綜合化工園區(qū)污水處理廠普遍存在水質(zhì)水量波動(dòng)大、可溶性難降解COD含量高、廢水可生化性差、外加碳源量大等問(wèn)題。山東某化工園區(qū)污水處理廠針對(duì)COD指標(biāo)問(wèn)題，在一期工程、一期提標(biāo)改造及二期擴(kuò)建工程的深度處理部分分別應(yīng)用“臭氧接觸池+活性炭濾池”“高級(jí)催化氧化+活性炭濾池”“活性焦吸附（配套活性焦再生系統(tǒng)）”工藝；針對(duì)總氮達(dá)標(biāo)外加碳源量大問(wèn)題，二期生化段將AAO優(yōu)化為改良Bardenpho以挖潛生化系統(tǒng)的脫氮功能。對(duì)該廠不同時(shí)期、不同工藝應(yīng)用情況進(jìn)行比較分析，可作為國(guó)內(nèi)類似化工園區(qū)污水處理廠主體工藝選擇的參考。
1、一期工程運(yùn)行情況及分析
1.1 工程概況
該污水處理廠始建于2015年，總規(guī)模2.5×104m3/d，分兩期建設(shè)，一期1.0×104m3/d，主要處理園區(qū)內(nèi)精細(xì)化工、新材料、醫(yī)藥及石油化工深加工等企業(yè)排放廢水。原設(shè)計(jì)工藝為水解酸化+AAO+MBR+臭氧接觸池+活性炭濾池，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。2020年采用水解酸化+AAO+MBR+臭氧高級(jí)催化氧化+活性炭濾池工藝進(jìn)行提標(biāo)改造，出水執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的Ⅳ類水體限值要求，其中SS≤6mg/L、TN≤15mg/L。提標(biāo)采用的高級(jí)催化氧化工藝對(duì)COD的去除效果較提標(biāo)前臭氧接觸池提高近一倍，高于以往案例應(yīng)用效果。
1.2 進(jìn)、出水水質(zhì)
該污水處理廠進(jìn)水中生活污水占1/3，工業(yè)廢水占2/3，其中工業(yè)廢水含有各類難降解有機(jī)物（烴、鹵代烴、醇、醚、醛、酮、酸、酯、苯酚、雜環(huán)類化合物等），水質(zhì)復(fù)雜，難生物降解物質(zhì)多，可生化性一般，而且波動(dòng)極大，進(jìn)水水質(zhì)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。實(shí)施“一企一管”措施后（2021年10月—2022年10月）的進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。
數(shù)據(jù)顯示，整體進(jìn)水水質(zhì)平均值低于原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，但水質(zhì)波動(dòng)劇烈，這主要是園區(qū)各企業(yè)廠內(nèi)廢水站處理水平參差不齊所致。數(shù)據(jù)還顯示，氨氮、TN、TP三項(xiàng)指標(biāo)依然存在超標(biāo)現(xiàn)象。實(shí)際進(jìn)水碳源不足，為保證出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需在部分時(shí)段額外投加碳源。
一期工程進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1�，F(xiàn)狀污水廠運(yùn)行良好，90%保證率下出水水質(zhì)均可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
1.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
①事故調(diào)節(jié)池。
1池4格，正常運(yùn)行時(shí)兩格均作調(diào)節(jié)池運(yùn)行，均質(zhì)均量；當(dāng)遇到檢修維護(hù)及進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大時(shí)，利用1/2池體作事故池來(lái)貯存事故水，之后用小泵提升注入后續(xù)處理構(gòu)筑物。池體尺寸（L×B×H）為29.5m×19.2m×7.0m，有效水深6.3m，HRT約8.5h。一格內(nèi)設(shè)置潛水排污泵3臺(tái)（2用1備，1臺(tái)變頻，Q=209m3/h，H=80kPa，N=7.5kW）；一格內(nèi)設(shè)置潛水排污泵2臺(tái)（平時(shí)運(yùn)行互為備用，事故時(shí)1用1備，1臺(tái)變頻，Q=105m3/h，H=80kPa，N=5.5kW）。
②曝氣沉砂池。
設(shè)計(jì)流量658m3/h。池體1座分2格，配套1臺(tái)桁車式吸砂機(jī)（配提砂泵2臺(tái)）、1臺(tái)處理量為20~27L/s的螺旋式不銹鋼砂水分離器、2臺(tái)曝氣羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)（1用1備，Q=4.5m3/min，P=29.4kPa，N=5.5kW）。同時(shí)設(shè)有浮渣槽去除浮渣和油類。
③水解酸化池。
設(shè)計(jì)流量658m3/h，分2格，單格尺寸（L×B×H）為19.0m×12.0m×6.7m，有效水深6.1m，總水力停留時(shí)間為6.7h，筒體內(nèi)空尺寸為直徑1.7m，總高9.2m。每格采用1套鐘罩式脈沖式布水器和20套穿孔管的小阻力配水方式，設(shè)14套排泥管。
④A2O生化池。
設(shè)計(jì)流量417m3/h，污泥負(fù)荷0.08kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥濃度（MLSS）6000mg/L，污泥回流比400%，污泥齡25d。厭氧、缺氧池有效容積2270m3/座，好氧池有效容積5140m3/座；總HRT為17.7h。
⑤MBR膜池及設(shè)備間。
設(shè)計(jì)流量417m3/h，膜池尺寸22.4m×14.1m×4.5m，水力停留時(shí)間2.4h。膜池為1座4格，膜組器共12套，每格3套同時(shí)預(yù)留1個(gè)空位。膜組器采用PVDF中空纖維膜，過(guò)濾孔徑0.1µm，設(shè)計(jì)瞬時(shí)通量13.8L/（m2·h）。
⑥鼓風(fēng)機(jī)房。
主要為A2/O反應(yīng)池、MBR膜池提供氣源。A2O反應(yīng)池曝氣風(fēng)機(jī)：羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備，Q=28.37m3/min，P=63.7kPa，N=55kW）。MBR膜池吹掃風(fēng)機(jī)：羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備，Q=41m3/min，P=44.1kPa，N=45kW）。
⑦臭氧催化氧化池。
COD設(shè)計(jì)去除量（ΔCOD）為25mg/L，按照O3：ΔCOD=1：1計(jì)算，臭氧設(shè)計(jì)投加量為25mg/L。池體1座，分獨(dú)立2格，每格接觸池分3段，前兩段投加催化劑填料，采用密閉對(duì)流接觸方式，在接觸池下部采用微孔曝氣、臭氧上向流、水流下向流，以達(dá)到充分反應(yīng)。設(shè)計(jì)流量417m3/h，填料層、緩沖區(qū)、清水區(qū)的停留時(shí)間分別為15、15、30min，總停留時(shí)間60min。配套設(shè)備有電加熱式臭氧尾氣破壞器（2臺(tái)，N=3.7kW，1用1備，材質(zhì)316L）；高效臭氧容器裝置（N=15kW，4臺(tái)，SS316L材質(zhì)）；催化劑填料108m3，動(dòng)力泵（離心泵，Q=120m3/h，H=220kPa，N=11kW，4臺(tái)）；反沖洗風(fēng)機(jī)（羅茨風(fēng)機(jī)，Q=24.3m3/min，H=85kPa，N=75kW，2臺(tái)，互為備用）。
⑧臭氧發(fā)生間。
臭氧發(fā)生器2套（1用1備），單套臭氧制備能力10kg/h。
1.4 運(yùn)行難點(diǎn)分析
①該項(xiàng)目難點(diǎn)是可溶性難降解COD較高，一期提標(biāo)前深度去除COD采用臭氧活性炭濾池工藝，臭氧投加量約15mg/L，COD去除量約10mg/L；一期提標(biāo)后，采用臭氧高級(jí)催化氧化和活性炭濾池（臭氧活性炭濾池利舊，保留活性炭濾池功用）組合工藝，臭氧高級(jí)催化氧化池的臭氧投加量為20mg/L，COD去除量約20mg/L，與設(shè)計(jì)值O3：ΔCOD=1：1符合，加上活性炭濾池COD吸附量為5mg/L左右，基本可保證出水達(dá)標(biāo)。但由于該污水處理廠進(jìn)水含鹽量較高、硬度較高（總硬度為536mg/L），其覆蓋在臭氧催化劑填料和活性炭表面，使催化劑填料和活性炭使用壽命大大縮短，運(yùn)行費(fèi)用升高。
②為保證TN去除效果，需要額外投加大量碳源。采用優(yōu)質(zhì)復(fù)合碳源，費(fèi)用約0.33元/m3。
③水解酸化池設(shè)計(jì)上升流速0.94m/h，屬于低水力負(fù)荷排泥，排泥量偏大，污泥層不易控制，系統(tǒng)內(nèi)污泥量少，水解酸化效果較差，B/C比并未明顯提高，出水與進(jìn)水B/C均為0.22左右。
2、二期擴(kuò)建工程工藝設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量
二期處理規(guī)模為1.5×104m3/d，包含1.0×104m3/d工業(yè)廢水和0.5×104m3/d生活污水，參考一期進(jìn)水水質(zhì)，工業(yè)廢水可溶性難降解物質(zhì)較多，可生化性差，處理難度大。同時(shí)考慮園區(qū)發(fā)展，后期將入駐更多精細(xì)化工企業(yè)，廢水中難降解有機(jī)物占比增加，且園區(qū)內(nèi)企業(yè)排水在進(jìn)入管網(wǎng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)參差不齊，高標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)為降低廠內(nèi)運(yùn)營(yíng)成本，后期會(huì)調(diào)整排放水質(zhì)接近設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所以二期擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)與一期相同，排放標(biāo)準(zhǔn)及去除率見(jiàn)表2。其中出水TN為10mg/L，高于一期設(shè)計(jì)值。
2.2 工藝流程
結(jié)合一期COD、氨氮波動(dòng)大及工藝應(yīng)用情況，二期在工業(yè)廢水預(yù)處理、生化處理以及深度處理方面進(jìn)行了優(yōu)化選擇，工藝流程分別見(jiàn)圖1、2。
工業(yè)廢水預(yù)處理部分采用臭氧預(yù)氧化工藝代替水解酸化工藝；生化處理系統(tǒng)采用改良Bardenpho代替普通A2O，可進(jìn)一步深挖生化脫氮功能，減少碳源投加量；采用活性焦吸附工藝去除可溶性難降解COD，極大提高了COD吸附去除量，配套活性焦再生工藝，解決了活性焦結(jié)垢問(wèn)題，保障了各項(xiàng)出水水質(zhì)尤其是COD達(dá)標(biāo)。
該擴(kuò)建工程污水處理采用多級(jí)臭氧預(yù)氧化池+改良Bardenpho+MBR+活性焦吸附池（配套活性焦再生工藝），污泥處理采用污泥均質(zhì)池+高壓板框脫水機(jī)，除臭采用生物濾池工藝。
生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后進(jìn)入粗格柵去除纖維狀物質(zhì)和大顆粒懸浮物，再經(jīng)過(guò)細(xì)格柵進(jìn)一步去除懸浮物后，進(jìn)入曝氣沉砂池去除較重泥砂，然后自流進(jìn)入改良Bardenpho生化池。工業(yè)廢水經(jīng)“一企一管”進(jìn)入事故調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池出水由泵提升至混凝沉淀池，經(jīng)過(guò)加藥混合絮凝后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，然后自流進(jìn)入臭氧預(yù)氧化池，廢水可生化性提高后，自流進(jìn)入改良Bardenpho生化池，與生活污水混合，完成碳、氮、磷的去除。改良Bardenpho耦合MBR膜池，MBR工藝實(shí)現(xiàn)了泥水分離，使得活性污泥齡變長(zhǎng)，有利于世代周期長(zhǎng)的硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，從而增強(qiáng)脫氮效果，同時(shí)微濾膜的出色截留作用，可使出水SS保持極低水平。MBR出水進(jìn)入活性焦吸附池，進(jìn)一步去除可溶性難降解COD。出水進(jìn)入消毒池，消毒池同時(shí)兼作排水泵房，最后的出水排入附近河流。
該污水處理廠污泥主要包括柵渣、混凝沉淀池污泥和MBR池污泥三部分，經(jīng)污泥均質(zhì)池充分混合后進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)一步濃縮，上清液回流至前端進(jìn)水，污泥添加石灰后進(jìn)入板框壓濾機(jī)脫水至含水率60%后外運(yùn)處置。
2.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)
①事故調(diào)節(jié)池。
1座4格，半地下矩形鋼混結(jié)構(gòu)，有效容積5292m3，停留時(shí)間8.46h，穿孔管曝氣攪拌，4格交替攪拌。配套污水提升泵3臺(tái)，變頻，2用1備，單泵Q=313m3/h、N=18.5kW。
②混凝反應(yīng)池。
矩形鋼混結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械混合池、絮凝池和平流沉淀池。機(jī)械混合池1座2組，單格停留時(shí)間為117s，配套單層混合攪拌機(jī)2臺(tái)，L=1200mm，N=0.75kW。經(jīng)混合的廢水流入絮凝反應(yīng)池。絮凝反應(yīng)池分2組6格，設(shè)有框式反應(yīng)器，HRT為13.7min。絮凝反應(yīng)池配置L=1800mm絮凝攪拌機(jī)2套。PAC投加量為50mg/L，PAM投加量為1mg/L。
③平流沉淀池。
2座，表面負(fù)荷1.41m3（/m2·h），單座尺寸（L×B×H）=30.0m×4.9m×3.5m，有效水深3m。配套桁車式吸泥機(jī)，跨度10.4m，電機(jī)功率2×0.55kW，真空泵功率0.75kW；排泥泵4臺(tái)，2用2備，單泵Q=100m3/h、N=5.5kW。
④臭氧預(yù)氧化池。
1座2格，單座尺寸（L×B×H）為26.6m×14.6m×7.5m，有效水深6.15m；兩池體中間為設(shè)備間，尺寸（L×B×H）為25.1m×4.0m×7.5m。三段接觸臭氧最大設(shè)計(jì)投加量為24mg/L。每級(jí)曝氣的臭氧比例按照2∶1∶1設(shè)計(jì)，采用GW600型射流曝氣器4套；臥式離心泵5臺(tái)，4用1冷備，單泵Q=120m3/h、N=15kW；呼吸閥4套，DN80，材質(zhì)為SS316L，設(shè)計(jì)壓差0.1MPa。其他配套設(shè)備：臭氧系統(tǒng)管路、呼吸閥、尾氣分解器及臭氧擴(kuò)散裝置，其中尾氣破壞器Q≥80m3/h，N=5kW，1用1備。
⑤生物反應(yīng)池。
集厭氧、缺氧、好氧于一體，依次分為預(yù)缺氧池、厭氧池、一級(jí)缺氧池、一級(jí)好氧池、二級(jí)缺氧池、二級(jí)好氧池6部分。其中，MBR膜池污泥回流至好氧池；好氧池內(nèi)混合液回流至缺氧池，缺氧池混合液回流至厭氧池。MBR膜池排放剩余污泥。共設(shè)2座，單座尺寸為54.2m×27.1m×6.2m，MLSS為4000~6000mg/L，污泥負(fù)荷0.065kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥齡21d，水力停留時(shí)間23.4h。預(yù)缺氧池有效水深5.6m，停留時(shí)間1.13h。厭氧池有效水深5.55m，停留時(shí)間1.97h。一級(jí)缺氧池有效水深5.50m，停留時(shí)間6.68h。一級(jí)好氧池有效水深5.45m，停留時(shí)間9.13h。二級(jí)缺氧池有效水深5.40m，停留時(shí)間2.88h。二級(jí)好氧池有效水深5.35m，停留時(shí)間1.6h。單池配套微氣泡高氧轉(zhuǎn)移速率管式曝氣裝置426根，規(guī)格為1m/根，供氣量6~8m3（/根·h），充氧效率22%。預(yù)缺氧池設(shè)置中速潛水?dāng)嚢铏C(jī)3臺(tái)，2用1冷備，N=3kW；厭氧池設(shè)置高速潛水?dāng)嚢铏C(jī)5臺(tái)，4用1冷備，N=2.5kW；一級(jí)缺氧區(qū)設(shè)置5臺(tái)低速潛水推進(jìn)器，4用1冷備，N=5.0W；二級(jí)缺氧區(qū)設(shè)置中速潛水?dāng)嚢铏C(jī)5臺(tái)，4用1冷備，N=3.0kW。設(shè)置混合液回流泵3臺(tái)，2用1冷備，單泵Q=260L/s、N=5.0kW。精細(xì)格柵2臺(tái)，柵條間隙1mm。
⑥MBR膜池。
1座6格，膜池尺寸32.4m×14.1m×4.5m，停留時(shí)間2.4h（平均時(shí)）。膜設(shè)備間尺寸37.3m×11.9m，層高6.6m。設(shè)置18臺(tái)膜組器，采用PVDF中空纖維膜，過(guò)濾孔徑0.1µm，設(shè)計(jì)瞬時(shí)通量15L/（m2·h）。配套8臺(tái)產(chǎn)水泵（6用2備，變頻，單泵Q=167m3/h、N=7.5kW），在線CIP清洗泵（3臺(tái)，2用1備，1臺(tái)變頻，單泵Q=100m3/h、N=5.5kW），液環(huán)真空泵（2臺(tái)，1用1備，單泵Q=165m3/h、N=4.0kW，最大真空度84%），反洗次氯酸鈉加藥泵（Q=1500L/h，2臺(tái)，1用1備），次氯酸鈉PE儲(chǔ)罐（1座，10m3），反洗檸檬酸加藥泵（Q=1500L/h，2臺(tái)，1用1備），檸檬酸PE儲(chǔ)罐（1座，5m3），膜池混合液回流泵（不堵塞干式泵，3臺(tái)，2用1冷備，單泵Q=434L/s、N=5.5kW），剩余污泥泵（不堵塞干式泵2臺(tái)，1用1冷備，單泵Q=38m3/h、N=5.5kW），儀表用空壓機(jī)系統(tǒng)1套。
⑦活性焦吸附池。
工藝流程見(jiàn)圖3。
完整活性焦吸附工藝系統(tǒng)由污水提升、活性焦吸附、活性焦輸送、活性焦再生、新焦補(bǔ)充、活性焦廢氣處理等幾部分組成，在國(guó)內(nèi)已有不少應(yīng)用案例。該工程活性焦再生采用外協(xié)處理再生后回用，故不單獨(dú)配套再生系統(tǒng)。設(shè)計(jì)參數(shù)：COD從60mg/L降至25mg/L；活性焦再生周期288d，每個(gè)再生周期活性焦損耗10%（含機(jī)械及再生熱損耗）。
采用30座活性焦吸附罐，分3組并聯(lián)運(yùn)行，每組含活性焦吸附罐10座并聯(lián)運(yùn)行，飽和焦再生時(shí)，1組停止進(jìn)水，其余組進(jìn)水運(yùn)行，停運(yùn)罐進(jìn)行提取飽和焦及投加再生焦操作。
活性焦吸附罐規(guī)格：Ø3000mm×8800mm，玻璃鋼外刷抗紫外線膠衣；底部厚25mm，頂部厚20mm。每座罐體配套1組PP材質(zhì)布水器，其過(guò)水能力為50m3/h�；钚越够盍綖�2~8mm，不均勻系數(shù)為1.3，中孔（孔徑2~50nm）占比40%~60%，比表面積為600~1100m2/g，碘值700~950mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值120~195mg/g，主要吸附污水中直徑為1~20nm的難降解長(zhǎng)鏈有機(jī)物�；钚越乖偕捎脙�(nèi)熱式回轉(zhuǎn)再生爐。
3、二期實(shí)際運(yùn)行效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
3.1 運(yùn)行效果
該系統(tǒng)于2022年6月投入運(yùn)行，各處理單元的水質(zhì)如表3所示。該工藝對(duì)COD、TN、氨氮、TP、SS的去除率分別達(dá)到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%。
二期改用臭氧氧化進(jìn)行預(yù)處理后，廢水可生化性（B/C值）提升至0.47，是一期水解酸化系統(tǒng)的2.1倍。一期工程脫氮需要優(yōu)質(zhì)復(fù)合碳源130mg/L，二期改用改良Bardenpho工藝后，碳源采用乙酸鈉，投加量降至約65mg/L，節(jié)省藥劑費(fèi)0.21元/m3。
活性焦吸附池出水總氮和氨氮均稍微降低�；钚越乖谶\(yùn)行初期對(duì)氮的吸附量不太大且易發(fā)生脫附，因此不具有長(zhǎng)期吸附效果，但經(jīng)過(guò)數(shù)月運(yùn)行，活性焦對(duì)氨氮和總氮的去除保持在一定水平，具有一定的耐沖擊負(fù)荷能力，推測(cè)存在生物轉(zhuǎn)化作用。
3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
該擴(kuò)建工程總投資為1.1803億元，其中建筑安裝費(fèi)為9453萬(wàn)元，直接運(yùn)行成本（電費(fèi)、藥劑費(fèi)）為1.43元/m3。
具體測(cè)算見(jiàn)表4。
4、結(jié)論
①山東某化工園區(qū)污水處理廠擴(kuò)建工程采用改良Bardenpho+MBR+活性焦吸附工藝處理園區(qū)企業(yè)排放的生活污水和生產(chǎn)廢水，廢水處理量為1.5×104m3/d，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理效果好，對(duì)COD、TN、NH4+-N、TP、SS的去除率分別達(dá)到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%，出水水質(zhì)穩(wěn)定在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)以下，其中SS≤6mg/L、TN≤10（12）mg/L。直接處理成本（電費(fèi)、藥劑費(fèi)）為1.43元/m3。
②臭氧氧化提高廢水可生化性的效果優(yōu)于水解酸化；二級(jí)處理采用改良Bardenpho，對(duì)比一期，在更高的TN排放標(biāo)準(zhǔn)下，碳源投加量降低約50%，節(jié)省藥劑費(fèi)0.21元/m3�？偹巹┵M(fèi)（不含污泥脫水）由一期的0.66元/m3降到0.32元/m3，直接運(yùn)營(yíng)成本（不含污泥處置、折舊、維修、膜更換等）節(jié)省0.34元/m3。
③擴(kuò)建工程運(yùn)行時(shí)間尚短，實(shí)際進(jìn)水量為0.75×104m3/d，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)比設(shè)計(jì)水質(zhì)低，隨著園區(qū)發(fā)展，預(yù)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)水量會(huì)趨向設(shè)計(jì)值，運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)高于目前數(shù)值。（來(lái)源：青島水務(wù)碧水源科技發(fā)展有限公司）
