1工程概况
楚州经济开发区化工集中区污水处理厂位于季桥镇，一期工程处理规模为5000m3/d，服务整个化工集中区(面积约66．7hm2)。原系BOT模式建设运行，主体处理工艺为氧化沟/气浮/氯氧化工艺，接管标准为《污水综合排放标准》(GB8978—1996)三级标准，原排放标准为《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准，尾水通过入海河道南泓排海。由于工艺设置不合理，污水处理厂建成后不能正常运行。经过调研，园区污水处理厂服务企业及接管水质具有以下特点:①园区现有入驻企业19家，其中16家为化工企业，产品涉及酚醛树脂、冰染料、氯苯胺、氨基苯酚、1，4－溴－2－丁烯、苯砜、避蚊胺、杀菌剂等，涵盖精细化工、医药化工和农药化工。其余3家为印染企业，主要产品为棉纱染织、腈纶纱线染整及印花等。②企业实际产生的废水量约为2500～3500m3/d，尚不能达到污水处理厂的设计规模，虽然印染企业数量少，但其排放水量却占到70%～84%。③其他化工企业虽然废水排放量较少，但成分复杂，尤其含有各种有毒抑制因子如苯酚类、苯胺类、氯苯类等，酚、醛以及盐分的大量接纳对废水的生化处理有较大的负面影响。此外，园区还未设置“一企一管”，对水质的监控能力不足。针对以上水质情况，污水处理厂在工艺设计中主要存在以下问题:系统未设置调节池，无法调节水质水量;主体生化工艺为单一的氧化沟，不适合化工园区综合废水的处理;未设置预处理单元，不能有效提高来水的可生化性;深度处理单元针对性不强。综上所述，本次污水处理厂提标改造工程的主要目的是实现污水处理厂的稳定运行，使出水水质达到江苏省《化学工业主要水污染物排放标准》(DB32/939—2006)一级排放标准。
2工业园区提标改造方案
2.1工业园区设计进、出水水质
园区污水处理厂提标改造工程设计水量仍为5000m3/d，设计进、出水水质如表1所示.值得注意的是:在设计过程中，江苏省《化学工业主要水污染物排放标准》(DB32/939—2006)中对TN没有要求，但基于化工园区氮污染物严格控制的要求，设置相应的接管标准。其他指标尤其是特征有机污染物如挥发酚等均按照排放标准控制接管标准，确保特征污染物在企业端的有效去除。
2.2工业园区改造思路及技术方案
根据以上分析，废水定性为以印染废水为主的化工园区综合废水。针对该类废水的治理，目前均采用预处理/主体生化处理单元/深度处理的组合工艺［2］，由于废水不能实现分质处理，因此在各工段选择具有针对性的处理工艺。①预处理原污水处理厂未设置预处理单元，但废水为工业园区废水，因此必须设置调节池以调节水质水量，前段辅以机械细格栅去除大块悬浮物，由于进水高程合理，不再设置单独集水井，机械格栅与调节池合建。废水处理量大且pH值呈中性，因此常规的铁碳电解、Fenton氧化并不适合。而混凝沉淀工艺具有设备相对简单、管理要求低、运行稳定等优点，针对印染废水具有较好的COD、色度去除率，因此，综合废水预处理工艺采用“调节池+初沉池”工艺。事实证明，初沉池的设置非常有必要，可以有效截留接管废水中的悬浮物，降低COD浓度。②生化处理单元来水的可生化性差，属于难降解有机废水，目前国内外大多采用厌氧－好氧生物处理工艺。考虑到废水浓度不高，不宜采用纯厌氧工艺，因此改造过程中新增水解酸化工艺。厌氧水解池一般可采用推流式、上流式和折流式结构，其中折流式水解酸化池具有泥水混合效果好、能耗低的优势，比传统的水解处理工艺更灵活、易管理。而好氧工段的选择较多，考虑到原污水处理厂采用氧化沟(卡鲁塞尔)，因此不再新建好氧单元，仅对其进行改造。改造的目的主要是强化好氧处理效果，包括两个方面:原有转刷式曝气系统充氧效果不佳，改为可提升曝气系统;将氧化沟改为生物活性炭(PACT)模式，两者相辅相成。研究表明［3～5］，PACT工艺具有改善污泥沉淀性能、提高不可降解COD去除率、容易改造等优点。在粉末活性炭投加量为100mg/L的情况下，好氧系统可以提高10%左右的COD去除率，且这部分COD主要来自难降解有机污染物的去除。因此，主体生化工艺选择“折流水解池+氧化沟(PACT)”工艺。③深度处理单元深度处理主要去除废水中剩余的部分有机物、磷以及悬浮物。原有气浮系统操作不便，可以改为处理效果相当的混凝沉淀，且为了高程合适，可将现有气浮池改为中间水池，便于二次提升。而原有氯消毒则保留，但由投加氯气改为投加二氧化氯，且二氧化氯的投加量适当提升，使之不只具有消毒功能，还具有一定的氧化功能，便于对尾水进行脱色并进一步去除残余有机污染物。因此，深度处理工艺选择“混凝沉淀+二氧化氯氧化”工艺。④总平面布置及高程设置新增的调节初沉一体化池、厌氧水解池以及混凝沉淀池与原有构筑物实现有效衔接。在高程设置方面，来水自流进入调节池，调节池一次提升进入初沉池，出水依次自流进入折流水解池、氧化沟PACT池、二沉池和中间水池(原气浮池改造)，之后二次提升进入混凝反应池，自流进入氯消毒池，出水计量排放。⑤达标可行性分析改造后污水厂稳定达标的关键在于特征有机污染物的去除和冲击负荷的平复。在特征有机污染物的去除方面，从前到后依靠三个手段实现梯度削减。首先是折流水解池，对苯环类特征有机污染物的去除有较为明显的效果;其次是PACT工艺，通过投加粉末活性炭，依靠其在氧化沟中形成的生物载体和不完全吸附再生作用，提高对特征有机污染物的去除;再次是氯氧化单元，其对微量特征有机物污染物有一定的广谱去除效果。而针对冲击负荷的平复，主要依靠前段收集管网和监控平台的有效监管，冲击负荷一旦进入污水处理厂，将通过调节池和初沉池的功能有效提升系统对水质波动的平复效果。此外，在低温等极端环境条件下，可以通过提高粉末活性炭的投加量来提升系统的达标稳定性。
2.3工业园区提标改造工艺流程与工程设计
构筑物设计①调节池调节池设置在全地下，采用曝气搅拌。池体尺寸为45．0m×15．0m×5．0m，有效水力停留时间为13h，采用自吸泵提升，2用1备。池体内壁环氧树脂防腐，前端设置格栅渠用以安置机械格栅。调节池表面封闭，上面覆盖草皮，曝气产生的废气则通过引风机抽至废气处理单元进行处理，高空排放。调节池分三格，最后一格上建初沉池。②初沉池初沉池与调节池合建，底下为调节池，上部为初沉池。初沉池采用外方内圆形式，混凝反应区设置在池中间，采用中心传动刮泥机刮泥，重力自流排泥。反应池尺寸为2．8m×2．8m×2．4m，共五格，反应时间为22min。沉淀池尺寸为15．0m×15．0m×4．5m，表面水力负荷为1．18m3/(m2·h)。出水自流进入折流水解池。③折流水解池折流水解池尺寸为34．0m×20．0m×7．5m，容积负荷为0．5kgCOD/(m3·d)，污泥回流比为50%～100%，有效水力停留时间为22．8h。在工程应用中，折流水解池分为2组，单组5格，前4格布水区平面尺寸为0．8m×10．0m，反应区为5．0m×10．0m，反应区内设置组合填料，最后一格兼具污泥沉淀功能，平面尺寸为9．0m×10．0m，表面水力负荷为1．15m3/(m2·h)。折流水解池最后一格采用条形污泥沟集泥，污泥泵抽吸回流污泥。④氧化沟PACT池利用原有氧化沟，尺寸为60．0m×9．0m×4．9m(四沟)，有效深度为4．45m。有效容积为8936．5m3，总停留时间为42．9h，污泥负荷为0．15kgCOD/(kgMLSS·d)。改造过程中先拆除转刷曝气，采用可提升管膜式曝气装置，共设置可提升曝气头212套。同时增设推流器4台，配套多级离心风机3台(2用1备)，单台风量为60m3/min。而粉末活性炭投加系统安置在加药间，采用湿法加药，先将粉末活性炭加水打散，然后通过隔膜泵均匀投加至氧化沟，投加量为50～100mg/L。此外，由于氧化沟停留时间较长，将进水设置为两点进水，阀门控制，以系统提高氧化沟的使用效率。改造前、后氧化沟照片见图2。图2改造前、后的氧化沟照片Fig．2Oxidationditchbeforeandafterreconstruction⑤二沉池利用原有二沉池，尺寸为D×H=18．0m×3．5m，表面水力负荷为0．82m3/(m2·h)。⑥中间水池利用原有气浮池改建，尺寸为13．0m×6．0m×3．3m，有效停留时间为1．1h。⑦混凝反应沉淀池分为混凝反应池和混凝沉淀池，均为新建，其中反应池尺寸为5．0m×5．0m×4．0m，共四格，有效反应时间为25．2min;混凝沉淀池尺寸为D×H=18．0m×4．5m，表面水力负荷为0．82m3/(m2·h)。⑧氯消毒池利用原有氯消毒池，但改为二氧化氯氧化，尺寸为13．3m×9．0m×3．3m，有效停留时间为1．7h，设计有效氯投加量为100mg/L左右。⑨污泥处理单元新建污泥浓缩池一座，尺寸为D×H=10．0m×5．0m。原有污泥浓缩池改为污泥暂存池，用于接纳初沉池污泥，之后提升排放至污泥浓缩池。核算生化剩余污泥的产生量为0．48t/d(干污泥)，而物化污泥主要来自初沉池和混凝沉淀池，其中初沉池干污泥产量为2．25t/d，混凝沉淀池为0．4t/d。以上合计系统干污泥的产生量为3．13t/d，折合成含水率80%的污泥约15．65t/d。污泥浓缩后的湿污泥(含水率为97%)为104m3/d。因此，污泥浓缩池的固体通量为39．87kg/(m2·d)。原有污泥脱水设施为真空转鼓脱水机，运行问题较多，改设为常规的带式污泥浓缩机，单台处理能力为15m3/h(每天处理8h)。设配套污泥脱水间一座。⑩其他辅助建筑鼓风机房、配电间和加药间合建。原有污泥处理间改为高低压配电间。瑏瑡预留进一步提标改造空间在设计过程中，中间池之后预留了进一步提标改造的空地。为了达到更高的标准，可使用高级氧化等后续深度处理系统，衔接之后的混凝沉淀，可不必再增加提升单元。
3工业园区实际运行效果及注意事项
楚州经济开发区化工集中区污水处理厂于2011年4月完成调试并通过验收，运行两年多来，出水水质稳定达标。实际的废水进水量仍然控制在3000～3500m3/d左右，对照预期处理效果，进水COD平均为400．2mg/L，初沉池、折流水解池、氧化沟PACT池、混凝沉淀池、氯消毒池出水平均COD分别为248．0、156．4、93．9、81．0和76．0mg/L。其中初沉池、折流水解池、氧化沟PACT池、混凝沉淀池、氯消毒池对COD的去除率分别为38．0%、36．9%、40．0%、13．7%和6．2%。运行成功的核心在于初沉池和折流水解池的实际运行效果较好。虽然出水实现稳定达标，在实际运行中，仍然存在以下问题:①来水SS浓度过高，但COD等主要指标可以达到接管标准。由于进水监控未设置SS指标，导致初沉池污泥产生量远高于预期值。究其原因，与前端接管印染废水企业处理效果不佳，把大量的剩余污泥直接排入管网有直接关系。因此，系统设置初沉池非常有必要。②实际进水还未达到设计规模，因此关键单元(如折流水解池)的停留时间较长，其满负荷实际运行效果有待考察。氧化沟为原有改建，停留时间偏长(设计停留时间为42．9h，实际停留时间更长)，在运行过程中污泥浓度不高，在投加粉末活性炭后，MLSS一般在1500～2000mg/L，实际产生的剩余污泥量不多。③粉末活性炭的加药过程难以精确控制，湿法加药难以实现粉末活性炭的完全溶解，如有必要，可改为池上干法投加。④初沉池至折流水解池管道过长，虽然高程足够，但容易引起淤积。加药间至初沉池的加药管道也过长，一旦暂停运行，对于高浓度PAM的加药管道有堵塞危险。
4工程及运行成本核算
楚州经济开发区化工集中区污水处理厂提标改造工程总投资为2911．77万元，其中建筑工程费用为1527．31万元，包括新建池体与改造部分。安装工程费为522．66万元，设备购置费为553．83万元，其他工程费用为308．06万元。实际的直接运行成本核算如下:电气设备总装机容量为617．82kW，运行负荷为405．35kW，电费E1=0．866元/m3;使用的药剂及原料有PAC、PAM、盐酸、氯酸钠、营养盐等，药剂费E2=1．332元/m3;废水处理厂定员20人，则人工费E3=0．24元/m3;污泥产生量约15．65t/d，污泥处置费用约2000元/t(作为危废处置)，则污泥处理费E4=6．26元/工程经济论文m3;改造后污水处理厂直接运行成本约为8．698元/m3(不包括折旧、维修等费用)。
作者:张龙 涂勇 单位:江苏省环境科学研究院