工业园区污水处理厂工艺流程及主要参数设计

摘要：在工业园区建设集中的污水处理厂，对园区现有生产企业和近期入驻的再造烟叶生产企业的废水水量、水质和处理设施进行分析，合理确定污水厂进水水质，其中COD为主要污染物;对再造烟叶生产企业取样废水进行小试实验和Fenton投加量实验，实验表明废水具有毒性和难降解特性，但在生化反应充分挖潜基础上，投加50×10-6Fenton药剂可使COD降至50mg/L以下;根据污水厂进、出水水质，合理确定污水厂工艺流程，研究污水厂A/O反应池和Fenton氧化设计参数，当二级生化处理出水COD控制在65mg/L以下时，计算Fenton氧化运行成本中的电耗和药耗可控制在1.3元/m3。

关键词：工业园区污水处理厂;再造烟叶废水;Fenton氧化;

2015年4月发布的《水污染防治行动计划》(简称水十条)要求集中治理工业集聚区水污染，集聚区工业废水必须经过预处理达到集中处理要求，方可进入污水集中处理设施。新建、升级工业集聚区应同步规划、建设污水、垃圾集中处理等污染治理设施。本工业区内各企业已实现废水回用或自行处理达标排放要求，但尚未建设工业园区污水处理厂，为实现园区废水集中处理，预处理后的污水暂时接入园区附近的生活污水处理厂进行处理，随着园区的发展和新企业的入驻，建设集中的污水处理厂势在必行。工程对园区内现状和近期入驻企业的排放量和水质进行分析，利用小试装置对园区排水大户的水质特征进行研究，确定一种经济、合理的园区集中污水处理工艺流程，对污水处理厂A/O和Fenton氧化工艺设计参数进行研究，计算Fenton氧化运行成本。

1 园区污水排放量及水质分析

1.1 排放水量

云南昆明某工业园区依托原有老工业基地的优势，以磷化工为主体，多种工业并存，园区现有企业36家，5家停产，磷化工、化肥企业已实现废水全回用，黏合剂、涂料、节能建材等企业自行处理达一级A标后排放，其余企业仅排放生活污水;31家企业每天排放污水总量313.86m3/d，其中生活污水159.74m3/d，生产废水154.12m3/d;园区居民点生活污水排放量70.37m3/d;近期园区排放污水总量3 385.23m3/d(含5家即将入驻企业)，其中异地搬迁再造烟叶生产企业排放生产废水2 755m3/d，占园区近期总排放量的81.38%。根据《昆明海口工业园区总体规划》，园区远期排水量根据规划用地、工业用地类型、用水定额和回用水率需增加2 240m3/d。考虑为污水处理设施和园区招商引资留有余地，园区集中处理污水厂近期规模4 500m3/d，远期规模7 000m3/d。

1.2 排放水质

园区企业车间排放口废水成分复杂、浓度高，根据环保部门要求，31家企业污水总排放口排放污水水质执行生活污水水质或一级A标;根据“水十条”和环保要求，园区建设集中的污水处理设施后，企业废水排放水量不变，排放水质执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准和《污水排入城市下水道水质标准》(CB/T 31962—2015)的A级标准。

异地搬迁再造烟叶生产企业内废水处理流程：初沉+气浮+调节酸化+IC反应器+AO生化池+二沉池+紫外消毒，与行业处理流程[1]相类似。根据企业提供的在线监测数据、第三方水质监测报告和行业排水特征[2,3]，综合确定再造烟叶生产企业内处理设施尾水浓度如表1所示。

再造烟叶生产企业废水排放量占园区近期排放总量的81.38%，其他企业占18.62%，按各企业排放量占比计算的工业园区污水处理厂进厂水质如表2所示。

2 实验结论

在再造烟叶生产企业搬迁前废水处理设施A/O生化前和二沉池出水处取水样，采用小试装置模拟污水处理环境，严格控制pH、温度等因素，对待测废水进行生化实验，测定COD降解、好氧速率和Fenton药剂量[4,6]，判断废水可生化性和毒性特征。

实验表明，随着废水浓度增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量随之降低，即废水浓度为50%时，异养和硝化耗氧量降低约50%，废水呈现毒性和难降解特性，但生化反应仍可进行。对A/O生化前废水进行4d连续生化实验后，COD浓度由270mg/L降至62mg/L，此时投加50×10﹣6的Fenton药剂，废水COD降为33mg/L;对生化实验尾水投加1‰的活性炭时，COD由62mg/L降至45mg/L，并可去除色度。

3 污水厂工艺流程及主要参数设计

3.1 工艺流程确定

进水水质的BOD5/COD=0.2～0.4、BOD5/TN=1.2～2.57、BOD5/TP=30～45，表明废水的可生化性较低，总氮去除的碳源不足，总磷较易处理;结合设计进、出水水质和再造烟叶废水小试，园区集中处置污水处理厂工艺流程如图1所示：

为防止企业事故排放造成污水厂运行异常和停产，工艺流程在预处理旁增设事故池，正常情况下污水通过提升泵站进入调节池，当进水在线监测异常时，废水经泵站先进入事故池储存，并分时段泵入调节池稀释处理;园区污水通过市政污水管网收集，厂内预处理设置粗/细格栅和沉砂池;正常情况下，污水经过沉砂池后直接进入生化反应池，当事故废水进入系统后需先经过混凝沉淀池，再进入生化系统;考虑进水碳源较低，工艺流程不设置初次沉淀池;生化反应采用缺氧/好氧系统，目的是有机物污染物和总氮的去除，运行过程需外加碳源;工艺流程在生化反应系统后设置Fenton氧化，充分发挥生化降解效率基础上尽量减少Fenton投加量;Fenton氧化后串联活性炭和紫外消毒工艺，活性炭过滤作为保险措施，用于水质恶化时把关。

3.2A/O生化主要参数设计

好氧容积分别采用硝化反应污泥龄容积公式Vo=①和污泥负荷容积公式V=②进行计算。回流污泥浓度6 000mg/L，好氧池混合液污泥浓度3000mg/L，污泥回流比100%，混合液回流比400%(稀疏来水，降低毒性和难降解物质的影响;废水停留时间接近2d，充分挖掘生化反应潜力);当设计水温为12℃时，计算硝化反应污泥龄仅为11d，公式①计算的好氧池容积偏低，该容积通过公式(2)反算污泥负荷已接近0.15，所以本工程设计采用公式②进行计算，降低污泥负荷、提高污泥龄，分别取0.08kgBOD5/(kgMLSS•d)和17d，计算好氧池容积为1 688m3。

缺氧池容积采用硝化反硝化动力学公式Vn=计算，由于较大的混合液回流比和存在一定的生化降解难度，脱氮速率Kde(20)取0.03(需经温度修正)，污泥总产率系数Yt在无初次沉淀池、污泥龄17d条件下取0.8kgMLSS/kgBOD5，缺氧池容积为1 354m3，停留时间为7.2h。0.001Q(Nk-Nte)-0.12ΔXVKdeX

3.3Fenton氧化主要参数设计和成本计算

Fenton反应池中加入酸、亚铁和双氧水，将pH调至3.5左右进行反应，反应完成后进入脱气池，加入液碱，将pH回调到7～8。调酸池和催化混合池采用机械搅拌，停留时间5min，容积分别为24m3;氧化反应池停留时间3h，容积为870m3;脱气池采用空气搅拌，停留时间20min，容积为97m3。根据实验，Fenton药剂投加量和投加比例为C(H2O2，mg/L)：COD(mg/L)=3∶1;C(H2O2，mg/L)：COD(Fe2+，mg/L)=1.22∶1。当COD浓度为124mg/L时，Fenton氧化运行设备功率20kw，电耗480kWh/d，吨水电耗0.09元/m3(电费0.8元/kWh)，Fenton氧化吨水药耗2.40元/m3，药剂消耗量见表3，Fenton氧化运行能耗(电耗+药耗)为2.49元/m3;若二沉池出水COD浓度低于65mg/L，Fenton氧化运行能耗为1.3元/m3。

4 结论和建议

1)合理确定工业园区集中污水处理厂进厂水量和水质非常重要，企业需逐家落实生产工艺、用水、排水特征，并依据环保意见核定污染物排放总量;即将入驻企业需落实生产工艺、厂内污水设施、环评报告等，并对同类型生产线和处理设施进行调研和水质取样;本工程园区废水处理难点是COD，且BOD5/COD较低，生化反应效果有限，碳源低于总氮去除要求;参照《污水综合排放标准》和《污水排入城市下水道水质标准》并不能准确反映真实水质。

2)园区集中污水处理工艺流程和设计参数除依据设计进、出水水质以外，还需对排水大户的水样进行可生化性、耗氧速率、毒性等实验。实验表明，园区废水具有毒性和难降解的特性，50%浓度的废水使异养和硝化耗氧量降低约50%，内源、外源呼吸均受到抑制，但充分挖掘废水生化反应效率基础上，达一级A标的Fenton药剂投加量仅需50×10﹣6。

3)园区集中污水处理厂设置事故池、混凝沉淀等构筑物，在进水超标的情况下启动运行;预处理工段需考虑市政管网带入的较大悬浮物和泥砂的去除;废水可生化性不足、缺少碳源，工艺流程不设初次沉淀池;生化反应主要考虑有机物降解和TN的去除;为稳定达标，废水深度处理需串联Fenton氧化，并采用活性炭吸附作为处理流程的最后把关工艺。

4)根据以上特征研究，好氧池设计100%污泥回流，400%混合液回流，污泥浓度0.08kgBOD5/(kgMLSS•d)，污泥龄17d;缺氧池的脱氮速率Kde(20)=0.03(kgNO3-N)/(kgMLSS•d)，设计停留时间较高。实验确定Fenton药剂投加量为C(H2O2，mg/L)∶COD(mg/L)=3∶1，C(H2O2，mg/L)∶COD(Fe2+，mg/L)=1.22∶1;当二级生化处理出水COD控制在65mg/L以下时，Fenton氧化运行成本中的电耗和药耗为1.3元/m3。

参考文献

[1]梅荣武，陈云.再造烟叶生产废水的处理与综合利用[J].中国给水排水，2004，20(9)：75-77.

[2]邱晔，胡群，陈辉敏，等.再造烟叶生产废水处理研究[J].工业水处理，2006，26(3)：23-25.

[3]马迅，向海英，王浩雅，等.造纸法再造烟叶生产废弃物的处理与利用[J].环境科学与技术，2013，36(6)：249-253.

[4]马平，徐天然，张甲.Fenton氧化工艺处理再造烟叶废水的研究[J].黑龙江造纸，2017(3)：23-26.

[5]刘伟.芬顿氧化法处理废水研究[J].中国资源综合利用，2016，34(11)：36-37.

[6]俞勇.工业园区污水处理厂的深度处理试验研究[J].环境科学与管理，2017，42(9)：128-131.