水是人类赖以生存的特殊自然资源，也是社会可持续发展的制约因素。能源化工行业耗水量大，排放的污水成分复杂、处理难度大。因此，水资源的利用效率将成为制约能源化工行业发展的关键因素，要使得水资源得到充分利用，减少对周边环境的污染，促进能源化工行业的健康发展，就必须积极推进污水处理和回收利用工作^[1]。

某能源重化工基地位于内蒙古鄂尔多斯达拉特旗工业园区，主要分为煤化工产业区、PVC产业区、高新材料加工区和其他产业区。为减少企业对周围环境污染和生态破坏，促进区域经济可持续发展，能源重化工基地建立了污水处理厂。煤化工项目、PVC项目所产生的废水经各区预处理达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）的二级排放标准后，通过管网进入该污水处理厂进行深度处理，产生的再生水分别回用于企业循环水系统补水和城市道路浇洒及绿化。

能源重化工基地污水处理厂接收的污废水主要来源于新奥煤化工项目的汽化废水、甲醇生产废水和二甲醚生产废水，鲁能煤化工项目的灰水处理排水、MTP装置排水，PVC项目外排水以及少量生活污水、初期雨水。污水处理厂分两期建设，一期工程污废水设计处理量2万m³/d，再生水设计处理量1.5万m³/d；二期工程污废水设计处理量4万m³/d，再生水设计处理量3万m³/d。该污废水主要包括悬浮物、NH₃-N及苯酚、二甲酚的杂环化合物、多环芳烃等难降解有机化合物。

能源重化工基地污废水水质受开发区招商情况变化、工业生产规模、生产工艺情况影响，水质不易稳定。因此，确定进水水质时需要考虑一定的变化幅度。结合国内工业园区的类似情况，以《污水综合排放标准》的三级标准作为参考设计进水水质，但是考虑能源重化工基地建设刚刚起步，根据各企业排污特点，在《污水综合排放标准》的三级标准基础上适当放宽要求，具体设计进水水质见表1。

污废水经过深度处理后作为再生水回用，回用于企业的再生水执行《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T 19923-2005）标准要求，回用于城市道路浇洒和绿化用水的再生水执行《城市污水再生利用城市杂用用水水质》（GB/T 18920-2002）标准要求，以上2个标准综合考虑，以最严格指标确定最终再生水的水质指标。

污水处理厂接纳的煤化工废水具有水质成分复杂、有机物含量高、难降解物质多，可生化性差的特点^[2,3]。根据其水质特点，污水处理厂采用预处理（粗格栅-调节池-细格栅-曝气沉砂-水解酸化）+AO生化处理+深度处理（混凝沉淀-超滤-反渗透）的组合工艺，具体处理工艺流程如图1所示。

污废水首先进入粗格栅站去除较大漂浮物后进入调节池以调节水量水质，避免后续构筑物受到较大冲击。调节池出水经提升泵进入细格栅站去除废水中细小悬浮物。细格栅出水进入曝气沉砂池后，曝气作用下附着在砂粒表面的有机物被分离并随水流进入下一处理单元，粒径较大的砂粒沉淀并由吸砂泵提升至砂水分离器进行砂水分离。除砂后的废水进入水解酸化池后^[4]，在厌氧菌作用下进行水解酸化反应，将不溶性有机物水解为溶解性有机物、难降解大分子有机物转化为易降解小分子有机物，从而提高污废水的可生化性。

预处理后的污废水进入AO生物反应池，缺氧池内反硝化菌利用污废水中的有机物作为碳源，将好氧池回流混合液中的亚硝态氮和硝态氮还原为氮气，实现同时去除有机物和脱氮的目的。好氧池内活性污泥中的微生物将有机物降解为CO₂和H₂O，同时硝化菌通过硝化反应将污废水中的氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮^[5,6]。好氧池出水进入二沉池实现泥水分离后，上清液进入混凝沉淀池，底部污泥进入污泥回流池。污泥回流池中部分污泥回流至缺氧池前端以维持AO生物池内活性污泥的浓度，多余污泥排至污泥处理系统。

混凝沉淀池中投加PAFC和PAM，污废水经混凝反应逐渐形成较大絮体后进入斜板沉淀区进行泥水分离，以去除残余有机物和悬浮固体物。为避免废水中大颗粒物、浮渣、铁屑等划伤膜丝，混凝沉淀出水经自动清洗丝网过滤器后进入超滤系统进一步过滤。超滤出水进入保安过滤器去除废水中的微小悬浮物、微生物及胶体物质，防止反渗透膜被污染。保安过滤器出水进入反渗透系统，去除废水中附着在悬浮物上的剩余有机物。反渗透产水进入清水池并由外送泵送至不同用户。反渗透系统中产生总进水量25%的浓盐水，最大量为1万m³/d。此浓盐水经微滤+浓水反渗透装置进行处理，回收率约为65%。含少量溶解性有机物和大部分盐类的剩余浓盐水由压力管道输送至晾晒池，利用该地区高蒸发量的特点，通过自然蒸干方式进行蒸干。

粗格栅站设置2条格栅渠道，每条渠道安装回转式格栅除污机1台，N=1.1kW。格栅宽度1.1m，栅条间隙20mm，安装角度70°。

细格栅站设置2条格栅渠道，每条渠道安装转鼓螺旋式格栅除污机1台，N=1.5kW。格栅宽度1.5m，栅条间隙3mm，安装角度70°。

调节池与提升泵池合建1座并分2格，钢筋混凝土结构，有效容积13 330m³。为避免颗粒性污染物沉降，调节池设置8台立式双曲面涡轮式搅拌器，单台搅拌功率7.5kW。提升泵池设置4台卧式离心污水泵，Q=333m³/h,H=10m,N=22kW。

曝气沉砂池1座分2格，钢筋混凝土结构，总尺寸L×B=20m×8m。砂水分离器1台，Q=50～70m³/h,N=0.37kW；吸砂泵2台，Q=15m³/h,H=6m,N=1.5kW。距池底0.6～0.9m处设置穿孔管曝气装置2套，罗茨鼓风机2台提供曝气所用压缩空气，Q=250m³/h,H=6m,N=7.5kW。

水解酸化池1组，每组6格。单格尺寸L×B×H=16 m×6.6 m×8.3 m。设计流量0.28m³/s，平均流量下水力停留时间6.3h，上升流速1.31m/h。每格采用4条穿孔管配水，污泥采用管道静压排泥，定期排泥至污泥浓缩池。

AO生物池2座，每座分2组（一期工程实施1组），钢筋混凝土结构。缺氧池容积13 024m³，好氧池容积30 535 m³。设计平均流量0.255 m³/s，污泥负荷0.07 kgBOD₅/（kgMLSS·d），好氧泥龄14d，缺氧泥龄6d，总水力停留时间26.1h，混合液回流比300%，污泥回流比100%。缺氧池内部安装潜水推进器6台，单机功率5.5kW；好氧池内刚玉微孔曝气盘5 740个，内回流泵2台，Q=1 400m³/h,H=5.5m,N=30kW。

钢筋混凝土结构沉淀池1座，尺寸D×H=38m×4 m,Q=0.56 m³/s，设计表面负荷0.88m³/（m²·h），沉淀时间4h。配套刮泥机1台，D=38m,N=0.55kW。

污泥回流池1座，钢筋混凝土结构，尺寸L×B×H=8m×5m×5.7m。污泥回流泵2台，Q=500m³/h,H=5.5 m,N=22kW；剩余污泥泵2台，Q=50m³/h,H=12m,N=4.5kW。

混凝沉淀池1座，钢筋混凝土结构，包括混合区1个、反应区4个和斜板沉淀区2个，总尺寸L×B×H=21.7m×25.8m×4.5m。其中混合时间约30s，反应时间约18 min，表面负荷5.4 m³/（m²·h）。混合区搅拌器1台，N=7.5kW；反应区搅拌器4台，第一反应区N=4kW，第二反应区N=3kW，第三反应区N=1.5kW，第四反应区N=0.75kW。沉淀区斜板B=80 mm，材质乙烯共聚，斜板间距60mm，倾斜角60°；每座斜板沉淀池中设链式刮泥机各1台，排泥泵各2台，Q=60m³/h,H=10m,N=4kW。

自动清洗丝网过滤器4台，流量300 m³/h，过滤精度200μm，单机功率0.37kW。超滤设备4套，单套处理能力208m³/h，每套264支超滤膜，超滤回收率95%，超滤通量70L/（m²·h），超滤膜采用内压式中空纤维式膜元件，材质PES。超滤反洗水泵4台，Q=380 m³/h,H=25 m,N=90kW。超滤清洗系统1套，包括次氯酸钠杀菌剂装置、碱加药装置、酸加药装置、清洗水泵等。

保安过滤器1套，过滤精度5μm。反渗透装置3套，单套处理能力208m³/h，反渗透回收率75%，反渗透膜PROC-10。主要配套设备包括反渗透高压泵、还原剂加药装置、冲洗水泵、阻垢剂加药装置、清洗装置和杀菌剂加药装置。反渗透高压泵3台，Q=280m³/h,N=1.55kW；反渗透冲洗水泵1台，Q=250m³/h,N=0.32kW。

污水处理厂投入运行后，各处理单元及设备运转正常，出水水质良好，采用24h连续监测进出水水质，某月主要水质监测结果如图2～图4所示。

由图2可知，污水处理厂进水SS值在260～390mg/L波动，经粗、细格栅及曝气沉砂池的预处理作用，污水中的较大悬浮物、细小颗粒、砂粒被有效去除，曝气沉砂池出水SS值降至90～160mg/L。污水中胶体和细微悬浮物在混凝剂、絮凝剂作用下被去除分离，使得混凝沉淀池出水SS值降至25～60mg/L。经超滤、反渗透装置的深度处理，污水中残余悬浮物被截留分离并通过反洗方式排走，进一步使反渗透出水SS平均值为14.7mg/L，符合SS≤30mg/L的出水水质标准值，系统SS平均去除率达到97.4%。

由图3可知，污水处理厂进水COD变化较大，波动在460～660mg/L，偶尔超过700mg/L。通过水解酸化池中厌氧微生物的水解酸化作用，污水中部分难降解有机物得到充分降解，COD去除效果较好，其出水COD浓度降低为195～330mg/L。AO生物池中的活性污泥将污水中剩余的易降解有机物进一步去除，出水COD浓度为95～130mg/L。混凝沉淀池再次去除废水中剩余有机物，以降低对后续膜处理单元的污染。经超滤、反渗透的双膜分离作用，污水中残余有机物被拦截分离，反渗透出水COD平均值为32.3mg/L，低于标准值60mg/L，系统COD平均去除率达到94.6%。

由图4可知，污水处理厂进水NH₃-N平均值为58mg/L，通过AO生物池的反硝化和硝化反应，污水中NH₃-N被有效去除，该处理单元出水NH₃-N降低至8.5～13mg/L,AO生物池NH₃-N去除率达到83%。废水中剩余NH₃-N在超滤膜、反渗透膜的双重作用下被去除，反渗透出水NH₃-N平均值为5mg/L，满足NH₃-N≤10mg/L的出水水质标准，系统NH₃-N平均去除率达到91.3%。

该工程的直接运行成本主要包含电费、药剂费、水费、人工费等。污废水电耗0.586kW·h/m³，再生水电耗1.1kW·h/m³，按电价0.48元/（kW·h）计，电费494.4万元/年；化学药剂费303.9万元/年；水费9.1万元/年；工资福利费110.4万元/年；污泥处理费28万元/年；膜更换费129万元/年；大修及日常检修维护费251万元/年；其他管理费150万元/年。污水处理厂年运行成本合计为1 475.8万元，按污水处理量2万m³/d计，直接运行成本合计为2.02元/m³。

工程实际运行表明，该污水处理厂处理工艺可靠，出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T 19923-2005）和《城市污水再生利用城市杂用用水水质》（GB/T 18920-2002）二者的最严要求，直接运行成本为2.02元/m³。污水处理厂的建立实现了能源化工基地废水的有效重复利用，减轻了工业园区废水排放对黄河水源的污染，为园区招商引资提供了必要的基础条件。