純水設(shè)備解讀：關(guān)于工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造的思考
目前我國建成和在建的工業(yè)聚集區(qū)已經(jīng)達(dá)到9000多個，工業(yè)廢水排放量占全國污水排放總量的45%左右。園區(qū)綜合工業(yè)廢水的水質(zhì)、水量變化大，成分復(fù)雜，難降解和有毒有害物質(zhì)含量高，pH不穩(wěn)定，污染物含量高且營養(yǎng)不均衡。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、主體工藝針對性不強(qiáng)、管理不到位等原因，工業(yè)聚集區(qū)往往成為水污染控制的重災(zāi)區(qū)。目前海河流域的京津地區(qū)、巢湖流域、太湖流域、賈魯河流域等地區(qū)均制定了較《城鎮(zhèn)污水處置廠污染物排放規(guī)范》GB18918-2002更嚴(yán)格的地方性排放規(guī)范;2015年環(huán)保部頒布的城鎮(zhèn)污水處置廠污染物排放規(guī)范(征求意見稿)中提出了國土開發(fā)密度較高、生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)執(zhí)行水污染物特別排放限值，主要指標(biāo)參照地表Ⅳ類;水污染物排放規(guī)范呈現(xiàn)進(jìn)一步收緊的趨勢。工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造面臨著更大的挑戰(zhàn)。
1提標(biāo)改造總體工作思路
1.1特征污染物識別
對工業(yè)聚集區(qū)的既有排污企業(yè)進(jìn)行摸底調(diào)查，解其生產(chǎn)工藝和主要原材料，分析其可能產(chǎn)生的污染組分。逐一調(diào)研其所屬行業(yè)排放廢水的水質(zhì)特點(diǎn)和行業(yè)排放規(guī)范，上海純水設(shè)備解企業(yè)內(nèi)部既有的廢水處置工藝，分析廢水中可能存在TDS難降解有機(jī)物、有毒有害物質(zhì)、有機(jī)磷、不可氨化的有機(jī)氮等制約達(dá)標(biāo)排放的限制性因素，為制定有針對性的提標(biāo)改造方案奠定基礎(chǔ)。
1.2搜集實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)資料、分析污染組分、水質(zhì)特點(diǎn)、變化規(guī)律和現(xiàn)狀設(shè)施能夠達(dá)到處置效果
分析工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，重點(diǎn)關(guān)注pH油、懸浮物、色度、堿度、重金屬、鐵、銅、氰化物、TDS苯系化合物、氯系化合物、醫(yī)藥中間體、特殊顯色基團(tuán)等非常規(guī)檢測的污染物含量。通過分析B/C判斷可生化性，分析氨氮和總氮指標(biāo)的差值判斷生物脫氮的可行性，通過長歷時的生物處置試驗(yàn)判斷難降解COD含量，通過觀察生物反應(yīng)池內(nèi)的污泥性狀了解來水的生物毒性。
解運(yùn)行過程中曾經(jīng)出現(xiàn)過的異常現(xiàn)象，如污泥分散、污泥上浮、進(jìn)水pH和顏色變化、懸浮物和漂浮物含量變化等等，分析進(jìn)水水質(zhì)的變化規(guī)律。
搜集實(shí)際出水水質(zhì)指標(biāo)及其變化規(guī)律，將其與排放規(guī)范對照，分析提標(biāo)改造需要強(qiáng)化去除的污染物指標(biāo);與進(jìn)水水質(zhì)對照，分析現(xiàn)狀設(shè)施運(yùn)行效能。
1.3強(qiáng)化源頭調(diào)控，為末端達(dá)標(biāo)排放發(fā)明條件
工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造不單純是內(nèi)部改造問題，必需從整個園區(qū)水污染防治的角度動身，強(qiáng)化源頭治理、監(jiān)管與調(diào)控，為達(dá)標(biāo)排放發(fā)明條件，源頭調(diào)控與末端治理偏重。源頭調(diào)控主要有4個方面內(nèi)容：
1規(guī)范排污口建設(shè)，企業(yè)排污口設(shè)置水質(zhì)水量計量裝置，納入監(jiān)管單位實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)依據(jù)不同的行業(yè)適當(dāng)調(diào)整，確保源頭達(dá)標(biāo)排放。
2制定園區(qū)內(nèi)部企業(yè)水污染物間接排放規(guī)范。當(dāng)前大部分工業(yè)聚集區(qū)的廢水經(jīng)過排污企業(yè)與末端處置廠兩次處理，既加大了企業(yè)的本錢，也加大了廢水處置廠的處置難度，有利于廢水處置社會本錢的最小化。2008年頒布的制漿造紙、電鍍等11個行業(yè)的水污染物排放規(guī)范創(chuàng)設(shè)了以協(xié)商方式來確定水污染物間接排放規(guī)范的新模式。針對BOD5COD等慣例污染物間接排放限值適當(dāng)放寬或不做要求，進(jìn)一步收嚴(yán)第一類污染物、難降解COD不易處置的氮磷、有毒有害物質(zhì)的排放限制。
3重點(diǎn)監(jiān)控園區(qū)內(nèi)可能存在總量小、濃度高、毒性大、含鹽量高，嚴(yán)重影響末端處置工藝正常運(yùn)行的廢水、廢料等，必需單獨(dú)處置，嚴(yán)禁進(jìn)入公共排污系統(tǒng)。
4有條件的大型工業(yè)園區(qū)可采用“污污分流”方式，將水質(zhì)差別較大、對處置工藝要求迥異、混合后可能發(fā)生新的難處理組分的廢水分別排入各自的廢水處置廠，從整體上降低工業(yè)聚集區(qū)水污染治理難度和成本。
1.4末端治理思路
綜合工業(yè)廢水提標(biāo)改造須從穩(wěn)定預(yù)處理、強(qiáng)化生物處置、完善深度處置3個方面著手。
工業(yè)廢水重在預(yù)處理，預(yù)處置主要包括水質(zhì)預(yù)警、水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、事故排放、水質(zhì)調(diào)理、有毒有害物質(zhì)去除等工序。預(yù)處理工藝是否合理，后續(xù)生物處置和深度處置能否穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。
高排放規(guī)范下綜合工業(yè)廢水的生物處置須重點(diǎn)強(qiáng)化其對難降解有機(jī)物的去除能力，對水質(zhì)水量、有毒有害物質(zhì)和TDS游離氨的耐受能力，脫氮能力等。
深度處置是提標(biāo)改造的最后屏障，主要確保CODTPSS3項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到排放規(guī)范。高排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SS小于5mg/L目前常用各種形式的砂濾和超濾系統(tǒng)，也有采用磁混凝沉淀直接出水，上海純水設(shè)備還有待實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)。高排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TP小于0.3mg/L目前主要還是靠混凝沉淀，常用混凝沉淀、高密度沉淀、重介質(zhì)沉淀等，也可根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)選擇氣浮工藝。確保TP穩(wěn)定達(dá)到0.3mg/L以下，須關(guān)注二沉池出水中有機(jī)磷的含量，普通混凝沉淀和氣浮對有機(jī)磷去除能力有限，磁加載混凝沉淀工藝在有些項(xiàng)目中具有較好的處置效果，有機(jī)磷主要還是依靠源頭調(diào)控。高排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的COD小于30mg/L難降解COD深度去除工序已經(jīng)成為深度處置的常用配置。
1.5通過試驗(yàn)研究合理確定工藝路線和設(shè)計參數(shù)
綜合工業(yè)廢水成分復(fù)雜，污染物組分之間相互影響，且在處置過程中可能發(fā)生新的污染組分，采用的工藝流程及試驗(yàn)效果必需經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，主要設(shè)計參數(shù)需在試驗(yàn)過程中摸索，有條件的項(xiàng)目需開展全流程的中試研究。主要驗(yàn)證內(nèi)容包括各工序的最優(yōu)運(yùn)行工況、處置效果、電耗、藥耗等，為工程實(shí)施提供依據(jù)。
2案例分析
2.1工程背景
南方某工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠，服務(wù)面積約11km2目前已入住企業(yè)百余家，主要排污企業(yè)涉及鋼鐵、精細(xì)化工、制藥、機(jī)械加工、有色冶金、輕工制造、橡膠制品等7個門類。現(xiàn)狀廢水處置設(shè)施設(shè)計規(guī)模1.5萬m3/d采用奧貝爾氧化溝工藝，未能達(dá)到理想的處置效果，亟需提標(biāo)改造。
2.2建設(shè)規(guī)模
園區(qū)已經(jīng)建成十多年，基本沒有閑置用地，近年來雨季日處置水量約9000m3/d旱季日處置水量約7000m3/d由于企業(yè)越來越重視水資源的節(jié)約和循環(huán)利用，實(shí)際排污量跟原規(guī)劃差別較大，這也是工業(yè)聚集區(qū)普遍情況。提標(biāo)改在工程將設(shè)計規(guī)模調(diào)整為1.0萬m3/d
2.3進(jìn)出水水質(zhì)
設(shè)計過程中搜集了近一年的實(shí)際進(jìn)水檢測數(shù)據(jù)，BOD5SSTP指標(biāo)參照實(shí)測水質(zhì)的90%保證率取值，CODNH3-NTN依照當(dāng)?shù)匚鬯C合排放規(guī)范和企業(yè)所在行業(yè)的排放規(guī)范取值。除此以外，為保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，通過源頭調(diào)控的方式對進(jìn)水中的難降解COD不可氨化的有機(jī)氮、有機(jī)磷等指標(biāo)做了進(jìn)一步規(guī)定。出水執(zhí)行當(dāng)?shù)氐牡胤脚欧乓?guī)范。
2.4設(shè)計思路
工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造是一個系統(tǒng)工程，一方面園區(qū)管委會加強(qiáng)排污口規(guī)范化建設(shè)、逐步制定適合園區(qū)的內(nèi)部排放規(guī)范、加強(qiáng)對偷排誤排行為的監(jiān)管;另一方面末端廢水處置廠根據(jù)實(shí)際情況提標(biāo)改造。
針對本工程需要達(dá)到排放規(guī)范，作為末端治理的提標(biāo)改造工程需重點(diǎn)解決進(jìn)水穩(wěn)定和調(diào)理、COD和TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問題。
1進(jìn)水均質(zhì)與調(diào)節(jié)。本工程接收的廢水來自園區(qū)內(nèi)的百余家排污企業(yè)，工業(yè)類別復(fù)雜多樣，污染組分差別較大，水質(zhì)特點(diǎn)各不相同，排污時段跟生產(chǎn)工序息息相關(guān)，規(guī)律性不強(qiáng)。預(yù)處置階段設(shè)置水質(zhì)水量調(diào)節(jié)池，盡量延長均質(zhì)時間，緩和水質(zhì)水量的動搖性;設(shè)置事故排放池存儲源頭企業(yè)的事故排水，對于后續(xù)處置系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。
2除鐵。從現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行情況來看，活性污泥呈紅褐色，進(jìn)水中Fe2+濃度約為80~90mg/L過高的鐵離子會造成曝氣系統(tǒng)的堵塞，影響生物處置的正常運(yùn)行，增加除鐵工序是必要的
除鐵可以通過源頭調(diào)控和末端治理2種方式解決。上海純水設(shè)備源頭調(diào)控對于已經(jīng)運(yùn)營了十幾年的工業(yè)園區(qū)來講難度較大，需要對園區(qū)入住的幾個鋼鐵企業(yè)建設(shè)若干個分散性的除鐵設(shè)施，建設(shè)、運(yùn)行、管理工作量更大，需要協(xié)調(diào)的工作較多，因此選擇了末端集中除鐵方案。
除鐵一般通過曝氣的方式解決，曝氣除鐵的過程會發(fā)生一定濃度的鐵系絮凝劑，具有強(qiáng)化一級沉淀的功能，工業(yè)聚集區(qū)廢水處置工藝中考慮強(qiáng)化一級沉淀工序是必要的可以有效的削減來水中的難降解COD重金屬和其他有毒有害物質(zhì)，保證后續(xù)生物系統(tǒng)正常運(yùn)行;此外還可以有效去除進(jìn)水中的懸浮物和膠體性物質(zhì)，減少后續(xù)處置負(fù)荷，而懸浮物和膠體性物質(zhì)對后續(xù)脫氮除磷所需碳源的貢獻(xiàn)較小。從這個角度來看，對脫氮除磷要求較高的廢水處置工程采用強(qiáng)化一級沉淀工序是可行的
3水質(zhì)調(diào)理。本工程接收的廢水經(jīng)過源頭治理后排入，容易降解的污染物在源頭治理過程中已經(jīng)消耗殆盡，營養(yǎng)物不均衡是末端治理工程面臨的普遍問題，同時也是保證生物處置穩(wěn)定運(yùn)行必需要解決的問題。實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，低碳高氮現(xiàn)象突出，碳源缺乏將成為生物脫氮的主要限制性因素，必需考慮補(bǔ)充外加碳源;此外進(jìn)水TP含量隨季節(jié)性動搖較大，濃度小于1.0mg/L時段較長，曝氣除鐵的過程也會進(jìn)一步降低進(jìn)入生物系統(tǒng)磷元素，為維持活性污泥正常運(yùn)行，補(bǔ)充適當(dāng)?shù)牧自厥潜匾?
4難降解有機(jī)物去除。明確廢水中難降解有機(jī)物的含量是制定工藝方案、合理確定各工序設(shè)計參數(shù)、確保末端穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提和基礎(chǔ)。
現(xiàn)狀工程采用奧貝爾氧化溝作為生物處置系統(tǒng)，由于實(shí)際處置量未達(dá)到設(shè)計規(guī)模，實(shí)際停留時間32~41h左右，停留時間很長，出水COD一直維持在50~60mg/L能夠在一定水平上反映難降解COD含量。
提標(biāo)改造工程通過曝氣除鐵(強(qiáng)化一級沉淀)強(qiáng)化生物處置、氣浮過濾等深度除濁措施盡可能提高對難降解COD去除效果，同時采用羥基氧化工藝保證出水COD達(dá)標(biāo)排放。
5深度脫氮。明確進(jìn)水中不可氨化的有機(jī)氮含量是保證出水TN達(dá)標(biāo)排放的前提條件。從實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)的統(tǒng)計資料來看，氨氮和總氮指標(biāo)差值為5mg/L左右，不可氨化的有機(jī)氮含量可以接受，可以采用生物脫氮的方式保證TN達(dá)標(biāo)排放。
2.5工藝流程
預(yù)處置階段增加進(jìn)水調(diào)節(jié)池及事故貯存池，增加pH調(diào)節(jié)和曝氣除鐵池，細(xì)格柵后補(bǔ)充氰化物及生物毒性在線監(jiān)測設(shè)施;生物處置階段將現(xiàn)狀奧貝爾氧化溝調(diào)整為4段AO生物池，投加粉末活性碳形成低濃度PA CT工藝;深度處置階段采用高效淺層納米氣浮、兩級臭氧催化氧化和細(xì)砂過濾器。主體工藝流程如圖1所示。
2.6主要設(shè)計參數(shù)
2.6.1調(diào)節(jié)池及事故池
廢水經(jīng)沉砂池后重力流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池停留時間8h;事故池停留時間4h排空時間48h調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置潛水推流器防止沉泥，廢水經(jīng)調(diào)節(jié)以后后續(xù)設(shè)計規(guī)模依照平均流量考慮。
2.6.2曝氣除鐵池
曝氣除鐵池包括中和區(qū)、預(yù)曝氣區(qū)和沉淀區(qū)3局部。為減少產(chǎn)泥量，上海純水設(shè)備中和區(qū)投加氫氧化鈉，最大投加量150mg/L實(shí)際投加量根據(jù)來水中鐵離子含量調(diào)整;預(yù)曝氣區(qū)停留時間1.5h有效水深5.5m穿孔管曝氣，氧利用率6%汽水比1.3∶1氣源采用容積式風(fēng)機(jī)，PA M投加量0.5mg/L;沉淀區(qū)停留時間1.8h有效水深3.5m外表負(fù)荷1.7m3/m2h
2.6.3復(fù)合式四段AO生物池
生物反應(yīng)池改造重點(diǎn)考慮去除COD和TN兼顧除磷，采用4段AO形式，通過投加少量的粉末活性碳，維持正常的污泥濃度，同時強(qiáng)化對難降解有機(jī)物的去除效果。主要設(shè)計參數(shù)如下：污泥濃度2000mg/L第一缺氧區(qū)停留時間11h第一好氧區(qū)停留時間11h第一好氧區(qū)污泥回流比300%第二缺氧區(qū)停留時間4h第二好氧區(qū)停留時間2h汽水比10∶1補(bǔ)磷量3mg/L粉末活性炭投加量20mg/L碳源補(bǔ)充量108mgBOD5/L二沉池利用現(xiàn)狀，停留時間和堰口負(fù)荷相當(dāng)于設(shè)計參數(shù)的50%預(yù)計可以達(dá)到沉淀效果。
2.6.4高效淺層納米氣浮
廢水經(jīng)曝氣除鐵和二沉池兩次沉淀，前者相當(dāng)于化學(xué)絮凝沉淀，后者相當(dāng)于生物絮凝沉淀，可以采用重力沉淀去除的污染物基本去除殆盡。廢水中可能存在油和漂浮物或生物處置過程中產(chǎn)生的難沉淀的生物碎屑可以通過氣浮手段解決，因此深度處置階段考慮采用效果較好的淺層納米氣浮工序。主要設(shè)計參數(shù)如下：外表負(fù)荷4.85m3/m2h有效水深650mm設(shè)計轉(zhuǎn)速0.1~0.2rpm溶氣水壓力0.4MPa回流比30%停留時間8minPA C投加量50mg/LPA M投加量1.0mg/L同時預(yù)留了氫氧化鈉和強(qiáng)氧化劑的投加點(diǎn)位。
2.6.5兩級臭氧催化氧化
為保障出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，采用兩級臭氧催化氧化產(chǎn)生的羥基自由基對難降解有機(jī)物進(jìn)行無選擇性完全氧化，難降解有機(jī)物去除量按照30mg/L設(shè)計。
催化劑選用二氧化鈦負(fù)載型催化劑，負(fù)載厚度大于0.2mm催化劑粒徑3~5mm填充高度2.5m
反應(yīng)器采用多級逆流異相催化氧化形式，兩級串聯(lián)運(yùn)行。采用空氣源臭氧發(fā)生器，通過穿孔曝氣管形成大體量氣泡包裹在催化劑外表面，提高羥基自由基的發(fā)生量，強(qiáng)化對難降解有機(jī)物的去除效果。
一級反應(yīng)器停留時間30min分4個系列，不銹鋼結(jié)構(gòu)，直徑4.5m高3.0m單罐催化劑填充量42t配套出水回流系統(tǒng);二級反應(yīng)器停留時間85min分2個系列，長10m寬10m高3.0m單套催化劑填充量76t配套水氣回流系統(tǒng)和臭氧尾氣破壞系統(tǒng)。
2.6.6細(xì)砂過濾器
本工程采用8套細(xì)砂過濾器作為末端保證工藝，濾料采用級配濾料，濾料總厚度1.2m其中0.5~0.9mm石英砂800mm1.0~2.0mm石英砂200mm2~4mm石英砂200mm設(shè)計濾速6.5m/h單罐面積8m2沖洗方式為水洗，沖洗強(qiáng)度15L/m2s沖洗周期16~24h
2.7主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
提標(biāo)擴(kuò)建工程總投資9069.17萬元，第一局部工程費(fèi)7148.68萬元，包括土建工程2298.35萬元，設(shè)備費(fèi)3613.77萬元。耗電1.5kwh/m3經(jīng)營利息約4.89元/m3
3關(guān)于工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造的思考
滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)聚集區(qū)廢水處置廠提標(biāo)改造，需要配套的工藝流程長、投資和運(yùn)行利息高、操作管理復(fù)雜。園區(qū)水污染防治還是應(yīng)該從整個園區(qū)水資源綜合利用的角度統(tǒng)籌考慮，上海純水設(shè)備依照低質(zhì)低用、高質(zhì)高用、梯級利用、循環(huán)利用的原則，實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間水資源的相互調(diào)配，最大程度的減少廢水排放量，條件好的園區(qū)可從整體上實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”
建設(shè)生態(tài)型工業(yè)園區(qū)是解決園區(qū)水污染治理的根本出路。通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，建設(shè)資源節(jié)約和環(huán)境友好的產(chǎn)業(yè)模式，加強(qiáng)對既有園區(qū)的環(huán)境監(jiān)管，鼓勵資源共享、廢棄物循環(huán)利用，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推行清潔生產(chǎn)，從源頭減少污染物的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)末端治理向源頭預(yù)防的轉(zhuǎn)變。
工業(yè)聚集區(qū)廢水末端治理工程投資和運(yùn)行利息中用于脫氮和難降解COD去除的費(fèi)用比例最高。脫氮的利息主要集中在需要補(bǔ)充大量的外加碳源，有條件的項(xiàng)目可采用污泥水解或多點(diǎn)進(jìn)水多級AO工藝充分挖掘、利用廢水中的內(nèi)碳源，減少對外加商品碳源的依賴，最大限度的降低脫氮成本。采用羥基氧化工藝去除難降解有機(jī)物電耗或藥耗較高，且需要定期更換催化劑，投資和運(yùn)行利息很高。制定工藝路線時，應(yīng)盡量提高前序工藝對難降解有機(jī)物的去除能力，將水解、微電解、預(yù)氧化、混凝沉淀、混凝氣浮、過濾、吸附等物理化學(xué)手段與復(fù)合式生物處置手段有機(jī)結(jié)合，最大程度的削減羥基氧化的處置負(fù)荷。
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