摘要:根据湖北黄冈某工业园综合污水具有生化性较差、COD、含氮污染物含量较高的特点，以及该工业园水质特点和排放要求，采用预处理/A/O生物接触氧化/硅藻精土主体工艺+高效沉淀+转盘过滤处理园区综合污水。实际运行结果表明，当园区污水平均处理量为35.56×103m3/d，BOD5、COD和SS、NH3-N、TN、TP的质量浓度平均分别为185mg/L、642mg/L和346、37.6、43.2、5.6mg/L时，出水平均分别为5mg/L、26mg/L和0.6、3.3、5.9、0.1mg/L，符合GB18918－2002的一级A标准要求。平均单位经营成本为0.85元/m3。工艺具有设计紧凑、布置合理、自动化程度高、运行成本较低的特点。
关键词:工业园综合污水;A/O生物接触氧化;硅藻精土主体工艺;自动化
某工业园位于湖北省黄冈市蕲河西岸，规划面积30km2，起步区面积7km2，重点发展中成药、生物制药、医疗器械、食品加工产业，同时配套发展光电机械、休闲疗养、药旅度假和森工建材等产业。根据控制性详细规划，在工业园内新建1座污水处理厂，主要配套工业园区的产业发展，收水范围覆盖整个工业园，规划总用地面积为113.5×103m2。规划工业园污水处理厂建设规模近期（2025年）建设规模40×103m3/d，远期（2030年）为120×103m3/d。
1工程设计
1.1水质水量参照国内工业园用水情况的调查结果，采用不同用地性质用水量指标法对工业园进行用水量预测，近期用水量按近期建设规模进行核算。根据工业园控制性详细规划，近期用地规模约为远期规模的0.35倍，经计算预测河西新区近期规划最高日用水量约为49×103m3/d，工程设计中用水量日变化系数取1.1，污水排放系数取0.80，污水收集率近期为90%，远期为95%。本工程拟定污水处理厂近期（2020年）处理规模为40×103m3/d，远期（2030年）处理规模为120×103m3/d。工业园重点发展的中成药、生物制药、医疗器械、食品加工4大产业的生产废水主要污染因子表现为酸碱性、含氮污染物、有机物和悬浮物等方面，因此必须严格要求各工业企业对生产过程中产生的废水进行内部预处理，使水质达到污水处理厂准入要求后方能排入污水管网。综合污水中工业废水比例按70%计，其他污水均按生活污水计，对生活和工业废水的水质预测数据进行加权平均，并考虑一定的富余量，以及参考同类污水处理厂进水水质指标，确定本工程近期进水水质。污水厂处理达标后由管道送至某化工园污水排口排入长江。根据《湖北蕲春李时珍医药工业园区河西工业园市政专项规划》，污水处理厂设计出水水质执行GB18918－2002一级A标准［1］。本工程污水处理程度见表1所示。1.2工艺选择分析根据进水BOD5/COD=0.29，可知园区综合污水可生化性较差，需要在预处理部分加设水解酸化工艺来改善水质。同时COD和NH3-N、TN含量较高，对于该类水质状况，国内大部分工业废水处理工程选用了传统生化处理技术。而传统二级生化处理技术中最为成熟的工艺为A2O，该技术工艺运行脱氮除磷效果稳定，但投资多、占地面积大、运行成本较高，并易受温度影响。除最为常见的A2O技术外，硅藻精土工艺也十分适用于工业废水二级处理领域，该技术是利用污水中的污染物与硅藻精土处理剂相互接触，通过硅藻精土表面的不平衡电位所产生的物理絮凝及硅藻纳米微孔的超滤作用和吸附作用，使硅藻和杂质迅速下沉达到污染物与水体分离的效果［2］。硅藻精土工艺具有出水水质好、处理效果稳定、运行成本低、停留时间短、温度变化不影响、自动化管理程度高和除磷效果好的特点，并省去了后续二沉池工艺，节省用地，在投资成本、用地面积、运行成本和管理方面均优于A2O技术，但其对含氮污染物的去除效果一般［3］。为此可采用运行管理较曝气生物滤池方便的A/O生物接触氧化工艺来保证污水脱氮效果。综合考虑后本工程拟采用缺氧/好氧生化处理技术+硅藻精土处理技术作为二级处理的主体工艺，以保证对综合污水的全面有效治理。对于后续出水SS和TP较难达到GB18918－2002一级A排放标准，工程采用最为成熟的高效沉淀/转盘滤池来保证最终出水的达标。综上所述，本工程采用生物接触氧化+硅藻精土处理作为二级主体工艺，采用高效沉淀池/转盘滤池最为深度处理工艺。深度处理后的出水采用消毒效率高、运行成本低的紫外线消毒技术。硅藻精土处理单元和高效沉淀池的剩余污泥采用污泥浓缩机+压滤机脱水工艺脱水处理，产生的泥饼不含有危险废物，最终由运泥车外运填埋处理。1.3工艺流程污水处理工艺流程为：进水→粗格栅→进水泵房→细格栅→曝气沉砂池→调节池→水解酸化池→A/O生物接触氧化处理工艺→硅藻精土处理单元→高效沉淀池→转盘滤池→紫外消毒渠→尾水加压外排。项目尾水通过排水泵经管道送至某化工园排口排入长江，具体见图1所示。根据厂内各部分用地的功能将其划分为生产管理区、污水预处理区、污水二级常规处理区和污水深度处理区，各区相对独立，功能分区明确，构筑物布置紧凑，减少占地面积，工程考虑近、远期结合，便于分期建设，并使近期工程相对完整，充分体现了集约化设计。
2装置设计参数
污水处理厂近期设计规模40×103m3/d，污水量总变化系数（KZ）=1.41；远期设计规模120×103m3/d，KZ=1.3。近期平均体积流量qV=1667m3/h，高峰qV=2350m3/h；远期平均qV=5000m3/h，高峰qV=6500m3/h。其中粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、紫外消毒渠、尾水排放泵房、加药间、综合楼等附属建筑物按远期120×103m3/d规模一次建成，设备按近期40×103m3/d规模安装，其余工艺土建和设备安装均按40×103m3/d规模设计。2.1粗格栅及提升泵房粗格栅间、进水泵房为现浇钢筋砼矩形水池结构，设1座，平面尺寸15.4m×14.5m。配水井为现浇钢筋砼水池结构，设1座，平面尺寸15.4m×3.6m。粗格栅采用钢丝绳牵引式格栅除污机二道，每道宽1.5m，栅前水深1.60m，安装倾角为75°，每台提升功率为1.5kW，控制功率0.55kW。过栅最大流速Vm=0.85m/s，栅条间隙b=20mm，栅前水深1.60m。进水泵房近期选用潜污泵4台（3用1备），其中1台变频，每台设计参数qV=833m3/h，扬程H=17.0m，功率P=55kW，平均流量时2台水泵工作，高峰流量时3台水泵工作。2.2细格栅细格栅、曝气沉砂池细格栅间与曝气沉砂池合建，现浇钢筋砼矩形水池结构，平面尺寸43.85m×10.5m，设1座，分2格，单格处理量为20×103m3/d。细格栅间采用2道过水渠，每道放置1台循环式齿耙清污机，渠道宽1.65m，P=1.5kW。每道细格栅前、后分别各设宽×高（b×h）=1.0m×1.4m、1.6m×1.6m闸门1台，作检修和切换用。曝气沉砂池水力停留时间（HRT）=6.8min，水平流速4.4cm/s，池中设有1套曝气系统，总需供气qV=15m3/min，两池共1台桥式刮砂机，长5.80m。近期配1套砂泵，提砂量qV=22m3/h，H=7m，P=1.4kW。2.3调节池调节池设2座，现浇钢筋砼矩形水池结构，每座尺寸长×宽×高（l×b×h）=40.0m×35.0m×5.5m，每座设计流量qV=2.0×104m3/d，KZ=2.0，HRT=8.4h。2.4水解酸化池设2座。每座尺寸l×b×h=24m×22m×7m，有效容积2280m3，每座设计qV=20×103m3/d，HRT=3.8h。导流板尺寸l×b×h=2.0m×3.5m×3mm，数量380个；填料支承架20套，填料体积1800m3，规格φ120mm×2400mm。配有潜水搅拌机8套，直径600mm，P=8.0kW，转速510r/min。2.5缺氧/好氧接触生化池设4座钢筋混凝土结构生化池，建在硅藻精土污水处理主设备旁边。每座池有效总容积1876m3，缺氧段的有效水深为4.8m，平面尺寸17.5m×8.0m，好氧段有效水深4.2m，l×b×h=17.5m×11.5m×6m。总HRT=4.5h，其中缺氧段1.5h，好氧段3h，需要空气qV=166.8m3/min，气水体积比为6：1，好氧接触池供氧采用鼓风曝气，每座配有3台离心式鼓风机（2用1备），安装于硅藻精土主机室，单台参数qV=50.75m3/min，H=10m，P=60kW。每座池体选用散流式曝气器600个，采用陶粒填料体积为1800m3；好氧段出水区配有回流泵3台（2用1备），qV=450m3/h，H=5m，P=7.5kW，将出水回流进入缺氧区，混合液回流体积比2：1。2.6硅藻精土处理单元设4座，每座设计qV=1.0×104m3/d。硅藻精土处理单元及主机室采取合建形式，八角形构筑物，内倾角45°的锥体钢筋砼结构。内空直径21.1m，高10.8m，在八角锥型硅藻精土处理单元下部各建一座主机室，主机室内设干法下料机、进水泵机、鼓风机设备，设备下部空间为各种功能房及办公间。房顶即高效水力循环澄清污水处理设备的池底，主设备和功能房、办公间连为整体框架结构。硅藻精土处理剂在硅藻精土处理单元中反复回流，使硅藻对污水发生作用充分达到饱合，进而使硅藻精土用量大幅度降低，运转成本低。硅藻精土处理剂在泵前加入，水泵把调节池废水压入水射器从喷嘴喷出，在喉管四周产生负压，泥渣吸入喉管，达到泥渣循环促进接触的目的。清水向上流出，部份沉渣积压在泥斗内定期排出，另一部分沉渣进行回流。每座设备从进水到出水HRT=1.5h，其中第1絮凝室为12min，第2絮凝池为17min。设备总容积2030m3，其中一级、二级絮凝室总容积1200m3，一级、二级回流池总容积240m3，澄清池容积590m3，污泥斗总体积18m3。污水上升流速0.45mm/s，清水上升流速0.7mm/s，三角槽出水流速0.5～1.0m/s，喷嘴流速9m/s，喉管流速3m/s，一级、二级回流水量是进水流量的3倍，一级、二级反应室上升流速40～60mm/s。每座主体设备包括：1）一室负压循环系统、二室正压循环系统、防短路系统1套；2）干法下料机1台，硅藻精土投药剂量30mg/m3，配有微调螺杆加药泵2台（1用1备），P=0.3kW。3）卧式离心进水泵2台（1用1备），qV=450m3/h，H=32m，P=55kW。4）污泥泵3台（2用1备），1台排泥，1台回流，qV=15m3/h，H=80kPa，P=3.5kW，间隙运行。5）离心式鼓风机3台（2用1备），安装于主机室，为硅藻精土处理单元提供曝气需氧，单台参数qV=43.75m3/min，H=5m，P=55kW。2.7配水井配水井、污泥泵房二沉池配水井与污泥泵房合建，设1座，平面尺寸D=11.6m，中心筒底板顶标高为20.2m，埋深约5.5m。污泥泵采用4台（3用1备），2台回流，1台排泥，单泵参数qV=50m3/h，H=9m，P=15kW。2.8高效沉淀池高效沉淀池设置2座，为现浇钢筋砼矩形水池结构，每座平面尺寸21.2m×19.5m，分2格，单格处理规模10×103m3/d，斜管区面积118m2，沉淀区最大表面负荷10.0m3/（m2•h）。混合区设快速搅拌机1台，P=2.2kW；絮凝区设慢速搅拌机1台，P=5.5kW；沉淀区设污泥浓缩机1套，P=0.75kW；污泥螺杆泵3台（2用1备）进行排泥，qV=40m3/h，H=20m，P=7.5kW。加药间设碱式氯化铝（PAC）及助凝剂的投配和投加设施1套，絮凝剂配制采用机械搅拌，131每格设1台搅拌机，絮凝剂投加采用隔膜式计量泵，共设3台（2用1备），单泵性能为qV=250L/h，H=4MPa，投加质量分数约8.3%。絮凝剂最大投加量按15mg/L设计，投加量120～300kg/d；助凝剂采用GTF型一体化溶解加药装置1套，投加量2～5kg/h，P=4kW。助凝剂投加采用隔膜式计量泵，共设3台，2用1备，qV=150～400L/h，P=1.1kW。2.9转盘滤池转盘滤池设置1座，分2格，现浇钢筋砼矩形水池结构，平面尺寸14.65m×12.5m，过滤型式内进外出，总处理qV=1700m3/h，每格安装纤维转盘10片，直径为3m，滤布使用寿命≥3a，总有效过滤面积425.6m2，进水流速5.53m3/（m2•h），24小时连续运行，冲洗周期为1h，排泥周期为6h。配有反冲洗水泵2台（1备1用），规格qV=50m3/h，H=150kPa，P=2.0kW。2.10紫外消毒渠紫外消毒渠、尾水排放泵房紫外消毒渠为现浇钢筋砼矩形水池结构，近期采用2条消毒渠道，每条渠道尺寸l×b×h=15.5m×5m×5m。采用低压高强紫外灯管，灯管寿命12×103h以上，清洗方式采用机械加化学自动清洗，保证持续消毒。尾水排放泵房为钢筋砼框架结构，平面尺寸24.4m×9.5m，尾水排放点位于长江至蕲春县管窑镇赤西湖闸下游1km处，排放点处长江最高洪水位为26.47m。尾水排放管管径按远期考虑为1.4m，总长度约15km。近期选用潜污泵4台（3用1备），平均流量时2台水泵工作，高峰流量时3台水泵工作，每台水泵参数qV=833m3/h，H=8.0m，P=30kW。远期时将水泵更换，选用潜污泵6台（4大2小），1台大泵备用。大泵参数qV=1625m3/h，H=25m，P=185kW；小泵参数qV=813m3/h，H=25m，P=110kW。2.11污泥池污泥池、污泥浓缩脱水车间污泥池为现浇钢筋砼矩形水池结构，平面尺寸l×b×h=12.0m×6.0m×5.5m，共1座，分为2格。污泥浓缩脱水车间为钢筋砼框架结构，平面尺寸32.4m×18.4m，建筑面积423m2，共1座。污泥浓缩脱水间配有叠螺式污泥浓缩机2台，处理能力360kg/h，P=2.0kW；超高压弹性压榨机3台，滤室容积20m3，P=9.5kW。配套辅助设备有浓缩机污泥进料泵2台，处理量50m3/h；高压清洗机1套，qV=20L/min，H=1～6MPa，P=2.2kW；超高压弹性压榨机进泥泵2台，qV=10m3/h，H=1.2MPa，P=7.5kW。
3运行效果
污水处理工程于2018年6月开始启动运行，试运行期间主要对各处理单元的运行参数进行调试，尤其对硅藻精土处理单元的运行参数进行了重点调试研究。A/O生物接触+硅藻精土组合工艺对有机物的去除效果理想，COD、BOD5的去除率基本可以达到90%以上，并达到了GB18918－2002一级A排放标准。其中对SS的去除效果最佳，去除率基本可维持在95%以上，对磷的去除效果也维持在90%左右。经过半年多的试运行，整个工艺运行基本达到稳定状态。工程在2019年5月开始正式运营，整个工艺自动化操作程度高，受温度影响较小［4］。处理水量基本维持在32.84×103～39.07×103m3/d，平均处理量在35.56×103m3/d，进、出水pH始终维持在6～9。BOD5、COD、SSNH3-N、TN和TP的平均去除率为97.3%、96.0%和99.8%、91.2%、86.3%、97.8%，出水水质完全符合GB18918－2002的一级A标准排放要求。各阶段水质污染物指标去除效果详见表2所示。
4经济效益分析
项目建设投资为16540万元，第1部分工程费用13070万元，第2部分其它费用1804万元，预备费1190万元，建设期利息438万元，流动资金38万元。资金主要由以下渠道筹集：申请银行贷款本金8000万元，建设期利息438万元，合计8438万元（约占总投资的51%）；地方自筹8102万元（约为投资的49%）。设计处理能力40×103m3/d，平均单位总成本为1.53元/m3，平均单位经营成本为0.85元/m3。对污水处理厂近期工程项目进行财务分析，财务评价指标如财务内部收益率6.01%，高于行业基准收益率（6%）；投资回收期13.33a，低于行业基准回收期（15a左右）。从财务角度评价，项目是可行的。
5结论
湖北省黄冈市某工业园污水处理厂率先采用A/O生物接触氧化+硅藻精土主体工艺+深度处理工艺处理园区综合污水，最终保证了污水极高的处理效果，在工业园综合废水治理行业中处于领先水平。BOD5、COD、SS、NH3-N、TN和TP的平均去除率为97.3%、96.0%和99.8%、91.2%、86.3%、97.8%，出水水质完全符合GB18918－2002的一级A标准排放要求。设计处理能力40×103m3/d，平均单位总成本为1.53元/m3，平均单位经营成本为0.85元/m3。项目主体工艺设计紧凑，占地面积小，自动化程度高，运行成本低，十分实用于不同规模的综合污水治理。硅藻精土主体工艺对常规指标污染物都具有很好的去除效果，实际应用中可根据具体水质特点结合其他工艺进行设计，具有较强的推广、应用价值。
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