污水處理工藝分析及論證—以某工業(yè)污水處理廠為例

黃小龍

（珠海市斗門區(qū)水資源和水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，廣東 珠海 519000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，給城市生產(chǎn)生活用水帶來了嚴(yán)重水污染，高效處理城市污水是保護(hù)水資源的重要措施[1]。城鎮(zhèn)工業(yè)廢水是指車間生產(chǎn)線運(yùn)行過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水、冷卻廢水以及綜合廢水[2]，水量受生產(chǎn)規(guī)模影響變化差異大，水質(zhì)一般具有成分組成較復(fù)雜、難降解的有機(jī)污染物濃度較高、有毒有害物質(zhì)種類多、處理難度大等特點(diǎn)[3]，需要針對(duì)水質(zhì)特點(diǎn)采取不同的處理工藝技術(shù)。污水工藝論證是污水處理廠運(yùn)行出水穩(wěn)定、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放、降低建設(shè)投資和運(yùn)行成本等關(guān)鍵點(diǎn)[4]。根據(jù)工業(yè)污水處理廠的進(jìn)出水水質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件，結(jié)合處理規(guī)模、水質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)管理水平，提出運(yùn)行可靠、性價(jià)比高的處理工藝，將使污水處理廠具有設(shè)計(jì)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、工藝運(yùn)行靈活、運(yùn)行成本低、工藝協(xié)調(diào)性好等優(yōu)勢(shì)[5]，因此，對(duì)污水處理廠進(jìn)行工藝論證具有現(xiàn)實(shí)意義。本文以珠海市某工業(yè)污水處理廠為例，通過分析某工業(yè)區(qū)內(nèi)工業(yè)和生活綜合污水的進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)污水處理廠的生物處理段和深度處理段進(jìn)行深入工藝論證及分析、比選，最終得出工業(yè)污水處理廠生化處理工藝為厭氧UASB+A/A/O+A/O工藝，深度處理段工藝為MBR工藝。工業(yè)與生活綜合污水經(jīng)處理后，常規(guī)污染物出水水質(zhì)能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918 2002）一級(jí)A和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）的較嚴(yán)值。

1 工程概況

珠海市地處廣東省南部區(qū)域，屬于珠江口西岸核心城市之一，位于北緯2 1°4 8′～2 2°2 7′與東經(jīng)113°03′～114°19′之間的區(qū)域，距離廣東省廣州市直線距離約140 km。珠海市東部與香港由水路連接，市南面區(qū)域與澳門行政區(qū)毗連，西邊方向與新會(huì)市、江門市等相連，市北與中山市相連接，區(qū)域位置較為顯著。某工業(yè)區(qū)位于珠海市西南區(qū)域，本工程計(jì)劃新建工業(yè)污水處理廠1座，設(shè)計(jì)處理工業(yè)污水量規(guī)模為3.5萬m3/d，進(jìn)水為工業(yè)園區(qū)工業(yè)生產(chǎn)生活綜合廢水，主要進(jìn)水指標(biāo)化學(xué)需氧量（COD）為300 mg/L，五日生化需氧量（BOD5）為80 mg/L，氨氮（NH4-N）為45 mg/L，總磷（TP）為8 mg/L，處理工藝路線為預(yù)處理+厭氧UASB+A/A/O+A/O+MBR工藝，常規(guī)污染物出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)中《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)值。

2 進(jìn)出水水質(zhì)分析

2.1 進(jìn)水水質(zhì)

2.1.1 污水收集

工業(yè)區(qū)現(xiàn)有主要產(chǎn)污企業(yè)為計(jì)算機(jī)制造、通信機(jī)械設(shè)備加工、電子產(chǎn)品設(shè)備制造加工、電氣機(jī)械制造、體育器材制造、半導(dǎo)體加工等，產(chǎn)生的廢水種類多，成分復(fù)雜。污水收集采用源頭控制與末端處理并重的方式，對(duì)園區(qū)企業(yè)的排水管網(wǎng)進(jìn)行排查，并實(shí)施源頭污染源控制，確保末端污水處理廠處理來水的水質(zhì)穩(wěn)定。產(chǎn)污企業(yè)根據(jù)各自產(chǎn)生的廢水濃度進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)要求后排入新建或者改建的工業(yè)污水管網(wǎng)中，并輸送至園區(qū)工業(yè)污水處理廠進(jìn)行后續(xù)深化處理。

2.1.2 進(jìn)出水設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)摸排調(diào)查可知，園區(qū)范圍內(nèi)產(chǎn)生的生活污水占比約為20%，水質(zhì)指標(biāo)具有南方生活污水水質(zhì)特征的共性，含有一定量的懸浮物（SS）與砂粒，屬于易生化、可降解的有機(jī)污水。工業(yè)廢水占比高，有機(jī)物一般B/C≤0.3，且進(jìn)入污水處理廠的工業(yè)廢水在企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)過生物處理系統(tǒng)進(jìn)行處理并達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）后，為避免潛在污染物對(duì)水體的影響，仍排放至市政排水管網(wǎng)，大部分工業(yè)污水混合后BOD5的濃度約為80 mg/L，進(jìn)入工業(yè)污水處理廠的污水可生化性很低。因此，工業(yè)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水值如表1所示，設(shè)計(jì)出水處理水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A和廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的較嚴(yán)值。

表1 工業(yè)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)

2.2 水質(zhì)特點(diǎn)分析

2.2.1 可生化性差

工業(yè)污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)最高值為BOD5/CODCr=0.25＜0.3，工業(yè)廢水占比很高，存在較多不可生化及難降解的物質(zhì)，通過常規(guī)的A/A/O生化處理很難達(dá)標(biāo)，需采用增加水解酸化或高級(jí)氧化方法的組合進(jìn)行聯(lián)合處理，才能提高污水的可生化性。

2.2.2 碳源/總氮值低

BOD5/TN比值的大小是判斷處理工藝能否進(jìn)行生物法去除總氮的主要指標(biāo)之一，在不外加碳源的情況下，污水中必須有足夠的有機(jī)物碳源，才能保證反硝化的順利進(jìn)行，一般認(rèn)為C/N≥4才能進(jìn)行有效脫氮。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，污水的COD/TN=4.92＞4，但BOD5/TN=1.23＜4，其碳源多來自難生化降解的有機(jī)物，可生化利用的碳源比較少，需提高后續(xù)處理的可生化性。

3 工藝論證

3.1 厭氧生物段

厭氧生物法即為整個(gè)生物反應(yīng)系統(tǒng)中不存在游離氧的條件中，厭氧型微生物（如甲烷菌、產(chǎn)氣微生物等）為優(yōu)勢(shì)微生物將難降解的有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物的處理工藝，對(duì)于有機(jī)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難生化處理的廢水，可提高其可生化性，常用于厭氧生物法處理的工藝主要有厭氧濾器、厭氧型流化反應(yīng)床和上流式厭氧污泥反應(yīng)床（UASB）和膨脹顆粒污泥床等高效生物膜反應(yīng)器。根據(jù)不同的工藝對(duì)比分析（見表2），厭氧段選用以UASB形式的水解酸化工藝。對(duì)于含有一定量重金屬的廢水，利用 UASB工藝進(jìn)行處理，可在提高廢水可生化性的同時(shí)，使反應(yīng)所產(chǎn)生的硫與重金屬發(fā)生反應(yīng)而生成硫化物沉淀，從而達(dá)到進(jìn)一步去除廢水中銅等金屬離子的效果，對(duì)后續(xù)缺氧好氧工藝形成保護(hù)。通過污泥馴化和投加系統(tǒng)，調(diào)節(jié)厭氧池中污泥的重金屬濃度，以保證UASB系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

表2 厭氧段處理工藝對(duì)比分析

3.2 好氧生物段

目前應(yīng)用的好氧型生物處理技術(shù)一般為活性污泥工藝和接觸氧化工藝。前者是最成熟的生物處理法，大型市政污水處理均采用此方法。后者作為一種固定化生物處理技術(shù)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。根據(jù)活性污泥法與生物膜法的對(duì)比分析（見表3），污水處理廠選擇活性污泥技術(shù)作為廢水處理工藝，對(duì)重金屬抗性較好，運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，控制合適的污泥齡是保證生化處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要手段。根據(jù)長(zhǎng)期的研究和分析，活性污泥法可靈活進(jìn)行隨時(shí)排泥，及時(shí)將富集重金屬離子[6]的污泥外排，以保證生化系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

3.3 活性污泥法形式

目前在城市污水處理廠廣泛運(yùn)用的活性污泥處理技術(shù)主要分別為氧化溝系列、A/A/O系列、序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）工藝。污水處理工藝的論證應(yīng)從技術(shù)工藝路線的可行性、經(jīng)濟(jì)投資的合理性、污水水質(zhì)的針對(duì)性、污水負(fù)荷的抗沖擊性、運(yùn)行效果的穩(wěn)定性等多方面進(jìn)行分析計(jì)算和比較。經(jīng)過對(duì)氧化溝系列、A/A/O系列、序批式反應(yīng)器（SBR）工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，從本工程設(shè)計(jì)處理水量、設(shè)計(jì)進(jìn)水情況及出水水質(zhì)滿足要求、水質(zhì)復(fù)雜程度、運(yùn)行管控難易程度及工程占地范圍等多方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，活性污泥法選擇為 AA/O+A/O工藝。

3.4 深度處理

目前深度處理工藝常用主要有兩種：膜生物反應(yīng)器（MBR工藝）和曝氣生物濾池（BAF工藝）。根據(jù)膜生物反應(yīng)器與曝氣生物濾池的對(duì)比分析（見表4），污水處理廠選用MBR工藝作為生化深度處理工藝，主要由于MBR工藝對(duì)泥水固液分離的高效，出水分離效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的二次沉淀池，使出水水質(zhì)更優(yōu)。MBR反應(yīng)器能夠在復(fù)雜多變的負(fù)荷下如容積負(fù)荷高、污泥負(fù)荷低、污泥泥齡長(zhǎng)等進(jìn)行正常運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)幾乎無剩余污泥產(chǎn)生，無需設(shè)置污泥處理系統(tǒng)。由于污泥濃度高，對(duì)工業(yè)廢水中的難降解性有機(jī)物具有較好的降解處理效果。

表4 活性污泥法與接觸氧化法對(duì)比分析

4 結(jié)語

珠海市某工業(yè)污水處理廠通過分析綜合污水水質(zhì)，對(duì)生物處理段和深度處理段進(jìn)行工藝論證及分析，確定工業(yè)污水處理廠生化及深度處理工藝為厭氧UASB+A/A/O+A/O+MBR，污水處理廠投入運(yùn)行后，常規(guī)污染物出水能夠滿足設(shè)計(jì)要求。隨著環(huán)保監(jiān)管壓力的不斷增大，要求企業(yè)排放出水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)不斷提高；環(huán)保監(jiān)管力度的加大間接導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本的提高，如何在滿足達(dá)標(biāo)排放的前提下節(jié)約污水處理廠的運(yùn)行成本是今后的發(fā)展方向。同時(shí)，污水處理廠在處理現(xiàn)有水量還存在剩余余量的前提下，在接納上游企業(yè)的水質(zhì)時(shí)可考慮適當(dāng)接收上游企業(yè)超標(biāo)排放的廢水，并針對(duì)超標(biāo)排放廢水的企業(yè)額外征收污水處理費(fèi)用，在緩解上游企業(yè)環(huán)保壓力的同時(shí)減少污水處理的財(cái)政補(bǔ)貼，也是需要今后研究和發(fā)展的方向。