化工园区污水处理工程设计简介
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摘要：某化工园区污水处理工程设计处理规模3万m3/d，所收集处理的污水主要为化工园区工业废水及周边城镇生活污水。污水处理厂采用“预处理+水解酸化+改良型卡鲁塞尔氧化沟+高密度沉淀池+连续流动床过滤+臭氧接触氧化”处理工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准。文章中主要介绍了污水处理厂设计进、出水水质、污水处理厂工艺选择以及工程主要设计参数，为类似化工园区污水处理工程设计提供参考。
关键词：化工废水；水解酸化；改良型卡鲁塞尔氧化沟；臭氧接触氧化
中图分类号：X703 文献标识码：A
某化工园区位于河南省东北部，濮阳市东侧，本污水处理工程服务区域主要为两个化工园区和临近的一个城镇三个区域，其中两个化工园区相邻，位于濮阳市和范县之间的过渡地带，临近城镇位于化工园区的南侧。由于靠近中原油田，两个化工园区的工业类型均以精细化工、玻璃制品、电光源、石油化工为主，临近城镇主要为居住区。本工程拟收集两个工业园区工业废水和临近城镇生活污水混合后处理，不但可以充分服务周围居民和企业，而且可以改善工业废水可生化性，减少污水处理工程的运行费用。
1 设计进、出水水质
1.1设计进水水质
根据污水量预测，确定工业废水量约占总污水量的90%（其中精细化工、石油化工类工业废水约占46%，造纸工业废水约占26%，其它各类型工业废水约占18%），生活污水量约占10%。根据园区规划环评资料以及工业企业项目环评批复，确定造纸工业废水执行《制浆造纸废水污染物排放标准》（GB3544-2001），石油化工、精细化工及其它类型企业废水执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的三级标准，生活污水水质根据《室外排水设计规范》确定，根据各类型企业废水量和生活污水量所占总污水量比例以及污废水的执行标准情况，进行加权平均，并结合石油化工、精细化工废水可生化性低的实际情况，最终确定本工程设计进水水质，如下表所示：
1.2设计出水水质
本污水处理厂出水排入厂区北部的河道，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准，设计出水水质如下
2 污水处理工艺流程
2.1二级生化处理工艺
本工程进水中主要以工业污水为主。原水可生化性一般，因此需设计水解酸化工艺提高污水的可生化性。本工程二级生化处理单元采用“水解酸化+改良型卡鲁塞尔氧化沟”工艺。
水解酸化池可将原污水中大分子以及难生物降解物质被水解为小分子的有机物，如有机酸、醇等，缩短了后续好氧生物处理的水力停留时间，提高了处理效率，降低了溶解氧的需求量。相对其它厌氧反应，水解酸化适应条件更为宽松，水解酸化相比混合厌氧消化系统产气量可以忽略不计。由于微生物种群的差异，水解酸化―好氧处理工艺中的水解酸化段的最终产物为溶解性有机物，各种形态的有机酸和醇，以及二氧化碳，个别情况下，有极少量的甲烷。
改良型卡鲁塞尔氧化沟，是在普通卡鲁塞尔氧化沟前增加预反硝化区，由于其特殊的预反硝化区的设计，在缺氧条件下进水与一定量的混合液混合；剩余部分包括好氧和缺氧区，用于进行同时硝化反硝化，也用于磷的富集吸收。沟内的表曝机，实现沟内水体的推流、混合和充氧。系统的供氧量可以通过控制沟内表曝机运行台数的多少进行调节，另外从节能的角度考虑，每座沟中还装有一定数量的推进器用于保证混合液具有一定的流速，以防止污泥在进水有机物含量低的情况下发生沉淀。
在改良型卡鲁塞尔氧化沟池中，混合液流经曝气好氧环境后，氨态氮发生硝化反应，转化为硝酸盐氮。随着水流在沟道中的流动，混合液逐渐进入缺氧状态。部分处于缺氧状态并富含硝酸盐的混合液通过沟道一侧的狭窄通道进入缺氧池（前反硝化区）。在缺氧池中，缺氧状态的混合液与污水原水混合，原水中富含的BOD作为碳源，驱动反硝化反应过程。在此过程中，硝酸盐氧化部分BOD，同时自身被还原，生成氮气散逸于空气中。
氧化沟好氧与缺氧段的控制是由自动控制系统控制，由溶解氧测定仪控制表面曝气机的运行、停止及调速来实现的。
改良型卡鲁塞尔氧化沟除具有一般氧化沟的优点：流程简单、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定和易于维护管理。其独特之处还在于：
① 出水水质好，除磷脱氮效果好，运行稳定，耐冲击负荷；
② 工艺简单，管理方便；
③ 污泥稳定，剩余量少；
④ 自动化要求程度相对较低。
2.2三级深度处理工艺
本工程三级深度处理单元拟采用“高效沉淀池+连续流动床过滤+臭氧接触氧化”工艺。
高密度沉淀池工艺是在传统的平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化。主要基于四个机理：独特的一体化反应区设计、反应区到沉淀区较低的流速变化、沉淀区到反应区的污泥循环和采用斜管沉淀布置。反应池分为两个部分：快速混凝搅拌反应池和慢速混凝推流式反应池。快速混凝搅拌反应池是将原水引入到反应池底板的中央，在圆筒中间安装一个叶轮，该叶轮的作用是使反应池内水流均匀混合，并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能。矾花慢速地从预沉池进入到澄清池，这样可避免矾花破碎，并产生涡旋，使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层：上层为再循环污泥的浓缩，下层是产生大量浓缩污泥的地方。逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽进行水力分布，斜管将提高水流均匀分配。清水由一个集水槽系统收回。絮凝物堆积在澄清池下部，形成的污泥也在这部分区域浓缩。
连续流动床过滤集絮凝、沉淀、过滤为一体，兼有絮凝和过滤的作用，连续流动床过滤基于逆流原理，原水自进水管进入，通过位于设备底部的布水器均匀布水进入过滤，逆流过滤，经过滤后的清水由过滤顶部溢流出水。截流污染物的脏砂从设备的锥形底部被空气提升泵运送到顶部的洗砂器，经紊流作用和机械作用使污染物从活性砂中分离出来，杂质通过清洗水口排出，净砂返回砂床。
连续流动床过滤工艺具有如下优缺点：
①由于循环使污泥和水之间的接触时间较长，从而使药耗量低于其他沉淀装置，与常规三段式工艺相比，可节省30%~40%的化学药剂；
②无需反冲洗水泵、风机及阀门等，系统简化，装机功率小，易管理维护、系统简化；
③模块化结构，结构紧凑，节约用地、易于改扩建。
④独特的结构形式，保证底部污染严重的滤料率先得以清洗，比传统的砂滤更有效率，减少自用水量；
⑤运行及维护费用低。
考虑到本次工程污水经二级三级处理后，仍存在难降解污染物的情况。同时参考国内同类型园区污水处理的情况，本次工程设计采用臭氧接触氧化法加强深度处理。
臭氧很不稳定，在常温下即可分解为氧气。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是2.07、1.36、1.28V，可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上，生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的两性离子，后者是不稳定的，可分解成酸和醛。
臭氧与有机物以三种不同的方式反应：一是普通化学反应；二是生成过氧化物；三是发生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物质二甲苯与臭氧反应后，生成无毒的水及二氧化碳。所谓臭氧分解是指臭氧在与极性有机化合物的反应，是在有机化合物原来的双键的位置上发生反应，把其分子分裂为二。由于臭氧的氧化力极强，不但可以杀菌，而且还可以除去水中的色味等有机物，这是它的优点，然而它的自发性分解性、性能不稳，只能随用随生产，不适于储存和输送，这是它的缺点。当然，如果从净化水和净化空气的角度来看，由于其分解快而没有残留物质存在，又可以说成是臭氧的一大优点。
由于臭氧的强氧化性，在污水处理工程常用来去除污水中难生物降解部分COD，或提升污水可生物降解性能，即提高污水的B/C值。臭氧与水中的有机物反应是极其复杂的，通常是通过两条途径来进行，即臭氧的直接氧化反应和臭氧分解产生羟基自由基的间接反应。臭氧氧化可将水中部分有机物直接彻底氧化为CO2和H2O，表现为直接去除COD的作用；臭氧氧化亦能够改变有机物的结构特性，虽然有机物总量不会有所改变，但是大分子有机物降解为可生物降解的有机物，为臭氧氧化与其他生物处理工艺的组合创造了条件。
2.3消毒及污泥处理工艺
本工程消毒拟采用二氧化氯消毒，二氧化氯消毒不但杀菌效果好，无气味，现场制取，有定型产品，用量少，作用快，在水中的活性至少可维持48小时，而其有效期比氯长且不会产生有毒有害物质。
另外，由于臭氧也具有较强的杀菌效果，因此如果本工程三级深度处理单元臭氧接触氧化开启时，二氧化氯消毒段可不开启。
本工程污泥处理单元，采用带式浓缩脱水一体机对剩余污泥进行浓缩脱水，将含水率降至80%的剩余污泥运送至濮阳市污泥处置厂处理。
本工程污水处理工艺流程如下：
粗格栅、提升泵房细格栅、旋流沉砂池
调节池水解酸化池选择池厌氧池改良型卡鲁塞尔氧化沟二沉池高密度沉淀池连续流动床过滤
臭氧接触氧化二氧化氯消毒出水
3 主体处理工艺设计
3.1 水解酸化池
水解酸化池采用钢筋混凝土结构。一座四格。具体设计参数如下：
设计流量：1250m3/h
设计水力停留时间：6h
设计有效容积：7500 m3
配套高效脉冲布水器4台，单台水量8000 m3/d
3.2 改良型卡鲁塞尔氧化沟
改良型卡鲁塞尔氧化沟采用钢筋混凝土结构。共设置2座。具体设计参数如下：
设计流量：1250m3/h
设计水力停留时间：23h
设计单池有效容积：14375m3
设计渠道宽度：8m
设计混合液污泥浓度：3.5~4g/L
有机污泥负荷：0.047~0.054kgCOD/（kg
MLSS・d）
最大需氧量（SOR）：760kgO2/h
设计污泥产率：1.2kgSS/kgBOD5
设计污泥回流比：100%
设计污泥龄：17.4d
配套设备：
①恒速型强化提升型立式倒伞表面曝气机2台，叶轮直径3.25米，充氧能力：≥2.1kgO2/kwh；
②调速型强化提升型立式倒伞表面曝气机2台，叶轮直径3.25米，充氧能力：≥2.1kgO2/kwh；
③潜水推流器12台，叶轮直径1.4米。
3.3二沉池
二沉池采用周边进水、周边出水的辐流式二沉池，排泥采用虹吸排泥。共设置2座。具体设计参数如下：
设计流量：1250m3/h
设计表面负荷：1.02m3/m2・h
设计单池内径：28m
设计有效水深：4.5m
配套设备：
中心传动单管吸泥机
3.4高密度沉淀池
共设置1座，2组。每组均可单独运行。每池均有独立的反应单元，由混合区、推流反应区、沉淀区和浓缩区组成。具体设计参数如下：
设计流量：1250m3/h
混合区混合时间：55.8s
絮凝反应区反应时间：8.8min
沉淀区和浓缩区表面负荷：8.3m/h
配套设备：
①快速搅拌器：1套，功率4kW；
②絮凝反应器：2套，功率3kW；
③絮凝反应筒：2套；
④浓缩刮泥机：2台，直径8.2米；
⑤污泥回流泵及剩余污泥泵：
6台，Q=16m3/h，H=20m，P=4kw
3.5连续流动床过滤池
连续流动床滤池采用连续冲洗连续过滤的连续砂过滤单元，共设置4组，每组共6个单元，且单元互通，过滤速度8.56m/h。组数可根据现场实际情况进行调整。共2座连续流动床过滤，高度H=2m。具体设计参数如下：
设计流量：1250m3/h
数量： 24个
过滤器面积：6.0m2/套
砂床高度：2000mm
3.6臭氧接触池
连续流动床过滤池的出水在接触池内进行高级氧化后，达标排放。若前期水质较好的情况下，污水经过连续流动床过滤池后，出水可满足达标排放的要求时，无需投加臭氧，仅在臭氧接触池加氯消毒处理。因此考虑臭氧接触池与接触池合建。具体设计参数如下：
数量一座
接触时间≥30min
有效水深h=5.6m
有效容积V=768m3
配套设备：
①臭氧发生器：2台，空气源，单台产气能力15kg/h，额定浓度30g/Nm3，功率P=240kW/台；
②空气压缩机：2台，13.8 Nm3/min，排气压力0.7Mpa；
③冷冻干燥机：2台，处理能力Q=17m3/min；
④冷却水循环泵：1台，流量120m3/h，扬程20m。
4 结论
本污水处理工程进水主要为精细化工和石油化工废水，可生化性较差，较难处理，针对进水水质特点，本工程采用“水解酸化+改良型卡鲁塞尔氧化沟”的二级生化处理工艺和“高密度沉淀池+连续流动床过滤+臭氧接触氧化法”的三级深度处理工艺，对于确保出水水质达到一级A标准，起到了关键作用。这对于类似化工园区和精细化工园区大规模工业废水的处理具有一定的指导意义。