南方某工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠前端應(yīng)急處理系統(tǒng)研究

郭家瑋　李斌　蔣樹賢　張博雯　陳之敏

摘 ?要：針對工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)對突發(fā)性進水異常能力不足的問題，提出了在污水處理廠前端設(shè)置應(yīng)急處理系統(tǒng)的解決方法。該文以南方某區(qū)綜合污水處理廠為例，通過對歷史進水異常事件分析，發(fā)現(xiàn)來水中工業(yè)廢水含量占比較大和水質(zhì)復(fù)雜多變，同時水廠現(xiàn)行工藝存在難以準(zhǔn)確掌握和控制來水的弊端。設(shè)計采用以預(yù)警監(jiān)測單元和應(yīng)急調(diào)蓄單元組成的應(yīng)急處理系統(tǒng)，提升了污水處理廠應(yīng)對異常進水能力。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠 ?突發(fā)性進水異常 ?工業(yè)廢水 應(yīng)急處理

中圖分類號：TU992.3 ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）02（a）-0009-06

Study on the Front-end Emergency Treatment System of an Industrial Intensive Town WWTP in South China

GUO Jiawei ?LI Bin* ?JIANG Shuxian ?ZHANG Bowen ?CHEN Zhimin

（School of Civil and Transportation Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong Province， 510006 China）

Abstract：Aiming at the problem that the industrial intensive urban wastewater treatment plant has insufficient ability to deal with sudden abnormal inflow， the method of setting emergency treatment system at the front end of wastewater treatment plant is proposed. Taking a comprehensive wastewater treatment plant in South China as an example， through the analysis of the historical abnormal inflow events， it is found that the industrial wastewater content of abnormal inflow is relatively large and the water quality is complex and changeable. At the same time， the current process of the water plant is difficult to accurately grasp and control the inflow. An emergency treatment system composed of early warning monitoring unit and emergency storage unit is designed to improve the ability of sewage treatment plant to cope with abnormal water inflow.

Key Words：Urban wastewater treatment plant; Sudden abnormal water inflow; Industrial waste water; Emergency treatment

近年來，部分工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠受突發(fā)性異常進水沖擊事件時有發(fā)生，進水中可能含有工業(yè)廢水，工業(yè)廢水污染物濃度高、毒性強、可生化性差，難降解有機物含量高[1-2]，短期內(nèi)可導(dǎo)致生化系統(tǒng)崩潰，生化系統(tǒng)恢復(fù)需要數(shù)十日，對污水廠的正常運行和出水造成了惡劣的影響[3]。城鎮(zhèn)污水處理廠面對突發(fā)性異常進水的應(yīng)急措施，一般采用前端處理或末端治理的方法。前端處理一般選擇在污水廠前端設(shè)置調(diào)節(jié)池或緩沖池，如美國Snapfinger污水處理廠[4]在集水井前增設(shè)了調(diào)節(jié)池;哈爾濱松北集樂污水處理廠[5]和遼寧某氟化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)污水處理廠[6]在粗格柵后設(shè)置調(diào)節(jié)池;德國Hattingen污水處理廠[7]在沉砂池后設(shè)置了與初沉池平行的緩沖池;某制革園區(qū)污水處理廠[8]在粗格柵后設(shè)置由事故水調(diào)節(jié)池和絮凝沉淀池組成的事故應(yīng)急處理系統(tǒng)。污水廠前端設(shè)置的調(diào)節(jié)池調(diào)蓄水量和調(diào)節(jié)水質(zhì)作用明顯，但增設(shè)調(diào)節(jié)池存在占地面積大，建造費用高的局限性。末端治理主要是對二沉池后的出水進行投藥深度處理，如某市污水處理廠[9]、淮安市第二污水處理廠[10]和上海白龍港污水處理廠[11]通過投加聚合氯化鋁、昆山市新苑生活污水廠[12]通過投加次氯酸鈉、精細化工園區(qū)污水處理廠[13]通過投加“Fe/C微電解-Fenton試劑”等化學(xué)藥劑保證出水水質(zhì)。但末端治理不能改變污水處理廠進水的水量水質(zhì)，若進水中含有生物毒性較高的污染物，會導(dǎo)致生化池處理效率降低甚至二級核心處理工藝癱瘓，大大增加了末端治理的成本和難度。

該文針對南方某區(qū)綜合污水處理廠污水的水量水質(zhì)和水廠運營特性，為解決異常進水問題提供建設(shè)前端應(yīng)急處理系統(tǒng)的新思路，為工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)急處理工程設(shè)計提供參考。

1 ?工程概況

1.1 污水處理廠介紹

南方某區(qū)綜合污水處理廠設(shè)計規(guī)模為5萬t/d，以TOT方式運營，服務(wù)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)主要以電鍍和制革等工業(yè)化企業(yè)組成，其中電鍍企業(yè)20家、制革企業(yè)13家和食品制造企業(yè)4家等。設(shè)計進水指標(biāo)見表1，出水指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠采用改良卡魯塞爾氧化溝（A2/O）+沉淀+過濾+消毒處理工藝，多年運行安全穩(wěn)定。但在近幾年，隨著該鎮(zhèn)工業(yè)化建設(shè)步伐加快，排入市政污水管網(wǎng)的水量增加和水質(zhì)多變，污水處理廠應(yīng)對異常進水能力不足的日益凸顯，污水處理廠急需提質(zhì)增效。

主要工藝流程見圖1。

1.2 進水異常情況

污水處理廠2019年出現(xiàn)16起污水處理廠出現(xiàn)進水水質(zhì)異常事件，有9個月污水處理廠處理水量負荷率超過設(shè)計處理水量負荷率。

1.2.1 進水異常事件

其中較為嚴(yán)重的是2019年1月8日和11月22日。以11月22日為例，進水pH持續(xù)處于6以下。出水總錳達到16 mg/L，而污水排入下水道的總錳標(biāo)準(zhǔn)為2 mg/L，錳離子遇到空氣容易氧化呈褐色的氧化錳，且在工藝過程中無法去除該物質(zhì)，導(dǎo)致生化池污泥和出水呈黑色，同時影響系統(tǒng)中的微生物活性。出水經(jīng)次氯酸鈉消毒后由原無色透明液體變成黃色液體，而在水樣總磷總氮檢測時發(fā)現(xiàn)消解后的水樣顏色異常，判斷水樣中含有重金屬。含油較多，雖然污水處理廠在細格柵后設(shè)置了圍油欄攔油，但生化池內(nèi)仍有大量浮油，影響污水處理效果和造成生化池面大量浮泥。

2019年間，污水處理廠采取關(guān)停進水泵及進水閘門，增加深度處理投藥劑量、合理減產(chǎn)等措施應(yīng)對，效果并不理想。在11月22日突發(fā)異常進水嚴(yán)重沖擊中，異常進水持續(xù)沖擊18 h，出現(xiàn)生化池污泥中毒解絮現(xiàn)象，生化池恢復(fù)穩(wěn)定達標(biāo)運行歷時近20 d。污水處理廠被迫減產(chǎn)或停產(chǎn)，大量污水無法被及時處理，只能直排河涌，嚴(yán)重影響了周邊水生態(tài)環(huán)境。

1.2.2 水質(zhì)異常情況

2019年污水處理廠常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)中SS、pH、TP、COD、NH3-N、TN均出現(xiàn)異常，同時通過加測，發(fā)現(xiàn)Fe、Mn、Ni、油、硫化物指標(biāo)異常。經(jīng)統(tǒng)計，各污染物2019年進水濃度峰值具體見表1。

1.2.3 水量異常情況

2019年各月水量負荷情況見圖2。

1.3 進水異常事件反思

（1）從水質(zhì)異常指標(biāo)來看，有11項指標(biāo)濃度超出進水設(shè)計值，其中硫化物進水濃度為設(shè)計值的10.0倍，F(xiàn)e進水濃度為設(shè)計值的8.1倍，Mn進水濃度為設(shè)計值的8.0倍，TP進水濃度為設(shè)計值的7.5倍，Ni進水濃度為設(shè)計值的6.0倍，TN進水濃度為設(shè)計值的3.6倍。市政污水管網(wǎng)中污染物成分復(fù)雜，懷疑含有大量工業(yè)廢水，遠超污水處理廠工藝處理能力和檢測范圍。污水處理廠主要依靠微生物的生命活動降解污水中的易降解有機物，對于難降解的有機物質(zhì)、重金屬、油污等無能為力。

（2）除因異常進水停產(chǎn)的2個月外，污水處理廠2019年平均負荷率達到了125%，超過了污水處理廠運行負荷率不超過設(shè)計處理量的120%的國家規(guī)定，其中有7個月負荷率達到120%以上，污水處理廠超負荷運行大大降低其處理效率。

（3）污水處理廠運營模式為TOT委托運營，原有進水異常應(yīng)急預(yù)案，主要是以規(guī)定報告流程為主，而缺乏切實有效的外部聯(lián)動及內(nèi)部控制調(diào)整機制，未能及時與主管部門溝通，消除現(xiàn)場工藝調(diào)控人員的顧慮，立刻采取相應(yīng)措施，對事件處理非常不利。

2 ?異常進水應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體方案

經(jīng)分析，簡單地增設(shè)調(diào)節(jié)池和末端投藥并不能解決污水處理廠異常進水問題?？紤]在污水處理廠原有集水井前設(shè)置應(yīng)急處理系統(tǒng)，應(yīng)急處理系統(tǒng)由預(yù)警監(jiān)測單元和應(yīng)急調(diào)蓄單元組成，通過預(yù)警監(jiān)測單元提前預(yù)報進水水量水質(zhì)情況，應(yīng)急調(diào)蓄系統(tǒng)單元和處理異常進水，以“預(yù)警+調(diào)蓄處理”結(jié)合的方式對異常進水進行達標(biāo)處理。

應(yīng)急處理系統(tǒng)總體布置見圖3。

2.2 工藝流程

2.2.1 預(yù)警監(jiān)測單元

污水處理廠只設(shè)置pH、TN、TP部分常規(guī)指標(biāo)監(jiān)測，未對全部歷史風(fēng)險水質(zhì)指標(biāo)進行實時監(jiān)控。預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)將常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)和歷史風(fēng)險水質(zhì)指標(biāo)，以及其他污水廠調(diào)研反饋可能風(fēng)險指標(biāo)結(jié)合起來，共同構(gòu)建監(jiān)測體系。具體見表2。

選擇在污水總干管前端、應(yīng)急處理排放口、污水廠排放口處設(shè)置監(jiān)測點。

2.2.2 應(yīng)急調(diào)蓄單元

（1）調(diào)蓄模塊。

通過計算得出，2019年污水處理廠負荷率約為125%，目前需監(jiān)測的水質(zhì)指標(biāo)中，檢測時間最長的為氰化物的檢測，約需要1h，為保證污水處理廠的正常運行及為突發(fā)進水異常時間留下足夠的應(yīng)對時間，污水處理廠調(diào)節(jié)池的蓄水時間定為4h。調(diào)節(jié)池設(shè)置采用泵后二次提升調(diào)節(jié)[14]，調(diào)節(jié)池頂與地面同高，污水從集水井一次提升到調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池后設(shè)置二次提升泵至后續(xù)處理構(gòu)筑物，此種出水方式調(diào)節(jié)水量 可控、能保證穩(wěn)定初流。

（2）調(diào)節(jié)池前后處理模塊。

污水處理廠進水污染物復(fù)雜多變，需要對水質(zhì)進行預(yù)處理。該工程不宜采用生物處理法，上述污染物會對生物處理法中的生物造成傷害，而且應(yīng)急水質(zhì)處理系統(tǒng)在異常狀況時才啟動，屬于間歇式運行，不利于生物的培養(yǎng)和繁殖，所以該工程選用物理化學(xué)處理法對異常進水進行預(yù)處理。

應(yīng)急處理系統(tǒng)的作用是把進水異常水質(zhì)處理至進水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值。通過酸堿中和調(diào)節(jié)pH，采用絮凝法去除TP和重金屬，氧化法去除COD、NH3-N、TN、硫化物和氰化物。

（3）主要構(gòu)筑物規(guī)模與布置。

應(yīng)急調(diào)蓄單元主要構(gòu)筑物有格柵、一級提升泵房、斜板隔油池、調(diào)節(jié)池、二級提升泵房、中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池，主要規(guī)模大小具體見表3。

應(yīng)急調(diào)蓄單元占地面積較大，污水處理廠現(xiàn)有規(guī)劃用地緊張，所以應(yīng)急處理系統(tǒng)采用半地埋式布置形式。格柵泵房、斜板隔油池、調(diào)節(jié)池和二級提升泵房地下布置，中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池地上布置。

具體工程布置見圖4。

2.3 運行工況分析

面對可能發(fā)生的突發(fā)性狀況和日常運行中的異常狀況，應(yīng)急處理系統(tǒng)能迅速做出應(yīng)對。

2.3.1 污水處理廠進水水質(zhì)異常，水量符合要求

污水處理廠進水將流經(jīng)新建格柵、提升泵房、隔油池流入調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)池的水量調(diào)配流入應(yīng)急水質(zhì)處理設(shè)施，經(jīng)應(yīng)急水質(zhì)處理設(shè)施預(yù)處理達標(biāo)后流入污水處理廠做后續(xù)處理。

2.3.2 污水處理廠進水水量異常，水質(zhì)符合要求

污水處理廠進水一部分進入污水處理廠，一部分經(jīng)新建格柵、提升泵房、沉砂池和隔油池流入調(diào)節(jié)池，待污水廠進水水量有余量時，逐漸將調(diào)節(jié)池內(nèi)儲存的污水排放到污水處理廠做后續(xù)處理。

2.3.3 污水處理廠發(fā)生因檢修而發(fā)生減產(chǎn)、停產(chǎn)

污水處理廠因日常檢修，需要關(guān)停部分廠內(nèi)構(gòu)筑物或設(shè)備的進出水，此時利用調(diào)節(jié)池儲存污水處理廠正常來水，等污水處理廠日常檢修完成后，通過調(diào)節(jié)池的水量調(diào)配，逐漸將調(diào)節(jié)池內(nèi)儲存的污水排放到污水處理廠做后續(xù)處理。

2.3.4 污水處理廠納污區(qū)域突發(fā)水污染事件

污水處理廠的納污區(qū)域內(nèi)因發(fā)生了突發(fā)水污染事件時，被污染水體可轉(zhuǎn)移到調(diào)節(jié)池中，等待后續(xù)的處理。根據(jù)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)報的水質(zhì)情況，將被污染水體依次分配到應(yīng)急水質(zhì)處理設(shè)施或污水處理廠中進行處理。

2.3.5 污水處理廠出水水質(zhì)異常

出水分流井污水流入調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)池的水量調(diào)配流入應(yīng)急水質(zhì)處理設(shè)施，經(jīng)應(yīng)急水質(zhì)處理設(shè)施預(yù)處理達標(biāo)后流入污水處理廠做后續(xù)處理。

3 ?工程建議

對于工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠，其污廢水收集存在突發(fā)工業(yè)污染的風(fēng)險，對污水處理工藝尤其是生化工藝具有嚴(yán)重的破壞作用。因此，在污水處理前端建設(shè)應(yīng)急處理系統(tǒng)是應(yīng)對此類風(fēng)險的有效方案。在對該工程設(shè)計過程中的實際情況總結(jié)研究，有助于不斷完善應(yīng)急污水處理工程。

（1）該工程采用絮凝法去除異常進水中的重金屬，但絮凝法對某些重金屬的去除效果并不明顯，特別是出現(xiàn)重金屬絡(luò)合時，應(yīng)根據(jù)各污水處理廠實際情況選擇處理工藝。

（2）調(diào)節(jié)池設(shè)計應(yīng)考慮污水處理廠本身的抗沖擊負荷能力和后續(xù)水質(zhì)處理所需要的停留時間，達到削減峰值流量和提供水質(zhì)處理足夠反應(yīng)時間的目的。

（3）若污水處理廠進水水量超負荷情況較少，可以考慮將調(diào)節(jié)池和水質(zhì)處理設(shè)施設(shè)置在污水處理廠沉砂池后，以減少建設(shè)成本和便于管理。

（4）工程土建量和投資成本較大，可以采用一體化設(shè)備或拼裝罐形式代替某些處理構(gòu)筑物的建造[15]，減少土建開挖和建設(shè)施工成本。

4 ?結(jié)語

該文依據(jù)污水處理廠運行情況，提出前端應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計思路，適用于多種突發(fā)性異常情況，具有廣泛的應(yīng)用價值。該系統(tǒng)有助于提升污水處理廠應(yīng)對突發(fā)異常狀況的能力，同時為我國工業(yè)密集型城鎮(zhèn)污水處理廠提供借鑒，推動我國水處理行業(yè)的進步。

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