用地紧张条件下工业污水处理工程集约化低碳化设计案例

     

本文将介绍浙江某印染企业二期项目8000 m ³ /d废水处理工程的建设背景及现状，从工艺、构筑物结构、设备选型等方面总结了工程设计的集约化与低碳化特征，设计上的主要特色为构建筑物集成布局和部分双层结构：曝气调节池、初沉池、厌氧配水池和中间沉淀池集成布局为综合池一，并设计为双层钢砼结构；缺氧池、好氧池、二沉池、终沉池、膜车间进水提升池、污泥浓缩池及加氯加药间、鼓风机房等集成设计为综合池二。同时基于厌氧脱色设计目标的厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）设计高度居国内首位，有效利用了空间，减少了土建成本，并实现超长水力停留时间，为用地紧张条件下的工业污水处理工程扩容或新建提供工艺设计及布局上的参考与借鉴。工程试运行期间进水量为目标水量的50%，各单元处理效果均达到预期目标，各指标均低于相应标准限值，EGSB的脱色率为87.5%，系统COD总去除率达到97.6%。

工业污水排放是导致水环境污染的主要影响因素，其达标情况对水环境质量的改善和保持至关重要。工业废水水质复杂，出水水质要求日益严格，有些需要达到工艺回用标准，因此处理单元多、流程长，相应的占地面积较大；但企业用地受限，污水处理工程可用土地面积小与目标处理水量大存在冲突是普遍现象。

同时，污水处理的绿色化、低碳化发展是必然的趋势，这对污水处理的工程设计是一项挑战，因此集约化、低碳化设计是可行的解决思路。鉴于建设条件的特殊性，需要设计者在考虑相关设计规范要求的同时，又要依据工程实践经验保证质量并在安全的条件下进行灵活变通。

因此，这类工程的成功案例对类似工程设计具有非常重要的参考价值和指导意义。

笔者系统梳理了浙江某印染企业二期项目污水的工程设计经验，分析了整个工程设计的集约化、低碳化特征，为业界提供了一个可供参考的典型范例。

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工程概况      

浙江某印染企业位于浙江金华兰溪市兰创时尚纺织科技印染产业园内，该公司于2020年启动厂房扩建（二期）并招租印染企业入驻，为配套扩建项目的印染废水处理，于2021年2月启动二期印染废水治理及中水回用工程（二期污水项目）建设，土建与设备安装施工以及闭水试验于2022年8月初结束。

二期污水项目占地位于一期污水处理工程（规模2 000 m ³ /d，占地7 664 m ² ）东侧，预留土地面积仅为4 890 m ² ，业主要求二期工程处理规模达到8 000 m ³ /d，并实现45%工艺回用。

从建设条件看，可用土地面积小与待处理废水量大、出水标准高的处理要求存在较大的不匹配性，对工艺设计及施工提出相当大的挑战。一期和二期工程平面相对位置见   图1

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图1  一期和二期工程占地平面位置

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污水处理工艺流程

本工程的工艺流程见 图2

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图2  污水处理工艺流程

整个工艺流程可划分为预处理、一级处理、二级处理、三级处理及污泥处理5个单元， 其中二级处理单元由厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）+缺氧池（A）+好氧池（O）构成。整套流程包含构、建筑物14个，少部分与一期共用和在一期位置上改造，余者均在二期预留用地上新建，工程设计体现集约化和低碳化特点，并考虑出水可以稳定达标，因此设置了以混凝沉淀工艺运行的终端沉淀池作为保障设施，具体情况见后续分析说明。

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工程设计的集约化低碳化特征

3.1  二期工程与一期工程统筹设计

二期工程设计以利旧、以新带老和设施共享为主要原则。 利旧主要包括共用机械格栅渠、酸碱中和池、应急事故水池、污泥调理池；

以新带老主要是改造一期污泥处理车间并实现一、二期共用，淘汰一期污泥脱水设备，提高污泥处理效率和效果；设

施共享包括：新建虹吸设施将一期调节池与二期调节池连通，实现污水调蓄目标；

新建出水巴氏计量槽与一期共用，在一期好氧池顶部新建生物除臭设施并于一期共享，淘汰一期出水巴氏计量槽和碱液喷淋除臭设施。

3.2  处理构建筑物集成布局与双层结构设计

主要处理单元集成于两个矩形水池即综合池一和综合池二。

综合池一为双层钢砼结构，集成了曝气调节池、初沉池、厌氧配水池和中间沉淀池。

综合池一下层为曝气调节池，底部标高为-6.7 m，池顶标高为+0.3 m；

其余水池布局在上层，池顶标高为+12 m，实物模型化图见 图3

，平面布局示意见

图4 。

图3  综合池一、综合池二和EGSB实物模型化图（比例尺1∶7 500）

图4  综合池一平面布局示意

综合池二集成了缺氧池+好氧池（A/O系统）、二沉池、终沉池、膜车间进水提升池、污泥浓缩池、加氯加药间、鼓风机房、硝化液回流泵、在线监测室，平面布局示意见 图5

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图5  综合池二平面布局示意

A/O系统为单层构筑物，其中好氧池设计为泥膜组合工艺，前半段为普通活性污泥法，后半段为生物接触氧化法（生物膜法），填料选用半软性组合填料，分两层安装，单层高度为4 m。

由于好氧池深度较深（12 m），池中安装水下推流器，保障水流顺畅通行。综合池A/O系统以外的为双层钢砼结构，其中二沉池下部集成布局了污泥浓缩池、加药间、鼓风机房、硝化液回流泵房；终沉池下层集中布局有办公室、值班室、在线监测室。综合池二底部标高为-2.00 m，顶部标高为+10.00 m，其中下层构建筑物顶部标高为+4.00 m。

综合池一和综合池二的设计特点包括3个：1）双层结构有效利用了空间；2）好氧反应池的泥膜组合工艺实现了高效处理污水；3）矩形水池集成布局可以共用池壁，节约了土建材料和建造工期。这种设计方法有效解决了土地面积与处理水量的突出矛盾，并实现了出水稳定达标。

综合池一和综合池二各构筑物主要设计参数见 表1

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表1  综合池一和综合池二各构筑物的主要设计参数

3.3  厌氧EGSB钢结构罐体高度国内首位

本工程采用第三代厌氧反应器——EGSB ，4座（ 图3

），直径13.5 m，高度30 m，设计高度为国内首位，且由于土地面积有限，施工难度极大。

EGSB设计以高脱色率为主要原则，水力停留时间为51.4 h，COD容积负荷较低，为2.0 kg/（m ³ ·d），远小于《厌氧颗粒污泥膨胀床反应器废水处理工程技术规范》（HJ 2023—2012）中给定的范围〔10~30 kg/（m ³ ·d）〕；

设计反应器进水色度为640倍，类比相近停留时间的工程案例，反应器脱色率可达80%~90%，COD去除率达到60%，大大减轻后续处理单元的负荷 。厌氧基本不消耗动力，属于高效节能设备，低碳特征明显。

3.4  双膜深度处理系统采用换向进水模式

设计采用超滤（UF）+反渗透（RO）双膜系统进行深度处理，以达到回用水标准。

膜系统的运行实践表明RO膜组件由于进水中的杂质会在膜表面积累，导致膜污染以及膜元件产水不均衡，需要频繁化学清洗RO膜，这将产生清洗废水和缩短膜寿命。

本工程的RO膜采用进水于膜两侧的定期自动切换模式，可使膜面上的残留物不易积累，延长清洗周期和膜寿命，减少化学清洗药剂耗量、清洗废水量和废膜组件产生量，实现低碳化设计与应用。

3.5  生物除臭滤池高效节能

收集曝气调节池、初沉池、中间沉淀池、厌氧配水池、缺氧池、污泥浓缩池的臭气量约为21 590 m ³ /h，采用除臭生物滤池工艺，并实现以新带老目标。

一期工程配套了双碱吸收喷淋系统处理臭气，但该处理场地势较低，喷淋后排放高度为18 m，虽达到处理要求，但排放口与周围村庄地势高度相差不大，废气排放对周围村庄造成不利的环境影响。

二期工程设计时考虑将一期废气引入新建的4座除臭生物滤池一并处理，排气筒设置在30 m高的EGSB顶部，很好地解决了臭气对周围大气环境的二次污染问题。

由于生物滤池具有优势菌群可根据废气成分的波动进行自我调整的优点，无需人工干预，因此运行能耗低、自动化程度高。除臭设施建于一期好氧池顶部，有效利用了空间。

3.6  预留预埋位置和空间精准化设计

水质复杂的工业污水处理流程一般较长，涉及单元之间的污水、污泥管线、仪表、电气管线等连接之处的数量较多，如果预埋预留位置和空间偏位有遗漏，管线排布不优化，后期的施工活动对水池的防裂非常不利，如管线排布过密可能导致混凝土开裂。

本工程设计阶段非常重视这一问题，图纸经多次内部及外聘专家会审，防止出现预留不准、预埋不全等问题，保证了工程施工的顺畅、安全和质量。

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工程运行效果与成本分析

4.1  工程运行效果分析

工程试运行45 d，进水量为4 000 m ³ /d，每2 d取水样进行检测，试运行期间各单元处理效果分析见 表2

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表2  工程运行效果分析

注：  由于膜系统暂未运行，效果分析不包括膜系统；终沉池未投加絮凝剂；除色度（倍）外，其他项目单位均为mg/L。

试运行期间生产规模未达到满负荷，废水量仅为设计规模的50%。从终沉池出水水质参数对标看，各指标均低于相应标准值，出水达标；EGSB的脱色率为87.5%，系统总脱色率达到98.1%。

从运行时间分析，由于时间较短，EGSB的污泥多以絮状存在，对有机物和色度的去除尚未达到峰值水平，今后EGSB稳定运行并形成良好的颗粒污泥床后，污水的处理效果还有一定的改善潜力。

此外由于试运行进水规模未达到满负荷，以目前的运行效果预测满负荷运行的效果可能存在一定的不确定性。

4.2  工程建设成本与运行成本分析

工程总投资=土建费用+工艺设备费用+工程设计费+其他费用=3 246.25+3 990.55+378.72+374.30=7 989.82万元。

由于膜车间尚未运行，其运行费用不计入成本核算。运行成本=电费+工资+药剂费+维修费+设备折旧费+管理及其他费用=1.02+0.07+1.01+0.55+1.45+0.33=4.43元/t。终沉池试运行未投加絮凝剂，因此该成本比全部设施正常运行的费用会低些。

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结语

浙江某印染企业二期项目8 000 m ³ /d废水处理工程具有工艺优化、构建筑物集成布局与双层结构设计、EGSB高度为国内首位、预留预埋设计精准、设备选型高效节能，工程整体上集约化低碳化特征明显，很好地解决了用地紧张与处理水量大、出水标准高之间的矛盾，高质量的设计为高质量的施工与设备安装提供了保障，工程已顺利通过竣工验收，施工与设备安装质量得到验收专家的一致肯定。

工程试运行的效果表明，终沉池出水水质较好，各指标均低于标准。该工程可以成为行业内可供参考的典型范例。