1、工程背景
1.1 項目基本情況
某循壞經濟產業園一期工程建設1座規模為4000t/d的生活垃圾焚燒廠、1座規模為2040t/d的生物質綜合處理廠、1座規模為250t/d的市政污泥處置廠、1座規模為3250m3/d的廢水處理廠及公用配套工程。生物質綜合處理廠包括規模為1000t/d的餐廚垃圾處理、規模為40t/d的死禽畜處理、規模為1000t/d的糞便處理。園區廢水來源如下：
①生活垃圾焚燒廠。
參考鄰近地區數據，同時根據環評要求，該焚燒廠垃圾滲濾液量按垃圾規模的15%即600m3/d計。其他低濃度廢水量為386m3/d，包括凈水裝置廢水、除鹽水制備裝置廢水、場地清洗廢水、實驗室排水、生活排水等。
②生物質綜合處理廠。
高濃度廢水主要為厭氧沼渣脫水沼液，水量為1645m3/d；低濃度廢水量144m3/d，包括清洗廢水、生活排水等。
③市政污泥處置廠。
廢水主要來自干化后的蒸汽冷凝水、清洗廢水、生活排水等，屬于低濃度廢水，水量為175m3/d。
④公共配套工程。
廢水主要為生活排水、洗車廢水等，屬于低濃度廢水，水量為202m3/d。
⑤園區初期雨水（以下簡稱初雨）。
初雨屬于低濃度廢水。園區采用雨污分流制，一次初雨量約2200m3。設置2座初雨調蓄池，單池有效容積為2000m3，雨停后池內初雨按120m3/d規模輸送至廢水處理廠。
該循壞經濟產業園距市區50km，周邊為未開發的山地，生態較脆弱，環境容量有限。園區內各產業排放的高濃度廢水成分復雜，不妥善處理會嚴重污染周邊環境。為避免影響區域內水環境質量，保障周邊良好的生態，項目環評批復要求該產業園執行廢水零排放，處理后尾水全部回用。
1.2 設計水量、水質
1.2.1 設計水量
高濃度廢水量為2245m3/d；不計初雨的低濃度廢水量為907m³/d。高濃度廢水設計規模取2250m3/d，低濃度廢水設計規模取1000m³/d，總計3250m3/d。
1.2.2 進、出水水質
參考類似項目運行數據，該廢水處理廠設計進水水質見表1。
根據環評批復意見，廢水處理廠尾水回用于冷卻水補充水、綠化用水、洗車用水等，尾水水質需滿足《城市污水再生利用工業用水水質》（GB/T19923—2005）中的敞開式循環冷卻水系統補充水水質和《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920—2002）中較嚴值標準，具體見表2。
1.2.3 其他工程目標
①污泥處理：該工程產生的污泥經濃縮、脫水處理至含水率不超過60%，交由垃圾焚燒廠摻燒處置。
②臭氣處理：該工程廠界惡臭執行《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）廠界標準值中的二級標準（新改擴建）。
③噪聲：該工程噪聲設計達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348—2008）的Ⅱ類標準。
2、處理工藝方案
2.1 工藝方案論證
工藝方案論證的目的是根據水量、進出水水質及污染成分等基礎數據，基于技術可靠、投資省、運行成本低等原則，選用效費比最優的工藝技術。該工程處理系統在降解有機物的同時，既要達到脫氮除磷的目的，又要滿足出水無機離子指標，因此工藝路線選擇時需考慮以下因素：
①滲濾液、沼液進水SS分別高達20000、1000mg/L，部分SS為懸浮有機物，為減輕后續處理系統的有機負荷，高濃度廢水進入生化系統前應考慮設置格柵、沉淀等預處理設施，審慎選擇預處理系統工藝參數，確保SS預處理效果。
②滲濾液、沼液進水NH3-N分別高達2500、2750mg/L，進水C/N分別為12、2.72，而尾水NH3-N要求不超過10mg/L，如何確保高濃度廢水處理系統的脫氮效率及穩定性，是該處理工藝系統的主要任務之一。
③滲濾液進水TDS為14500mg/L，高濃度廢水混合后TDS達3860mg/L以上，尾水TDS要求不超過1000mg/L，處理工藝系統需要確保TDS、硬度、Cl-、SO42-等的處理效率，才能使處理后尾水達標。
④對于滲濾液、沼液，目前成功應用的組合工藝為厭氧+好氧+NF/RO，NF、RO系統均會產生一定量濃縮液，濃縮液COD高、含鹽量高、可生化性差，需要妥善處理。
⑤厭氧生物處理會產生沼氣，沼氣成分主要為CH4，其他為CO2、N2，還含有微量H2、H2S、NH3等，沼氣火災危險性為甲類，同時具有較高的熱值，工藝方案需確保生產安全，且有效利用沼氣。
2.2 高濃度廢水進水SS的去除工藝
設置預處理系統，去除滲濾液、沼液進水中大部分SS，減輕后續處理系統的壓力。SS去除工藝有機械攔截法、沉淀法、過濾法、生物處理法等。機械攔截法通過格柵、格網等設備將大于柵距、孔眼的懸浮物從水中分離，可去除大尺寸懸浮固體，投資及運行成本較低，但處理效率有限。沉淀法利用某些懸浮顆粒密度大于水的特性，將其從水中去除，SS去除率可達50%，投資及運行成本適中。過濾法通過過濾介質表面或濾層截留水中懸浮固體和其他雜質，常用于給水處理及污水深度處理，進水SS超過50mg/L時需頻繁反沖洗。生物處理法通過微生物降解懸浮有機物，投資及運行費用均最高。
對比以上各工藝優缺點及適用條件，生物處理法、過濾法不適合該高濃度廢水的預處理，故采用格柵+沉淀池聯合預處理工藝。
2.3 滲濾液厭氧處理工藝
滲濾液進水COD最高達60000mg/L，根據場地氣溫和熱源條件，考慮中溫厭氧處理，反應溫度約35℃，設計COD去除率為70%。常用的厭氧處理工藝有升流式厭氧污泥床（UASB）、內循環厭氧反應器（IC）、膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）等，三種工藝的COD去除率均可達80%以上。UASB容積負荷為5~15kgCOD/（m3·d），無混合攪拌設備，反應器內無需投加填料和載體，投資、運行成本低，但污泥床內有短流現象，對進水水質突變敏感，UASB滲濾液工程案例較多。IC容積負荷10~24kgCOD/（m3·d），占地較小，水力停留時間較短，耐負荷沖擊強，但系統相對復雜，投資、運行費用較高，顆粒污泥培養的關鍵技術尚未普及。EGSB容積負荷為8~20kgCOD/（m3·d），反應器內污泥呈膨脹流化狀態，活性高，沉淀性能良好，泥水混合充分，耐負荷沖擊強，但系統投資、運行費用較高，啟動周期長，其污泥特性和反應機理等方面有待完善。IC、EGSB的滲濾液工程案例相對較少。
從以上對比看出，三種反應器的處理效率均滿足要求。IC、EGSB在容積負荷、耐負荷沖擊上有優勢，但兩者的投資、運行成本較高，滲濾液工程案例較少，考慮到厭氧反應器前設置了SS預處理和調節池均衡水量水質，因此厭氧處理采用UASB工藝。
2.4 高濃度氨氮去除工藝
氨氮去除工藝主要有吹脫、膜過濾、生物處理、折點加氯等。吹脫工藝投資較低，能耗大，易產生二次污染。膜過濾操作方便，氨氮去除率高，無二次污染，投資及運行成本高。折點加氯法處理效率可達90%，效果穩定，運行費用高，副產物氯胺和氯代有機物會造成二次污染。生物處理法通過硝化反硝化去除氨氮，工藝成熟，效果穩定，但處理流程長、能耗高、常需外加碳源、運行成本高。
根據以上分析比較，基于確保NH3-N去除率的同時避免二次污染的目的，確定采用生物處理+膜過濾的聯合處理工藝。滲濾液經厭氧處理后與沼液均勻混合，再進入生物處理系統，混合后水溫不低于20℃，混合廢水C/N約為3。生物處理由兩級反硝化硝化池、外置超濾、外加碳源等系統組成。廢水中有機物、NH3-N、TN等污染物經過兩級反硝化硝化工藝降解，混合液再經過超濾系統固液分離，清液送入RO裝置進一步去除殘留有機物等，確保出水達標。
2.5 膜生物反應器（MBR）型式
MBR有外置式和內置式兩種。外置式MBR為錯流式管式膜，污泥濃度達15~30g/L，膜材質為PVDF，膜通量達60~80L/（m2·h），處理滲濾液膜使用壽命為3~5a，混合液在膜管中高速紊流，堵塞幾率低，每個月CIP在線清洗一次即可。內置式MBR為中空纖維膜絲或板式膜，污泥濃度達8~10g/L，膜材質PP居多，膜通量達15~25L/（m2·h），處理滲濾液膜使用壽命為1~3a，膜浸沒在混合液中，膜表面易形成濃差極化，易堵塞，易產生膜破裂、斷絲，每天需進行1~3次沖洗，還需不定期將膜吊出反應器離線清洗。綜合兩者的優缺點，該工程采用外置式MBR。
2.6 濃縮液處理工藝
RO系統會產生一定量的濃縮液，常見的濃縮液處理工藝有：再濃縮+離子交換或活性炭吸附處理；再濃縮+蒸發系統+回用；再濃縮+高級氧化+混凝沉淀+回用（灰渣冷卻或半干法脫酸制漿等）。三種工藝產生的清液均可回用，但前兩者的投資、運行成本均高于第三種工藝，且離子交換再生液、飽和活性炭、蒸發結晶屬于危廢，需妥善處理。離子交換、活性炭吸附需反洗。蒸發系統存在結垢、腐蝕風險。混凝沉淀產生的污泥，可與主系統剩余污泥合并處置。高級氧化采用Fenton氧化法，需配置Fe2+和H2O2組合的Fenton試劑投加系統。
該工程采用“再濃縮+高級氧化+混凝沉淀”工藝，對濃縮液進行減量并降解處理，處理后清液回用，剩余的濃縮液COD不超過500mg/L，交由垃圾焚燒廠作為爐渣冷卻水。
2.7 低濃度廢水生化處理工藝
低濃度廢水來自園區的場地清洗水、生活排水、洗車廢水、初雨等，設計水量為1000m3/d。進水B/C約為0.4，可生化性較好。進水NH3-N為普通生活污水的5~6倍，因此首選有脫氮效果的生化處理工藝，常用處理工藝有水解酸化+接觸氧化與SBR。
兩種處理工藝均技術成熟、可靠，脫氮效果較好，能抑制污泥膨脹。水解酸化+接觸氧化組合工藝除磷效果占優，耐負荷沖擊能力較強，投資、運行成本較低；而SBR工藝設備閑置率較高，占地大，自動化水平要求較高。從占地面積、管理方便、處理效率等方面考慮，確定采用水解酸化+接觸氧化法。
2.8 最終工藝方案
滲濾液進水可能存在COD偏低而氨氮較高的工況，為避免經過UASB處理后出水C/N值太低，影響MBR系統的脫氮效果，UASB厭氧池設置超越管。
滲濾液通過螺旋格柵機+沉淀池+調節池+UASB處理，沼液通過螺旋格柵機+沉淀池+調節池預處理，之后兩者均勻混合，再經MBR+RO+消毒處理達標。低濃度廢水通過調節池+水解酸化池+接觸氧化池+混凝沉淀池+機械過濾+RO+消毒處理達標。RO濃縮液經過高壓NF+高壓RO處理，清液回用。高壓NF濃縮液采用高級氧化+混凝沉淀處理，出水與高壓RO濃縮液混合，回用于灰渣冷卻。污泥采用濃縮+污泥調質+隔膜壓濾機脫水處理，至含水率不超過60%，交由垃圾焚燒廠摻燒處置。
滲濾液處理工藝流程見圖1。
3、主要工藝構筑物設計
①滲濾液格柵機、初沉池、調節池。廢水通過螺旋格柵機、初沉池預處理，出水SS降至不超過2000mg/L，進入調節池1。初沉池、調節池1合建，2個系列并聯運行，單個系列尺寸為25.5m×29m×4.5m。單座豎流式沉淀池有效容積為37.5m³，表面水力負荷為1.0m3（/m2·h）。
②沼液格柵機、初沉池、調節池。廢水通過螺旋格柵機、初沉池預處理，出水SS降至不超過250mg/L，進入調節池2。初沉池、調節池2合建，2個系列并聯運行，單個系列尺寸為25.5m×29m×4.5m。單座豎流式沉淀池有效容積為37.5m³，表面水力負荷為2.75m3（/m2·h）。
螺旋格柵機柵隙為1mm，配置自動沖洗壓榨系統，出渣含水率<80%。
③UASB厭氧池。以降解滲濾液有機物為主要目的，出水COD不超過18000mg/L，3個系列并聯運行，單池尺寸為14.7m×11.4m×13.5m，有效容積為2010m3，水力停留時間為10d，設計上升流速為0.65m/h，COD負荷為5.1kg/（m3·d），每池設置排泥泵1臺，流量為15m3/h。沼氣設計產量為10206m3/d。厭氧池進水溫度由公用蒸汽管通過熱交換器維持在（35±2）℃。
厭氧反應產生的沼氣，收集后輸送至生物質綜合處理廠，統一凈化、貯存、綜合利用。廢水處理廠內設一套沼氣火炬燃燒器，必要時對沼氣直接燃燒處置。
④均質池。均衡厭氧池出水與沼液混合的水量水質，單池系列，尺寸為30m×13m×4.50m，有效容積為1400m3，水力停留時間約14h，池內設置潛水攪拌機。
⑤一級反硝化、硝化池。3個系列并聯運行，每系列一級反硝化池凈空尺寸為22.8m×15.0m×9.5m，有效水深為8.5m；每系列一級硝化池分兩格，串聯運行，每格凈空尺寸為25m×15m×9.5m，有效水深為8.30m。設計污泥濃度為15g/L；反硝化負荷為0.06kgN/（kgMLSS·d）；硝化負荷為0.033kgN/（kgMLSS·d）；有機污泥負荷為0.06kgBOD5/（kgMLSS·d）；一級硝化池混合液、超濾濃縮液合計回流量為18~28倍進水流量。
⑥二級反硝化、硝化池。3個系列并聯運行，每系列二級反硝化池凈空尺寸為15m×6.8m×9.5m，有效水深為8.20m；每系列二級硝化池凈空尺寸為15m×6.9m×9.5m，有效水深為8.1m。設計污泥濃度為15g/L；反硝化負荷為0.03kgN/（kgMLSS·d）；硝化負荷為0.025kgN/（kgMLSS·d）；有機污泥負荷為0.03kgBOD5（/kgMLSS·d）；超濾濃縮液回流量為2~3倍進水流量。
⑦超濾（UF）裝置。UF為二級硝化池出水泥水分離裝置。設計膜通量為70L/（m2·h），計算膜面積為1460m2；膜材質為PVDF，膜孔徑為8mm，膜組件直徑為20.32cm（8英寸），膜組件流道直徑為8mm，膜組件長度為3050mm，單支膜組件面積為27m2，膜組件共60支，實際膜面積為1620m2，共設置6套膜裝置，每套配置10支膜組件，每套膜裝置的循環流量約264m3/h，運行壓力為0.5~0.6MPa。
⑧反滲透（RO）裝置。設計回收率為80%，設計膜通量為12L/（m2·h），計算膜面積為6420m2；膜材質為聚酰胺復合膜，膜組件直徑為20.32cm（8英寸），濃水流道寬度為1.5mm，膜組件長度為1200mm，單支膜組件面積為34.4m2，設置膜組件216支，實際膜面積為7430m2，共設置6套膜裝置，每套配置36支膜組件，運行壓力為5~6MPa。
⑨濃縮液處理系統。RO裝置濃縮液產量約600m3/d，采用高壓納濾（NF）+高壓RO系統再濃縮。設置高壓NF系統1套，運行壓力為3~5MPa，設計回收率為80%；設置高壓RO系統1套，運行壓力為9~10MPa，設計回收率為70%，系統產生回用清液約336m3/d。
高壓NF產生高濃液約120m3/d，其COD達6000~7000mg/L，采用Fenton氧化+混凝沉淀處理，處理出水與高壓RO濃液混合均勻，混合濃液量約264m3/d，混合濃液COD不超過500mg/L，作為焚燒爐渣冷卻用水。混凝沉淀排泥送污泥處理系統。
⑩低濃度廢水處理系統。低濃度廢水處理工藝為水解酸化+接觸氧化+混凝沉淀+機械過濾+RO。水解酸化池容積負荷為0.6kgCOD/（m3·d），2個系列并聯運行，每系列凈空尺寸為11.0m×6.65m×5.5m，水力停留時間為8.8h。接觸氧化池填料有機負荷為0.5kgCOD/（m3·d），2個系列并聯運行，每系列凈空尺寸為11.0m×8.65m×5.5m，水力停留時間為22.8h。混凝反應池、沉淀池為單系列，混凝反應池凈空尺寸為8.5m×2.15m×5.0m，反應時間為50min，PAC投加量為100mg/L。沉淀池表面負荷為0.60m3（/m2·h），凈空尺寸為Ø8.5m×5.0m，沉淀時間為2.8h。配置3臺機械過濾器，并聯運行，尺寸為Ø2m×3.3m，濾速為8m/h，底部濾料為500mm厚、粒徑1~2mm石英砂支持層，上填1m厚、粒徑0.8~1.2mm的顆粒狀活性炭。
RO設計回收率為85%，膜通量為14L/（m2·h），共設置3條生產線，每條生產線計算膜面積為843m2；膜材質為聚酰胺復合膜，膜組件直徑為20.32cm（8英寸），濃水流道寬度為1.5mm，膜組件長度為1200mm，單支膜組件面積為9.4m2，設置膜組件90支，實際膜面積為846m2，共設置3套膜裝置，每套配置30支膜組件，運行壓力為5~6MPa。
⑪污泥來源。初沉池污泥，干泥量約1.65t/d，濕泥含水率為96%；MBR剩余污泥，干泥量為8.55t/d，濕泥含水率為98.5%；低濃度廢水系統剩余污泥，干泥量為0.33t/d，濕泥含水率為99.2%；厭氧剩余污泥，干泥量為1.3t/d，濕泥含水率為94%，采用重力濃縮+污泥調理+板框壓濾脫水處理工藝。
污泥混合后進入重力濃縮池，濃縮池2個系列，并聯運行，單系列尺寸為14m×10m×4.5m，固體通量為42.3kgDS/（m2·d），濃縮后污泥含水率約95%。
污泥調質池設置2系列，并聯運行，每系列調質池設置2座，每座凈空尺寸為5.1m×5.1m×5.0m，每系列第1座池為反應區，均分為2格，依次投加38%~40%的FeCl3溶液、10%的石灰乳，每格停留時間約40min；第2座為調理區，污泥停留時間約100min。石灰、FeCl3溶液投加量分別為干泥量的25%、15%。
設置4臺隔膜板框壓濾脫水機，正常運行時同時工作，每天運行2個周期，每周期歷時5h。每臺隔膜板框壓濾脫水機的過濾面積為400m2，工作壓力為2.45MPa。
4、實施效果
4.1 水量及水質
該工程2018年1月開始施工，2019年8月機械竣工，2019年10月底通過竣工驗收，2020年4月通過環保驗收，目前一直運行穩定，最終尾水水質優于設計出水水質。工程投產后最大日處理量達到設計規模，高濃度廢水平均進水量為1800m3/d；計入初雨量，低濃度廢水平均進水量為800m3/d，總處理規模達到設計值的80%。
①進水水質
高濃度廢水及低濃度廢水的實際進水主要指標見表3。
②尾水水質
目前該水質凈化廠尾水水質均優于設計值，2020年4月1日—2021年3月31日連續1年尾水主要水質指標見表4。
4.2 經濟分析
該廢水處理廠設計處理規模為3250m3/d，其中高濃度廢水為2250m3/d，接收垃圾焚燒廠、生物質綜合處理廠產生的高COD、高NH3-N、高SS生產廢水，處理工藝為格柵+沉淀+調節+厭氧+兩級硝化、反硝化+UF+RO+消毒；低濃度廢水為1000m3/d，接收園區生活排水、實驗室廢水、沖洗廢水、初雨等，處理工藝為調節+水解酸化+接觸氧化+混凝沉淀+機械過濾+RO+消毒；兩股廢水處理后尾水均優于設計標準。
包括6個月試運行費在內，該廢水處理廠總投資約3.1億元，噸水建設投資約95400元/m3；占地面積為2.748hm2，噸水占地面積約8.46m2/m3；高濃度廢水直接運行費用約45元/m3，低濃度廢水直接運行費用約12元/m3。
5、結論及建議
①在對進水水量、水質及其污染成分進行充分分析、調研的基礎上，借鑒類似工程經驗，高濃度廢水采用去除SS、厭氧、均質、MBR、RO的組合處理工藝；低濃度廢水采用傳統生化處理工藝+RO處理工藝；濃液采用高壓NF+高壓RO及Fenton氧化+混凝沉淀處理，整個工藝適應性強，耐沖擊負荷，出水水質穩定達標。
②厭氧反應產生的沼氣成分50%以上為CH4，其他為CO2、N2及微量H2、H2S、NH3等，沼氣儲柜的火災危險性為甲類，以此確定沼氣柜與相鄰建（構）筑物的安全間距，并做好防爆區域的劃分，防爆區域內的電氣、儀表應按照防爆要求選型。
③由于滲濾液和沼液的水量、水質隨氣候、季節等因素的變化而波動，建議滲濾液、沼液的處理流程前端各自設置調節池，調節池的有效容積應分析水量水質變化，并參考類似工程數據確定，調節池內應設置防止SS沉降的措施。
④RO濃縮液處理后如作為焚燒廠灰渣冷卻用水，應長期密切關注灰渣浸出試驗數據，確保灰渣綜合利用的安全，同時應積極尋找濃縮液處理的新技術、新工藝，在進一步降低造價及運行成本的基礎上，確保濃縮液得到安全有效的處置。（來源：廣東省建筑設計研究院有限公司）
