溶解性有機(jī)物和非溶解性有機(jī)物都起作用，且代謝產(chǎn)物是無(wú)害的穩(wěn)定物質(zhì)。因此，可使處理后污水中的殘余BOD5濃度保持在10mg/L以下。

2.1.4 污水脫氮除磷工藝

由于常規(guī)二級(jí)處理達(dá)不到脫氮除磷的功能要求。因此，必須對(duì)污水脫氮除磷工藝進(jìn)行分析。

（1）氮的去除，反硝化菌在缺氧情況下可利用硝酸鹽中的氮作為電子受體，氧化有機(jī)物，將硝酸鹽中的氮還原成氮?dú)?，從而完成污水的脫氮目的，由于反硝化要求有碳源BOD5，根據(jù)資料，當(dāng)水中的BOD5：N≥3.5時(shí)，反硝化就可順利進(jìn)行。

（2）磷的去除，污水除磷主要有生物除磷和化學(xué)除磷兩大類。本工程要求出水總磷≤0.5mg/L，采用生物除磷難于完成，需要輔助化學(xué)除磷，以確保出水達(dá)標(biāo)。

2.1.5 主要二級(jí)強(qiáng)化生物處理工藝

根據(jù)本工程的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)，需采用除磷脫氮工藝，而本工程BOD5：P=37.5＞17、BOD5：N=8.5＞3.5基本滿足生物除磷脫氮的條件，因此本工程采用生物除磷脫氮工藝，即二級(jí)強(qiáng)化處理工藝。

方案一：改良型氧化溝工藝特點(diǎn)

采用表曝機(jī)供氧及維持溝內(nèi)流速?？箾_擊負(fù)荷能力強(qiáng)。曝氣效率平穩(wěn)，污泥穩(wěn)定，處理較容易。設(shè)備種類單一，數(shù)量較少，維護(hù)管理方便。設(shè)備投資較少、構(gòu)筑物投資較多。運(yùn)行能耗低，占地面積較大。

方案二：SBR工藝特點(diǎn)

采用鼓風(fēng)機(jī)供氧，微孔曝氣器曝氣后氧利用率高。曝氣效率初期高，運(yùn)行后下滑。設(shè)備較多，運(yùn)行管理復(fù)雜、要求高。設(shè)備投資較多、構(gòu)筑物投資較少。運(yùn)行能耗低，占地面積較小。

結(jié)論：兩方案在技術(shù)上都是可行的，均能滿足深度處理進(jìn)水水質(zhì)要求。但由于本污水處理廠占地不大，可利用的有效用地有限。因此推薦采用SBR工藝。

2.2 重金屬深度處理系統(tǒng)處理工藝

重金屬離子污水處理最主要的任務(wù)是去除污水中的砷以及鋅、銅、鎘、鉻、鉛等重金屬離子，其處理工藝可以采用物化的方法進(jìn)行處理。

2.2.1 砷的去除

砷酸鹽和亞砷酸鹽與大多數(shù)多價(jià)金屬特別是鐵離子能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，這些絡(luò)合物被金屬氫氧化物凝聚物所吸附共沉。用此法處理砷酸鹽比處理亞砷酸鹽效果好。所以在加鐵鹽前要先將三價(jià)砷氧化到五價(jià)砷，以提高處理效果。

原水中砷的濃度與投加鐵鹽濃度之比稱為“鐵砷比”（Fe/As），處理水中砷的殘留濃度與砷鐵比值有關(guān)。砷鐵比與pH值是決定含砷廢水處理效果的兩大因素。如欲使處理水中As殘留量處于較低的程度，必須采用較高的砷鐵比。

2.2.2 重金屬離子的去除

對(duì)于含重金屬離子工業(yè)廢水的處理，除滿足國(guó)家和相關(guān)部門(mén)的排放或回用要求外，還要考慮經(jīng)濟(jì)性、適用性要求。實(shí)踐中常用的化學(xué)法有：氫氧化物沉淀法、硫化法、電化學(xué)法、納米藥劑法等方法。其中，硫化法、石灰鐵鹽法處理的出水水質(zhì)難以達(dá)到本工程排放標(biāo)準(zhǔn)要求，故排除。而納米藥劑法與電化學(xué)法可達(dá)到本工程排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但電化學(xué)法受高鹽分對(duì)出水水質(zhì)的影響，處理后污泥的回收價(jià)值一般且占地面積較大，因此，為保證處理效果，且運(yùn)行穩(wěn)定，推薦處理工藝采用納米藥劑法。

2.3 出水消毒工藝

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染的排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的規(guī)定，污水處理廠出水必須進(jìn)行消毒處理，并要求執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠糞大腸菌群數(shù)最高允許排放濃度不超過(guò)1000個(gè)/L。因此，污水處理廠必須考慮和設(shè)置消毒設(shè)施，盡可能殺滅致病菌，避免引發(fā)公共衛(wèi)生事件。因此，本項(xiàng)目主要通過(guò)次氯酸鈉消毒及納米催化電解技術(shù)作為消毒工藝進(jìn)行比選。

方案一：現(xiàn)場(chǎng)電解制備次氯酸鈉，最為安全的氯消毒方法，基本不衰減，液體低濃度投加，可準(zhǔn)確控制加氯量，且不受公安部門(mén)管制，對(duì)環(huán)境無(wú)毒害，液態(tài)投藥，安全性很好。但由于設(shè)備一次性投入較高，但運(yùn)行成本低。

方案二：成品次氯酸鈉，設(shè)備成本低，屬于危險(xiǎn)品，受公安部門(mén)管制，運(yùn)輸、貯存不安全，易降解，貯存時(shí)間短，運(yùn)行費(fèi)用較高，且運(yùn)行費(fèi)用不可控，每天衰減5%，會(huì)引起飲用水氯酸鹽超標(biāo)。

因此，本工程采用現(xiàn)場(chǎng)電解制備次氯酸鈉消毒做為污水出水的消毒工藝。

圖1 工藝流程圖

3 結(jié)論

根據(jù)污水處理廠污水來(lái)源、進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)的要求，本工程須采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二級(jí)生物處理工藝（生化處理系統(tǒng)）以及除重金屬離子的物化深度處理工藝（重金屬深度處理系統(tǒng)），工藝流程包括一級(jí)處理段、二級(jí)生物處理段、重金屬深度處理段、污水消毒段。其中，生物處理池，根據(jù)工藝方案比較，選用SBR工藝。重金屬深度處理；根據(jù)工藝方案比較，選用納米藥劑法工藝。消毒池，根據(jù)方案比較，本工程采用現(xiàn)場(chǎng)電解制備次氯酸鈉消毒。根據(jù)上述分析，該項(xiàng)目污水處理工藝擬采用如下工藝流程。