工业园区零排放项目工程设计案例分析

杨睿¹ ，白洁颖¹，耿安峰¹，李金国¹，罗晓鹏²，冯剑曦²，赵威²，王宇²，张艳艳³

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381；2. 包头市排水产业有限责任公司 包头0140001；3. 呼和浩特市生态环境综合行政执法支队 呼和浩特010030）

一、工程设计概况

本工程主要工程内容包括工业废水处理及再生水处理，其中：

低盐水污水处理系统：总规模3.5万m³/d，来源为包头市装备制造产业园区企业生产废水。
   高盐水污水处理系统：总规模3.0万m³/d，来源为包头市装备制造产业园区弘元五期生产废水。
    再生水处理系统：再生水厂总规模9万m³/d，来源为前述污水系统尾水，以及其他污水处理厂一级A标准尾水2.5万m³/d。其中近期规模0.5万m³/d，再生水供水对象为装备制造园区，并实现工业盐回收，以及废水零排放。

二、总体设计

1. 设计基础数据

（1）、二期设计规模及水量

本项目处理系统设计进、出水水质如下：

 

注：总硬度及碱度以CaCO₃

2. 工程用地情况

厂区共分为污水预处理区、污水生物处理区、污水深度处理区、再生水处理区、污泥处理区、生活管理区，总占地面积 160.62 亩。
来水首先进入粗格栅及进水泵房、调节池（事故池）（含提升泵房）、细格栅及旋流沉砂池、混凝沉淀池、A²/O生物池、二沉池、顺序进入再生水预处理间、膜净水间及浓水处理间、MVR蒸发器、再生水储池，再经送水泵房提升后，送至装备园区各企业用户。污泥脱水间、加药间单独布置。

2.3工程方案选择

本工程对各项污染物去除率的要求较高。根据各项污染物去除率的要求，表明处理工艺在满足常规去除 BOD₅、CODcr 、SS以及除磷脱氮的同时，必须关注硅、硬度、氟、碱度等指标。

园区高盐污水中硅含量80mg/L，园区其他企业污水中硅含量50mg/L。废水进入膜系统前均需进行除硅软化预处理，防止膜被污堵。特别是含硅结垢物，由于其结构致密且坚硬，严重影响膜性能，在废水进入膜系统前常规将硅含量控制在20mg/L 以下，特殊状况下不能超过10mg/L。因此，将硅作为本工程的重点关注指标。

园区高盐污水中总硬度含量1000mg/L，园区其他企业污水中总硬度含量 600mg/L。高硬度原水经过反渗透膜过滤，废水中溶解的碳酸钙和碳酸镁浓度进一步提高，超出溶度积后,盐垢就会在膜表面沉积下来。回收效率逐步降低,所产纯水水质逐步变差。因此，将硬度作为本工程的重点关注指标。根据污水来源和性质，采用分质处置原则，工艺流程具体如下。

 

三、工程设计
1. 混凝沉淀池：含低盐混凝沉淀池、高盐混凝沉淀池，以除硅除硬为核心。其中，低盐混凝沉淀池Q=3.5万m³/d，高盐混凝沉淀池Q=3.0万m³/d
每座混凝沉淀池由配水井、混合池、机械絮凝池、斜管沉淀池组成。
2.生物池、二沉池：生物池分为高盐、低盐两个系列，Q=3.5+3.0万m³/d，设计水温：10℃，总泥龄:30d；高日高时气水比：4.2:1。二沉池qmax=1.04m³/m².hr，设计水温：10℃，总泥龄:30d。
3. 再生水预处理间：对二沉池出水提升后进行混凝沉淀过滤处理。含深度处理提升泵站、低盐高效沉淀池、低盐水V型滤池（3.5万吨）、高盐高密度沉淀池、高盐水V型滤池（3万吨）。
    采用石灰-纯碱法除硬，并后续投加混凝剂和絮凝剂使呈胶体状态的 CaCO₃和 Mg(OH)₂ 等形成大的絮状颗粒并吸附水中的悬浮物而沉淀下来，达到同时降低硬度、胶体硅和浊度的目的。沉淀效果直接决定除硬和除浊的效果。
   其中高盐部分主要设备含混合池搅拌器2台，N＝5.5kW；絮凝池搅拌器6台，N＝0.55kW+0.37kW+0.25kW；辐流式刮泥机2台，?12m,N=0.37kW；斜管2套，D=80mm，斜长L=1000mm；低盐水V型滤池，滤速5.37m/h，气冲洗强度：60m³/m².hr，水冲洗强度：22.5m³/m².hr。
4. 膜浓缩及分盐系统：膜车间内分别设置低盐膜浓缩系统、高盐膜浓缩及分盐系统。低盐系统包括：低盐UF1、低盐RO1。高盐系统包括：高盐UF1、高盐RO1、高盐高效沉淀池2、高盐高效沉淀池3、高盐V型滤池2、曝气生物滤池、高盐UF2、一级弱酸床+脱碳塔、二级弱酸床、高盐RO2、高盐NF1、高盐NF2、浓水NF、高盐高压RO和螯合树脂。
5. 臭氧发生间：臭氧投加主要作用是去除浓水中的COD，投加点位于高级催化氧化池。设计规模：645m³/h，臭氧投加量为3215mg/L，臭氧投加浓度为10%wt，总投加量：176kg/h。
6. 高级催化氧化池：高级催化氧化池规模：645m³/h；按照去除107mg/LCOD考虑，去除比例为1:3。臭氧氧化水力停留时间120min；
7. 蒸发结晶分盐系统：系统处理规模：其中氯化钠MVR蒸发结晶系统共计两套，单套进水处理量为14吨每小时，配置干燥及自动包装系统。
其中硫酸钠MVR蒸发结晶系统共计两套，单套进水处理量为13吨每小时，配置干燥及自动包装系统。硫酸钠冷冻结晶系统共计两套，处理能力3吨每小时，配置离心机及芒硝转运系统。杂盐MVR蒸发系统一套，单套进水能力3吨每小时，配置离心机及吨包装置。杂盐蒸发配套废母液干化系统两套，单套处理量不低于200kg/h.
8. 再生水储池：再生水储池总容积按处理厂设计规模的10%设置，共1座，分为两格。浓盐水储池按照存放6天考虑。
9. 污泥脱水间:储泥池设计1座，分两格，剩余污泥量：3.66t/d，化学污泥干重78t/d，进泥含水率：≤97%。隔膜式板框压滤机6套，5用1备；单台过滤面积600m²，压榨压力≤20MPa，N=25kW，总运行时间：12~16h/d，产泥204.15t/d，出泥含水率60%。
四、设计特点与创新

本项目针对工业园区废水中高硅高硬、高TDS浓度、高氯化物、极低碳氮比、高浓度难降解COD、低浓度氟化物等污染物特征的处理技术，集成了多模式MBBR生化池、除氟除硅除硬高效沉淀等技术，提高系统保障性，减少系统复杂性，节约投资的同时减少运行成本。

通过形成对以光伏废水为主的工业园区零排放工艺的合理技术路线，有效降低工程投资，降低运行成本，有效降低膜污染，减少化学清洗的频率和强度，从而延长膜的使用寿命并降低运行成本。经过除硬除硅除氟后的污水，同时也降低硅、氟化物对蒸发结晶装置中的钛材的腐蚀性，同时降低了蒸发结晶腐蚀速率，整体提高了工业废水零排系统的安全性和稳定性。

五、工程技术经济
建设项目总投资83369万元，其中建设投资76275万元，单位经营成本9.458元/m³。

六、结语

1、该项目成果可用于高标准光伏废水及其他工业废水的技术路线指导，并给出关键技术节点的设计参数。通过形成对光伏废水零排放工艺的合理技术路线，有效降低工程投资，降低运行成本。

2、该项目的成功运行，可以减少水中的悬浮物、胶体、硬度、硅、氟化物和其他可能导致膜污染的物质，减少化学清洗的频率和强度，从而延长膜的使用寿命并降低运行成本，具有极高的经济效益。

3、经过除硬除硅除氟后的污水，同时也降低硅、氟化物对蒸发结晶装置中的钛材的腐蚀性，同时降低了蒸发结晶腐蚀速率，整体提高了工业废水零排系统的安全性和稳定性，具有极高的环境效益。