我國早期的工業(yè)聚集區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣，廢水水質(zhì)、水量變化大，成分復(fù)雜，有毒有害且難降解有機物含量高。當(dāng)前越來越多的流域和地區(qū)制定了較《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）更為嚴(yán)格的地方性排放標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠達標(biāo)排放面臨更大的挑戰(zhàn)。提標(biāo)改造工程需根據(jù)特定的水質(zhì)特點，從源頭調(diào)控、穩(wěn)定預(yù)處理、強化生物處理、完善深度處理的角度出發(fā)，針對特征污染物采取有效措施，合理確定工藝路線。
目前我國建成和在建的工業(yè)聚集區(qū)已經(jīng)達到了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、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)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）更嚴(yán)格的地方性排放標(biāo)準(zhǔn)；2015年環(huán)保部頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》中提出了在國土開發(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；水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)進一步收緊的趨勢。工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠提標(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)進行摸底調(diào)查，了解其生產(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)特點和行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，了解企業(yè)內(nèi)部既有的廢水處理工藝，分析廢水中可能存在的TDS、難降解有機物、有毒有害物質(zhì)、有機磷、不可氨化的有機氮等制約達標(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搜集實際進出水水質(zhì)資料、分析污染組分、水質(zhì)特點、變化規(guī)律和現(xiàn)狀設(shè)施能夠達到的處理效果
分析工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠實際進水水質(zhì)，重點關(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理試驗判斷難降解COD的含量，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。
了解運行過程中曾經(jīng)出現(xiàn)過的異?，F(xiàn)象，如污泥分散、污泥上浮、進水pH和顏色變化、懸浮物和漂浮物含量變化等等，分析進水水質(zhì)的變化規(guī)律。
搜集實際出水水質(zhì)指標(biāo)及其變化規(guī)律，將其與排放標(biāo)準(zhǔn)對照，分析提標(biāo)改造需要強化去除的污染物指標(biāo)；與進水水質(zhì)對照，分析現(xiàn)狀設(shè)施運行效能。
1.3強化源頭調(diào)控，為末端達標(biāo)排放創(chuàng)造條件
工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠提標(biāo)改造不單純是內(nèi)部改造問題，必須從整個園區(qū)水污染防治的角度出發(fā)，強化源頭治理、監(jiān)管與調(diào)控，為達標(biāo)排放創(chuàng)造條件，源頭調(diào)控與末端治理并重。源頭調(diào)控主要有4個方面內(nèi)容：
?。?）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)管單位實時監(jiān)控系統(tǒng)，重點監(jiān)控指標(biāo)依據(jù)不同的行業(yè)適當(dāng)調(diào)整，確保源頭達標(biāo)排放。
（2）制定園區(qū)內(nèi)部企業(yè)水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前大部分工業(yè)聚集區(qū)的廢水經(jīng)過排污企業(yè)與末端處理廠兩次處理，既加大了企業(yè)的成本，也加大了廢水處理廠的處理難度，不利于廢水處理社會成本的最小化。2008年頒布的制漿造紙、電鍍等11個行業(yè)的水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)設(shè)了以協(xié)商方式來確定水污染物間接排放標(biāo)準(zhǔn)的新模式。針對BOD5、COD等常規(guī)污染物間接排放限值適當(dāng)放寬或不做要求，進一步收嚴(yán)第一類污染物、難降解COD、不易處理的氮磷、有毒有害物質(zhì)的排放限制。
?。?）重點監(jiān)控園區(qū)內(nèi)可能存在的總量小、濃度高、毒性大、含鹽量高，嚴(yán)重影響末端處理工藝正常運行的廢水、廢料等，必須單獨處置，嚴(yán)禁進入公共排污系統(tǒng)。
?。?）有條件的大型工業(yè)園區(qū)可采用“污污分流”的方式，將水質(zhì)差別較大、對處理工藝要求迥異、混合后可能產(chǎn)生新的難處理組分的廢水分別排入各自的廢水處理廠，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、強化生物處理、完善深度處理3個方面著手。
工業(yè)廢水重在預(yù)處理，預(yù)處理主要包括水質(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，是后續(xù)生物處理和深度處理能否穩(wěn)定運行的前提條件。
高排放標(biāo)準(zhǔn)下綜合工業(yè)廢水的生物處理須重點強化其對難降解有機物的去除能力，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。
深度處理是提標(biāo)改造的最后屏障，主要確保COD、TP、SS3項指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。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，還有待實踐的進一步檢驗。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)特點選擇氣浮工藝。確保TP穩(wěn)定達到0.3mg/L以下，須關(guān)注二沉池出水中有機磷的含量，普通混凝沉淀和氣浮對有機磷去除能力有限，磁加載混凝沉淀工藝在有些項目中具有較好的處理效果，有機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的深度去除工序已經(jīng)成為深度處理的常用配置。
1.5通過試驗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，且在處理過程中可能產(chǎn)生新的污染組分，采用的工藝流程及試驗效果必須經(jīng)過試驗驗證，主要設(shè)計參數(shù)需在試驗過程中摸索，有條件的項目需開展全流程的中試研究。主要驗證內(nèi)容包括各工序的最優(yōu)運行工況、處理效果、電耗、藥耗等，為工程實施提供依據(jù)。
2、案例分析
2.1工程背景
北方某工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠，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、精細化工、制藥、機械加工、有色冶金、輕工制造、橡膠制品等7個門類?，F(xiàn)狀廢水處理設(shè)施設(shè)計規(guī)模1.5萬m³/d，采用奧貝爾氧化溝工藝，未能達到理想的處理效果，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，近年來雨季日處理水量約9000m³/d，旱季日處理水量約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進出水水質(zhì)
設(shè)計過程中搜集了近一年的實際進水檢測數(shù)據(jù)，BOD5、SS、TP指標(biāo)參照實測水質(zhì)的90%保證率取值，COD、NH3-N、TN按照當(dāng)?shù)匚鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)所在行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)取值。除此以外，為保障出水穩(wěn)定達標(biāo)排放，通過源頭調(diào)控的方式對進水中的難降解COD、不可氨化的有機氮、有機磷等指標(biāo)做了進一步規(guī)定。出水執(zhí)行當(dāng)?shù)氐牡胤脚欧艠?biāo)準(zhǔn)。
2.4設(shè)計思路
工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠提標(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)部排放標(biāo)準(zhǔn)、加強對偷排誤排行為的監(jiān)管；另一方面末端廢水處理廠根據(jù)實際情況提標(biāo)改造。
針對本工程需要達到的排放標(biāo)準(zhǔn)，作為末端治理的提標(biāo)改造工程需重點解決進水穩(wěn)定和調(diào)理、COD和TN的穩(wěn)定達標(biāo)問題。
?。?）進水均質(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。預(yù)處理階段設(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)水量的波動性；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)處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。
?。?）除鐵。從現(xiàn)場的實際運行情況來看，活性污泥呈紅褐色，進水中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，影響生物處理的正常運行，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。源頭調(diào)控對于已經(jīng)運營了十幾年的工業(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，曝氣除鐵的過程會產(chǎn)生一定濃度的鐵系絮凝劑，具有強化一級沉淀的功能，在工業(yè)聚集區(qū)廢水處理工藝中考慮強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)，保障后續(xù)生物系統(tǒng)正常運行；此外還可以有效去除進水中的懸浮物和膠體性物質(zhì)，減少后續(xù)處理負荷，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較小。從這個角度來看，對脫氮除磷要求較高的廢水處理工程采用強化一級沉淀工序是可行的。
?。?）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，同時也是保障生物處理穩(wěn)定運行必須要解決的問題。實際進水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，低碳高氮現(xiàn)象突出，碳源不足將成為生物脫氮的主要限制性因素，必須考慮補充外加碳源；此外進水TP含量隨季節(jié)性波動較大，濃度小于1.0mg/L的時段較長，曝氣除鐵的過程也會進一步降低進入生物系統(tǒng)磷元素，為維持活性污泥正常運行，補充適當(dāng)?shù)牧自厥潜匾摹?/span>
?。?）難降解有機物去除。明確廢水中難降解有機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理系統(tǒng)，由于實際處理量未達到設(shè)計規(guī)模，實際停留時間32~41h左右，停留時間很長，出水COD一直維持在50~60mg/L，能夠在一定程度上反映難降解COD的含量。
提標(biāo)改造工程通過曝氣除鐵（強化一級沉淀）、強化生物處理、氣浮過濾等深度除濁措施盡可能提高對難降解COD的去除效果，同時采用羥基氧化工藝保障出水COD達標(biāo)排放。
（5）深度脫氮。明確進水中不可氨化的有機氮含量是保障出水TN達標(biāo)排放的前提條件。從實際進水水質(zhì)的統(tǒng)計資料來看，氨氮和總氮指標(biāo)差值為5mg/L左右，不可氨化的有機氮含量可以接受，可以采用生物脫氮的方式保障TN達標(biāo)排放。
2.5工藝流程
預(yù)處理階段增加進水調(diào)節(jié)池及事故貯存池，增加pH調(diào)節(jié)和曝氣除鐵池，細格柵后補充氰化物及生物毒性在線監(jiān)測設(shè)施；生物處理階段將現(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PACT工藝；深度處理階段采用高效淺層納米氣浮、兩級臭氧催化氧化和細砂過濾器。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)模按照平均流量考慮。
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部分。為減少產(chǎn)泥量，中和區(qū)投加氫氧化鈉，最大投加量150mg/L，實際投加量根據(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，PAM投加量0.5mg/L；沉淀區(qū)停留時間1.8h，有效水深3.5m，表面負荷1.7m³/（m²·h）。
2.6.3復(fù)合式四段AO生物池
生物反應(yīng)池改造重點考慮去除COD和TN，兼顧除磷，采用4段AO的形式，通過投加少量的粉末活性碳，維持正常的污泥濃度，同時強化對難降解有機物的去除效果。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，補磷量3mg/L，粉末活性炭投加量20mg/L，碳源補充量108mgBOD5/L。二沉池利用現(xiàn)狀，停留時間和堰口負荷相當(dāng)于設(shè)計參數(shù)的50%，預(yù)計可以達到沉淀效果。
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。廢水中可能存在的油和漂浮物或生物處理過程中產(chǎn)生的難沉淀的生物碎屑可以通過氣浮手段解決，因此深度處理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：表面負荷4.85m³/（m²·h），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8min，PAC投加量50mg/L，PAM投加量1.0mg/L。同時預(yù)留了氫氧化鈉和強氧化劑的投加點位。
2.6.5兩級臭氧催化氧化
為保障出水COD穩(wěn)定達標(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物進行無選擇性徹底氧化，難降解有機物去除量按照30mg/L設(shè)計。
催化劑選用二氧化鈦負載型催化劑，負載厚度大于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，提高羥基自由基的產(chǎn)生量，強化對難降解有機物的去除效果。
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細砂過濾器
本工程采用8套細砂過濾器作為末端保障工藝，濾料采用級配濾料，濾料總厚度1.2m，其中0.5~0.9mm的石英砂800mm，1.0~2.0mm的石英砂200mm，2~4mm石英砂200mm。設(shè)計濾速6.5m/h，單罐面積8m²，沖洗方式為水洗，沖洗強度15L/（m²·s），沖洗周期16~24h。
2.7主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
提標(biāo)擴建工程總投資9069.17萬元，第一部分工程費7148.68萬元，包括土建工程2298.35萬元，設(shè)備費3613.77萬元。耗電1.5（kw·h）/m³，經(jīng)營成本約4.89元/m³。
3、關(guān)于工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠提標(biāo)改造的思考
滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)聚集區(qū)廢水處理廠提標(biāo)改造，需要配套的工藝流程長、投資和運行成本高、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，按照低質(zhì)低用、高質(zhì)高用、梯級利用、循環(huán)利用的原則，實現(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，推行清潔生產(chǎn)，從源頭減少污染物的產(chǎn)生，實現(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行成本中用于脫氮和難降解COD去除的費用比例最高。脫氮的成本主要集中在需要補充大量的外加碳源，有條件的項目可采用污泥水解或多點進水多級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物電耗或藥耗較高，且需要定期更換催化劑，投資和運行成本很高。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)合式生物處理手段有機結(jié)合，最大程度的削減羥基氧化的處理負荷。
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