新疆生产建设兵团某工业园区是农七师“十二五”期间重点建设的工业园区之一, 为实施可持续发展战略, 促进经济、社会和环境协调发展, 工业园拟新建废水处理厂1座, 即工业园区废水处理厂。厂址位于奎北铁路以东, 现状为荒地, 地形平坦, 交通便利。工程总占地面积8.3hm², 一期工程占地约5hm², 一期废水处理厂处理规模为3万m³/d, 废水厂处理总规模为6万m³/d。该废水处理厂处理出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 中的一级A标准, 尾水用于绿化用水或灌溉林地。

　　 园区废水主要是工业废水和生活污水, 其中工业废水占比80%。园区废水远期规划总量为6万m³/d左右, 近期3万m³/d。废水管网根据地形和道路呈支状布置, 工业生产产生的废水, 必须由相关企业进行厂内预处理, 达到国家有关排放行业标准和《污水排入城镇下水道标准》 (CJ 343-2010) 要求后, 方可专管排入园区废水处理厂。集中收集后的废水再经废水处理厂处理达标后排放或回用。

　　 据现场调研水量水质分析得知, 园区重污染企业现在主要为煤化工企业, 重油裂解企业, 未来园区将有烯烃、煤制油、聚氯乙炔烯等化工产品加工企业入驻, 这些企业的生产废水经内部处理后, 会导致废水中可生化降解有机物大量被降解, 而难降解有机物则排至园区废水处理厂, 使得废水中COD较高, 碳源不足, 进水中特殊指标主要为石油和色度。根据同类企业排放废水特征及现状企业排水执行标准, 同时考虑到园区建设的实际情况, 企业事故排水时水质突然变化等因素, 在进水水质80%保证率下确定进出水水质如表1所示。

　　 废水处理厂出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

　　 废水处理主体工艺采用气浮沉淀池-水解酸化池-A²/O-MBR, 污泥处理采用污泥浓缩池+厢式隔膜压滤机工艺。整套工艺构筑物少, 总投资较低, 运行成本指标低, 操作管理方便, 易于实现自动控制;能够很好的适应该厂以工业废水为主体的水质特点, 对水量水质的变化适应能力强, 出水稳定可靠;脱氮除磷效果好, 对外界条件变化适应性很强;而且污泥量少, 污泥稳定性好。在技术和经济上都具有一定优势。

　　 主体工艺流程如图1所示。

　　 沉砂池采用曝气沉砂池, 主要考虑到新疆地区风沙较大, 雨水量较少, 大部分地区不敷设雨水管道, 因而废水中常夹带大量粉砂, 从目前沉砂池的除砂粒径和效率来比较, 曝气沉砂池是比较合适本工程的。该构筑物为现浇钢筋混凝土结构, 结构尺寸51.8m×10.3m×4.6m。内设内进流网板细格栅2套 (1用1备) , 栅条间距S=5 mm, 安装倾角α=90°。

　　 通过细格栅间后, 废水通过2个进水闸门分配进入曝气沉砂池。沉砂池分为2格, 每格长L=24m, 宽B=3.1m, 有效水深H=2m。峰值流量时, 设计停留时间t=5min, 沉砂池采用薄壁堰堰式出水。沉砂池沿池长方向布置曝气管, 2格沉砂池设计总气量为502.5 m³/h, 曝气管采用穿孔曝气。沉砂池曝气系统设三叶罗茨鼓风机2台 (1用1备) , Qs=9.58m³/min, P=39.2kPa, 功率N=11kW;吸砂桥1台, 单台吸砂桥上安装砂泵2台分别对应每格沉砂池, 单台砂泵参数Q=45 m³/d, H=5.8m, N=1.4kW。

　　 出水井汇合后通过2组渠道分别进入超细格栅渠道, 每条渠道内设有1台转鼓式超细格栅, 格栅宽度B=2m, 高度H=2m, 栅条间距S=1mm, 安装倾角α=35°, 功率N=1.5kW。

　　 由于该工业区以石油化工和煤化工等工业为主, 气浮沉淀池主要去除废水中的油类、SS以及色度。钢筋混凝土框架结构, 尺寸60 m×11.4 m×7.5m, 设2组气浮沉淀池, 单池设计流量Q=900m³/h, 总变化系数K_z=1.44。混合时间t₁=0.7min, 絮凝时间t₂=3min, 气浮分离区水力停留时间t₃=25min, 设计回流比为0.3。每座气浮沉淀池均配备混合搅拌器、絮凝搅拌器、压力溶气罐、回流潜水泵、空压机、溶气释放器等。

　　 为提高废水可生化性, 设置水解酸化池。水解酸化池采用钢筋混凝土结构, 采用上向流复合池, 停留时间为12h。填料采用强化平板填料, 布水采用多点布水器布水, 间歇式排泥。

　　 生化处理部分采用A²/O-MBR工艺, 为矩形钢筋混凝土池。为使功能分区更加明确, 减少返混现象, 根据生物处理工艺要求, 建有7个生物反应区, 分别为缺氧区1 (反硝化池) 、厌氧区 (除磷) 、好氧区1 (硝化池) 、缺氧区2 (反硝化池) 、好氧区2 (硝化池) 、缺氧区3 (反硝化池) 、好氧区 (膜池) 。设计参数如下:水温最低10℃, 最高25℃;有效水深6.0m, 生化池好氧区污泥浓度6.0g/L, 膜池污泥浓度8~10g/L, 泥龄24d, 混合液回流比300%, 膜池—好氧区最大回流500%。总停留时间14.3h;其中A²/O池12.3 h, 膜池2 h。总供气量464m³/min;其中A²/O池140 m³/min (气水比:6.7∶1) , 膜池吹扫风量324m³/min。

　　 膜池结构形式为半地下式钢筋混凝土结构, 膜池上方吊车架采用钢结构, 共有6系列, 每系列膜箱数为10组, 并预留2空位, 有效水深3.7m, 混合液浓度8~10g/L, 膜吹扫风量324m³/min, 更换周期5~8年。微滤膜60组, 膜丝孔径0.3μm, 平均膜通量12~15L/ (m²·h) , 单组膜面积1 656m², 单个膜箱平均产水量596m³/d。膜辅助设备间用以安装膜渗透抽吸泵、CIP清洗泵和膜在线药洗系统等设备。

　　 碳源投加间主要用于向A²/O厌氧池和缺氧池投加乙酸钠作为碳源, 满足厌氧释磷和缺氧反硝化阶段对碳源的需求。乙酸钠投加量为80mg/L, 溶液池浓度b=10%。

　　 消毒采用二氧化氯接触消毒。由二氧化氯发生器、化料器、卸酸泵、氯酸钠贮罐、盐酸贮罐等组成。加氯量 (以有效氯计) 为12mg/L。

　　 加药间内设药剂库、PAC、PAM溶解加药装置, 向混凝沉淀气浮池配制投加PAC和PAM。PAC投加量30 mg/L, 溶液池浓度b=10%;PAM投加量1mg/L, 溶液池浓度b=0.2%。

　　 钢筋混凝土矩形配泥井1座, 池内壁直径=12m, 池深H=5.95m, 周边水深h=4m。单池污泥固体通量G=45kg/ (m²·d) , 污泥浓缩时间T=12.5h, 排泥含水率97.0%。

　　 进入浓缩池剩余污泥量Q=1 750 m³/d, 含水率99.4%, 进入板框压滤机污泥量Q=350 m³/d, 含水率97%, 排泥含水率60%。设备间内安装厢式自动隔膜压滤机1套, 过滤面积A=400 m², 功率N=25kW;PAM自动加药设备1套, 加药量Q=20kg/d, 功率N=3.7kW;石灰自动加药设备1套, 加药量Q=1 000kg/d, 功率N=20kW;并配有螺旋输送、水泵及空压机等设备。

　　 (1) 根据废水处理厂进水水质可知BOD₅/COD=0.33<0.45, 表明废水可生化性较差, 为提高废水的可生化性, 需强化一级处理效果, 然后采用生物处理方案。因此有必要增加水解池, 以提高水体的可生化性, 不仅提高了微生物对BOD₅、COD的去除率, 同时有利于后续处理工艺的脱氮除磷过程。BOD₅/TN=2.3<4, 这表明生物脱氮碳源不足, 必须提高碳源含量才能保证脱氮效果^[1]。一般常用的外加碳源有甲醇、淀粉、乙酸钠等。考虑到甲醇具有毒性、易燃易爆, 运输储存具有一定危险性。而且乙酸钠为低分子有机酸盐, 容易被微生物利用, 作为碳源时其反硝化速率要远高于甲醇和淀粉, 因此在反硝化段补充乙酸钠以增加碳源^[2]。本项目进水水质BOD₅/TP=30>17, 生物除磷效果明显, 强化一级处理提高废水的可生化性后, 可以取得较好的除磷效果。

　　 (2) 根据工程水质特点, 包括含油废水、石油化工及煤化工等企业排放废水, 导致进水中难降解的有机化合物含量较高, 因此本项目采用气浮沉淀池以去除油和总磷。

　　 (3) 二级处理单元采用A²/O生物除磷脱氮工艺, 既能有效去除碳源污染物, 又具备较强除磷脱氮功能。由于生物除磷工艺的前提条件是聚磷菌必须在厌氧条件下充分释磷, 而后进入好氧阶段才能增大磷的吸收量。因此在曝气池前设置厌氧段^[3]。某些重金属离子、络合阴离子及一些有机物随工业废水排入处理系统后, 如果超过一定浓度, 会导致活性污泥中毒, 使其生物活性受到抑制, 进而影响氨氮及总氮的去除。为了使硝化及反硝化能够顺利进行, 本项目根据有毒物质对活性污泥的抑制浓度表严格控制进水中的重金属、有机物及无机物等有害物质的含量, 避免产生抑制作用^[4]。

　　 由于该工程对各项污染物去除率的要求均较高, 其中对COD去除率≥88.9%, BOD₅去除率≥93.3%, SS去除率≥96.0%, NH₃-N去除率≥88.9%, TN去除率≥76.9%, TP去除率≥90.0%, 为使工业园区废水处理厂出水达到GB18918-2002一级A排放标准, 所设计的生化工艺处理流程除具有典型的生物脱氮除磷的作用外, 深度处理段也是必不可少的, 以进一步去除废水有机物及N、P。

　　 (4) 深度处理采用MBR工艺, 该工艺用膜分离技术取代常规的二沉池, 作为处理单元中富集生物的手段, 几乎能将所有的微生物截留在生物反应器内, 提高反应器内的生物浓度, 利于世代时间长的细菌如硝化菌的繁殖, 提高了硝化速率。在MBR中进行硝化反应, 出水有机物含量降到最低, 去除有机物能力强。通过膜池混合液回流来增加曝气池中的微生物浓度, 出水水质稳定可靠^[5]。但是膜的抗污染性能是影响MBR工艺处理效果的关键因素之一, 针对本项目而言, 因进水油浓度具有一定的波动性, 因此, 需选用抗污染性能较好的PVDF中空纤维膜。

　　 废水处理厂2017年日常监测的具体运行数据 (月平均值) 如表2所示。根据监测结果可以看出, 目前进水水质还未达到设计水质, COD较低, 均值为216mg/L, TN为22 mg/L, TP为3.16 mg/L, SS为162mg/L, 色度也较低。出水各项水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准, 出水水质稳定。

　　 进水水质与设计值相差较大, 一方面是由于园区尚在起步发展阶段, 企业较少;另一方面在于工业园区的发展与总体规划的不匹配, 由于新疆地区偏远, 园区招商引资难度大, 园区入驻企业较少, 为增加财政税收, 政府对入园企业的性质放松, 监管部门对部分入驻企业废水排放监管不严, 存在偷排漏排等问题, 造成园区废水处理厂水量与水质达不到设计负荷。

　　 该工业园区废水处理厂目前运行工况良好, 出水达到设计要求, 处理后尾水用于绿化用水或灌溉林地。该工程对消除工业园区废水对周围环境的影响, 建设环境友好型工业园区, 实施可持续发展战略, 促进园区经济和环境协调发展具有重要意义。

　　 根据目前废水处理厂的实际进水水质, 在新疆等地区偏远地方的工业园废水处理厂设计中, 要考虑后期的不确定因素, 对进水水质和水量应包含总体和阶段分析, 考虑分步实施的可能, 减少前期投资, 降低维护成本。