綜合化工園區(qū)污水處理廠普遍存在水質水量波動大、可溶性難降解COD含量高、廢水可生化性差、外加碳源量大等問題。山東某化工園區(qū)污水處理廠針對COD指標問題，在一期工程、一期提標改造及二期擴建工程的深度處理部分分別應用“臭氧接觸池+活性炭濾池”“高級催化氧化+活性炭濾池”“活性焦吸附（配套活性焦再生系統(tǒng)）”工藝；針對總氮達標外加碳源量大問題，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。對該廠不同時期、不同工藝應用情況進行比較分析，可作為國內類似化工園區(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，一期1.0×104m3/d，主要處理園區(qū)內精細化工、新材料、醫(yī)藥及石油化工深加工等企業(yè)排放廢水。原設計工藝為水解酸化+AAO+MBR+臭氧接觸池+活性炭濾池，出水水質滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準。2020年采用水解酸化+AAO+MBR+臭氧高級催化氧化+活性炭濾池工藝進行提標改造，出水執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838—2002）的Ⅳ類水體限值要求，其中SS≤6mg/L、TN≤15mg/L。提標采用的高級催化氧化工藝對COD的去除效果較提標前臭氧接觸池提高近一倍，高于以往案例應用效果。
1.2 進、出水水質
該污水處理廠進水中生活污水占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物（烴、鹵代烴、醇、醚、醛、酮、酸、酯、苯酚、雜環(huán)類化合物等），水質復雜，難生物降解物質多，可生化性一般，而且波動極大，進水水質超設計標準現(xiàn)象時有發(fā)生。實施“一企一管”措施后（2021年10月—2022年10月）的進水水質如表1所示。
數(shù)據(jù)顯示，整體進水水質平均值低于原設計進水水質，但水質波動劇烈，這主要是園區(qū)各企業(yè)廠內廢水站處理水平參差不齊所致。數(shù)據(jù)還顯示，氨氮、TN、TP三項指標依然存在超標現(xiàn)象。實際進水碳源不足，為保證出水TN穩(wěn)定達標，需在部分時段額外投加碳源。
一期工程進、出水水質見表1。現(xiàn)狀污水廠運行良好，90%保證率下出水水質均可穩(wěn)定達標。
1.3 主要構筑物及設計參數(shù)
①事故調節(jié)池。
1池4格，正常運行時兩格均作調節(jié)池運行，均質均量；當遇到檢修維護及進水水質波動較大時，利用1/2池體作事故池來貯存事故水，之后用小泵提升注入后續(xù)處理構筑物。池體尺寸（L×B×H）為29.5m×19.2m×7.0m，有效水深6.3m，HRT約8.5h。一格內設置潛水排污泵3臺（2用1備，1臺變頻，Q=209m3/h，H=80kPa，N=7.5kW）；一格內設置潛水排污泵2臺（平時運行互為備用，事故時1用1備，1臺變頻，Q=105m3/h，H=80kPa，N=5.5kW）。
②曝氣沉砂池。
設計流量658m3/h。池體1座分2格，配套1臺桁車式吸砂機（配提砂泵2臺）、1臺處理量為20~27L/s的螺旋式不銹鋼砂水分離器、2臺曝氣羅茨鼓風機2臺（1用1備，Q=4.5m3/min，P=29.4kPa，N=5.5kW）。同時設有浮渣槽去除浮渣和油類。
③水解酸化池。
設計流量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，總水力停留時間為6.7h，筒體內空尺寸為直徑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14套排泥管。
④A2O生化池。
設計流量417m3/h，污泥負荷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膜池及設備間。
設計流量417m3/h，膜池尺寸22.4m×14.1m×4.5m，水力停留時間2.4h。膜池為1座4格，膜組器共12套，每格3套同時預留1個空位。膜組器采用PVDF中空纖維膜，過濾孔徑0.1µm，設計瞬時通量13.8L/（m2·h）。
⑥鼓風機房。
主要為A2/O反應池、MBR膜池提供氣源。A2O反應池曝氣風機：羅茨鼓風機3臺（2用1備，Q=28.37m3/min，P=63.7kPa，N=55kW）。MBR膜池吹掃風機：羅茨鼓風機3臺（2用1備，Q=41m3/min，P=44.1kPa，N=45kW）。
⑦臭氧催化氧化池。
COD設計去除量（ΔCOD）為25mg/L，按照O3：ΔCOD=1：1計算，臭氧設計投加量為25mg/L。池體1座，分獨立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，以達到充分反應。設計流量417m3/h，填料層、緩沖區(qū)、清水區(qū)的停留時間分別為15、15、30min，總停留時間60min。配套設備有電加熱式臭氧尾氣破壞器（2臺，N=3.7kW，1用1備，材質316L）；高效臭氧容器裝置（N=15kW，4臺，SS316L材質）；催化劑填料108m3，動力泵（離心泵，Q=120m3/h，H=220kPa，N=11kW，4臺）；反沖洗風機（羅茨風機，Q=24.3m3/min，H=85kPa，N=75kW，2臺，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 運行難點分析
①該項目難點是可溶性難降解COD較高，一期提標前深度去除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；一期提標后，采用臭氧高級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，臭氧高級催化氧化池的臭氧投加量為20mg/L，COD去除量約20mg/L，與設計值O3：ΔCOD=1：1符合，加上活性炭濾池COD吸附量為5mg/L左右，基本可保證出水達標。但由于該污水處理廠進水含鹽量較高、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，運行費用升高。
②為保證TN去除效果，需要額外投加大量碳源。采用優(yōu)質復合碳源，費用約0.33元/m3。
③水解酸化池設計上升流速0.94m/h，屬于低水力負荷排泥，排泥量偏大，污泥層不易控制，系統(tǒng)內污泥量少，水解酸化效果較差，B/C比并未明顯提高，出水與進水B/C均為0.22左右。
2、二期擴建工程工藝設計
2.1 設計水質、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，參考一期進水水質，工業(yè)廢水可溶性難降解物質較多，可生化性差，處理難度大。同時考慮園區(qū)發(fā)展，后期將入駐更多精細化工企業(yè)，廢水中難降解有機物占比增加，且園區(qū)內企業(yè)排水在進入管網(wǎng)時標準參差不齊，高標準企業(yè)為降低廠內運營成本，后期會調整排放水質接近設計標準，所以二期擴建工程的設計進水水質與一期相同，排放標準及去除率見表2。其中出水TN為10mg/L，高于一期設計值。
2.2 工藝流程
結合一期COD、氨氮波動大及工藝應用情況，二期在工業(yè)廢水預處理、生化處理以及深度處理方面進行了優(yōu)化選擇，工藝流程分別見圖1、2。
工業(yè)廢水預處理部分采用臭氧預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，解決了活性焦結垢問題，保障了各項出水水質尤其是COD達標。
該擴建工程污水處理采用多級臭氧預氧化池+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池+高壓板框脫水機，除臭采用生物濾池工藝。
生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后進入粗格柵去除纖維狀物質和大顆粒懸浮物，再經(jīng)過細格柵進一步去除懸浮物后，進入曝氣沉砂池去除較重泥砂，然后自流進入改良Bardenpho生化池。工業(yè)廢水經(jīng)“一企一管”進入事故調節(jié)池，調節(jié)池出水由泵提升至混凝沉淀池，經(jīng)過加藥混合絮凝后進入沉淀池進行泥水分離，然后自流進入臭氧預氧化池，廢水可生化性提高后，自流進入改良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工藝實現(xiàn)了泥水分離，使得活性污泥齡變長，有利于世代周期長的硝化細菌和反硝化細菌生長，從而增強脫氮效果，同時微濾膜的出色截留作用，可使出水SS保持極低水平。MBR出水進入活性焦吸附池，進一步去除可溶性難降解COD。出水進入消毒池，消毒池同時兼作排水泵房，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)污泥均質池充分混合后進入污泥濃縮池進一步濃縮，上清液回流至前端進水，污泥添加石灰后進入板框壓濾機脫水至含水率60%后外運處置。
2.3 主要構筑物及設計參數(shù)
①事故調節(jié)池。
1座4格，半地下矩形鋼混結構，有效容積5292m3，停留時間8.46h，穿孔管曝氣攪拌，4格交替攪拌。配套污水提升泵3臺，變頻，2用1備，單泵Q=313m3/h、N=18.5kW。
②混凝反應池。
矩形鋼混結構，包括機械混合池、絮凝池和平流沉淀池。機械混合池1座2組，單格停留時間為117s，配套單層混合攪拌機2臺，L=1200mm，N=0.75kW。經(jīng)混合的廢水流入絮凝反應池。絮凝反應池分2組6格，設有框式反應器，HRT為13.7min。絮凝反應池配置L=1800mm絮凝攪拌機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，跨度10.4m，電機功率2×0.55kW，真空泵功率0.75kW；排泥泵4臺，2用2備，單泵Q=100m3/h、N=5.5kW。
④臭氧預氧化池。
1座2格，單座尺寸（L×B×H）為26.6m×14.6m×7.5m，有效水深6.15m；兩池體中間為設備間，尺寸（L×B×H）為25.1m×4.0m×7.5m。三段接觸臭氧最大設計投加量為24mg/L。每級曝氣的臭氧比例按照2∶1∶1設計，采用GW600型射流曝氣器4套；臥式離心泵5臺，4用1冷備，單泵Q=120m3/h、N=15kW；呼吸閥4套，DN80，材質為SS316L，設計壓差0.1MPa。其他配套設備：臭氧系統(tǒng)管路、呼吸閥、尾氣分解器及臭氧擴散裝置，其中尾氣破壞器Q≥80m3/h，N=5kW，1用1備。
⑤生物反應池。
集厭氧、缺氧、好氧于一體，依次分為預缺氧池、厭氧池、一級缺氧池、一級好氧池、二級缺氧池、二級好氧池6部分。其中，MBR膜池污泥回流至好氧池；好氧池內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2座，單座尺寸為54.2m×27.1m×6.2m，MLSS為4000~6000mg/L，污泥負荷0.065kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥齡21d，水力停留時間23.4h。預缺氧池有效水深5.6m，停留時間1.13h。厭氧池有效水深5.55m，停留時間1.97h。一級缺氧池有效水深5.50m，停留時間6.68h。一級好氧池有效水深5.45m，停留時間9.13h。二級缺氧池有效水深5.40m，停留時間2.88h。二級好氧池有效水深5.35m，停留時間1.6h。單池配套微氣泡高氧轉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%。預缺氧池設置中速潛水攪拌機3臺，2用1冷備，N=3kW；厭氧池設置高速潛水攪拌機5臺，4用1冷備，N=2.5kW；一級缺氧區(qū)設置5臺低速潛水推進器，4用1冷備，N=5.0W；二級缺氧區(qū)設置中速潛水攪拌機5臺，4用1冷備，N=3.0kW。設置混合液回流泵3臺，2用1冷備，單泵Q=260L/s、N=5.0kW。精細格柵2臺，柵條間隙1mm。
⑥MBR膜池。
1座6格，膜池尺寸32.4m×14.1m×4.5m，停留時間2.4h（平均時）。膜設備間尺寸37.3m×11.9m，層高6.6m。設置18臺膜組器，采用PVDF中空纖維膜，過濾孔徑0.1µm，設計瞬時通量15L/（m2·h）。配套8臺產(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，2用1備，1臺變頻，單泵Q=100m3/h、N=5.5kW），液環(huán)真空泵（2臺，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，1用1備），次氯酸鈉PE儲罐（1座，10m3），反洗檸檬酸加藥泵（Q=1500L/h，2臺，1用1備），檸檬酸PE儲罐（1座，5m3），膜池混合液回流泵（不堵塞干式泵，3臺，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，1用1冷備，單泵Q=38m3/h、N=5.5kW），儀表用空壓機系統(tǒng)1套。
⑦活性焦吸附池。
工藝流程見圖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、新焦補充、活性焦廢氣處理等幾部分組成，在國內已有不少應用案例。該工程活性焦再生采用外協(xié)處理再生后回用，故不單獨配套再生系統(tǒng)。設計參數(shù)：COD從60mg/L降至25mg/L；活性焦再生周期288d，每個再生周期活性焦損耗10%（含機械及再生熱損耗）。
采用30座活性焦吸附罐，分3組并聯(lián)運行，每組含活性焦吸附罐10座并聯(lián)運行，飽和焦再生時，1組停止進水，其余組進水運行，停運罐進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材質布水器，其過水能力為50m3/h。活性焦活粒徑為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，亞甲基藍吸附值120~195mg/g，主要吸附污水中直徑為1~20nm的難降解長鏈有機物。活性焦再生采用內熱式回轉再生爐。
3、二期實際運行效果及技術經(jīng)濟分析
3.1 運行效果
該系統(tǒng)于2022年6月投入運行，各處理單元的水質如表3所示。該工藝對COD、TN、氨氮、TP、SS的去除率分別達到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%。
二期改用臭氧氧化進行預處理后，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)質復合碳源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0.21元/m3。
活性焦吸附池出水總氮和氨氮均稍微降低。活性焦在運行初期對氮的吸附量不太大且易發(fā)生脫附，因此不具有長期吸附效果，但經(jīng)過數(shù)月運行，活性焦對氨氮和總氮的去除保持在一定水平，具有一定的耐沖擊負荷能力，推測存在生物轉化作用。
3.2 經(jīng)濟指標
該擴建工程總投資為1.1803億元，其中建筑安裝費為9453萬元，直接運行成本（電費、藥劑費）為1.43元/m3。
具體測算見表4。
4、結論
①山東某化工園區(qū)污水處理廠擴建工程采用改良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，抗沖擊負荷能力強，處理效果好，對COD、TN、NH4+-N、TP、SS的去除率分別達到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%，出水水質穩(wěn)定在《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838—2002）的Ⅳ類標準以下，其中SS≤6mg/L、TN≤10（12）mg/L。直接處理成本（電費、藥劑費）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；二級處理采用改良Bardenpho，對比一期，在更高的TN排放標準下，碳源投加量降低約50%，節(jié)省藥劑費0.21元/m3。總藥劑費（不含污泥脫水）由一期的0.66元/m3降到0.32元/m3，直接運營成本（不含污泥處置、折舊、維修、膜更換等）節(jié)省0.34元/m3。
③擴建工程運行時間尚短，實際進水量為0.75×104m3/d，實際進水水質比設計水質低，隨著園區(qū)發(fā)展，預測進水水質水量會趨向設計值，運行費用應高于目前數(shù)值。（來源：青島水務碧水源科技發(fā)展有限公司）
