光电产业园区污水处理厂工艺分析

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[摘要]通过在实验室构建小试实验装置，以实际废水为处理对象，验证了水解酸化+A2/O+化学混凝工艺作为某光电产业园区污水处理厂主体工艺的可行性，并提出了污水处理工艺中的关键参数的建议值，研究表明：采用完全混合型水解酸化工艺，可去除废水中部分COD且提高出水的BOD5/COD值，提高废水的可生化性，当HRT达8h时，出水的可生化性最高，达到0.29，再进一步延长水解时间出水COD虽然可进一步降低，但BOD5/COD变小，为了使后续工艺能有更多可生物利用的碳源，建议工程设计中水解酸化工艺的HRT采用8h；水解酸化的出水再经A2/O处理，在外加碳源的条件下，A2/O总HRT不低于18h、好氧区HRT不低于12h，出水中的COD、BOD5、氨氮、TN均可降低到排放标准以下；单纯的生物处理工艺不能使TP达标，采用PAC作为化学除磷药剂，当铝：磷摩尔比为2时，出水TP=0.22mg/L，可达排放标准，建议工程设计中铝：磷摩尔比采用2~2.5。采用水解酸化+A2/O+化学混凝工艺作为主体工艺可实现废水的达标排放。

[关键词]光电产业；工业园区；工业废水；污水处理；电子信息产业

长沙某光电有限公司(下文简称光电公司)第8.6代超高清新型显示器件生产线项目是湖南省2020年度电子信息制造业重点项目，该项目于2019年正式开工建设，计划于2021正式投产。光电公司满负荷生产排放的污水水量为2.4万m3/d，经厂内预处理后排入工厂所在园区污水处理厂的二期工程(新建，设计规模为3万m3/d)进行处理。光电公司排放的工业废水水质复杂，尤其是经厂内预处理后，外排污水中污染物均为难降解污染物，处理难度极大。而且根据园区污水处理厂二期工程环评批复，园区污水厂尾水排放执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类标准(总氮执行《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB43/T1546-2018)一级标准，SS执行《城镇污水处理厂排放标准》(18918-2002)一级A标准)，对项目的建设和将来的运行管理带来了极大的挑战。基于此，为实现污水处理厂达标排放，污水处理厂动工建设之前针对本项目废水特性和处理目标开展污水处理工艺验证十分必要，通过实验研究确定主体工艺路线，并提出关键工艺参数的建议值，为污水处理厂工程设计和运行管理措施优化提供支撑。

1材料与方法

1.1试验用水园区污水处理厂二期工程进行工程设计期间光电公司尚未竣工投产，无法获得真实的废水开展相关研究。光电公司的母公司投资建设的绵阳某光电科技有限公司的部分产品与长沙光电公司的主打产品相同(均为8.6代超高清新型显示器)，其生产工艺、生产线与长沙光电公司类似，绵阳某光电公司外排的工业废水水质与长沙光电公司最为相近，因此将其作为园区污水厂二期工程工艺研究试验用水，废水水质见表1。

1.2出水水质

园区污水处理厂二期工程出水水质

1.3污水处理工艺方案分析

本项目的处理对象为经光电公司厂内废水处理站预处理后外排的废水，虽然废水的COD浓度并不高，但由于BOD5/COD=0.16~0.18，表明废水中绝大部分COD均为难降解有机物，需提高废水的BOD5/COD值生化工艺才能有较好的COD去除效果。对废水中总氮成分进行进一步的分析表明，废水中氮元素主要以氨氮、硝酸盐氮两种形态存在，两种形态的氮元素占总氮的比例超过了80%，总磷中正磷酸盐占比超过了90%，根据现有的污水处理技术规范及相关案例经验，生物脱氮除磷辅以化学除磷能够实现本项目的氮、磷的出水水质指标，本项目的难点在于COD的稳定达标。水解酸化处理方法是厌氧处理的前期阶段[1-3]，将厌氧处理控制在含有大量水解细菌、酸化菌的条件下，利用水解菌、酸化菌可将水中不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续生化处理提供良好的水质环境。本研究拟采用水解酸化工艺提高废水中BOD5/COD值，再进入后续生化处理工艺进行处理。

1.4试验装置及运行

制作水解酸化小试装置以及A2/O小试装置，考察COD、TN的去除效果，试验装置工艺流程图见图1。

(1)水解酸化装置采用完全混合式的工艺形式，连续进水、连续出水，装置由池体、沉淀池、污泥回流泵、磁力搅拌器组成。池体由圆柱形有机玻璃容器制作，直径0.1m，高0.3m，液位高度0.25m，有效容积2L，池体置于磁力搅拌器上，通过磁力搅拌实现池体内污泥和废水混合。沉淀池采用圆柱体有机玻璃制作，直径0.1m，高度0.14m，液位高度0.1m，有效容积0.78L。沉淀池沉淀的污泥由污泥回流泵回流至池体内，污泥回流泵采用蠕动泵(流量0~380mL/min可调)，水解酸化池的运行温度为24~26℃，水解酸化装置的接种污泥取自长沙某污水处理厂水解酸化池，接种后水解酸化装置内污泥初始浓度7~8g/L，以HRT=8h的固定工况进行驯化培养驯化，培养14d且出水COD趋于稳定后开始试验，通过调节进水流量改变废水的水力停留时间(HRT)，每种工况的运行时间为7d，同一工况下进水水质相同，每种工况的出水混合均匀后取样检测水质，考察不同HRT条件下出水水质的变化情况。

(2)A2/O装置为矩形有机玻璃容器，外形尺寸：0.1m×0.3m×0.2m(H)，液位高度0.15m，有效容积4.5L，内部分隔为厌氧、缺氧、好氧三个分区，有效容积分别为：0.3L、1.2L、3L，缺氧、厌氧区通过磁力搅拌实现搅拌混匀，好氧区的混合液通过外置的蠕动泵向缺氧区回流，好氧区和缺氧区的容积可通过调节隔板进行调整，好氧区底部设置砂芯曝气头，通过外置的电磁气泵实现曝气充氧，曝气的气量可调节。A2/O装置后端的沉淀池与水解酸化池后端的沉淀池构造相同，沉淀的污泥通过外置的蠕动泵向A2/O装置的厌氧区回流，剩余污泥外排处置，沉淀分离得到的上清液排入中间水箱，中间水箱采用市售的10L塑料水壶，壶内的废水用于后续深度处理烧杯试验蠕动泵流量0~380mL/min可调。A2/O装置的处理对象为水解酸化装置的出水，运行温度为24~26℃，污泥回流比固定为75%，A2/O装置的污泥从长沙某污水处理厂A/O生化池污泥泵站取泥接种，接种后A2/O装置污泥初始浓度4~4.5g/L，好氧区DO1.5~2mg/L，好氧区至缺氧区的内回流比为250%~300%，以水解酸化装置的出水为原水，固定工况进行污泥的培养驯化，出水水质趋于稳定后，通过调节HRT考察A2/O工艺对废水中COD、BOD5、氮、磷污染物的去除效果。

(3)化学除磷混凝沉淀试验。采用PAC作为化学除磷剂，投加量按铝：磷摩尔比为0~4，PAM作为助凝剂，投加量1mg/L，混凝时间15min，沉淀时间1h，对A2/O装置的出水进行化学除磷烧杯试验，考察不同PAC投加量对废水中总磷的去除效果。1.5分析方法COD的测定采用快速消解分光光度法(HJ399-2007)，BOD5的测定采用稀释接种法(HJ505-2009)，NH3-N的测定采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)，TN的测定采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法(HJ636-2012)，TP的测定采用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)，DO采用便携式溶解氧仪测定(雷磁JPB-608型)，pH采用pH计(雷磁PHS-3C型)测定。

2结果与讨论

2.1水解酸化处理效果

由图3可以看出，在试验工况下，水解酸化处理后出水COD为99.2~107mg/L，COD去除率达到13%~20.6%，随着HRT的增加，COD去除率也随之升高，但当HRT达8h时，再延长水解时间对COD去除率的增加幅度很小。各工况下出水BOD5以及BOD5/COD数值均高于进水，表明进水中的部分难生物降解的大分子有机物被转化成了易生物降解的小分子物质，出水中可生化性得到提高，与文献[4,5]报道的结论一致。水解时间为8h，出水的可生化性最高，达到0.29，再进一步延长水解时间出水的BOD5/COD变小，结合废水COD的变化情况，表明水解酸化时间过长，微生物会过多消耗部分水解酸化过程中小分子易降解有机物。水解建议工程设计中水解酸化池的HRT为8h。

2.2A2/O处理效果

A2/O工艺反硝化脱氮需要充足的碳源才能实现，水解酸化池的出水中的碳源不足，试验全程均采用投加乙酸钠作为外加碳源，投加点位于缺氧区进水口，投加量参照文献[6]，按照废水中需要用外部碳源反硝化去除的氮量的5倍(以COD计，mg/L)，碳源通过蠕动泵投加乙酸钠溶液均匀投加。A2/O装置污泥接种驯化完毕后连续运行40天，每10天作为一个运行阶段，每个阶段除进水流量外的运行参数均与驯化期间相同，阶段1~4的进水流量分别为：0.15L/h、0.2L/h、0.25L/h、0.3L/h，阶段1~4的总HRT分别为：30h、22.5h、18h、15h。2.2.1对COD、BOD的去除效果进水COD浓度为98~109mg/L，在阶段1~4，出水的平均COD分别为：23.85mg/L、26.55mg/L、28.43mg/L、30.55mg/L，出水BOD均值分别为：2.4mg/L、2.8mg/L、3.1mg/L、3.4mg/L，随着废水HRT的减小出水COD逐步升高，阶段4的出水COD已经高于排放标准，因此，本项目的总HRT不宜低于阶段3的18h，由于废水中的COD主要在好氧段去除，因此好氧段的HRT不宜低于12h。2.2.2对NH3-N、TN的去除效果进水NH3-N浓度为19.2~23.4mg/L，在阶段1~4，出水的平均NH3-N分别为：0.75mg/L、0.79mg/L、0.81mg/L、0.97mg/L，随着废水HRT的减小出水NH3-N逐步升高，但均低于1.5mg/L，在4个阶段均对氨氮有优良的去除效果。进水TN浓度为28.9~34.1mg/L，废水中自身碳源不足，投加乙酸钠作为外加碳源，在阶段1~4，出水的平均TN分别为：7.41mg/L、7.98mg/L、8.47mg/L、10.12mg/L，随着缺氧段HRT的减小出水TN逐步升高，在阶段4时出水有多次高于排放标准，缺氧段的HRT不宜低于阶段3的标准(4.8h)，阶段3运行条件下的实测脱氮速率Kde=0.031mgNO3--N/KgMLSS·d。2.2.3对TP的去除效果进水TP浓度为2.41~2.79mg/L，在阶段1~4，出水的平均TP分别为：0.85mg/L、0.89mg/L、0.99mg/L、1.07mg/L，均远高于排放标准(0.3mg/L)，表明生化出水需要配合后续的化学除磷[7-9]才能满足排放要求。2.3化学混凝的处理效果采用PAC作为化学除磷剂，药剂投加量(以铝：磷摩尔比表示)与出水TP如图所示，当铝：磷摩尔比为2时，出水TP=0.22mg/L，满足排放标准，TP去除率74.7%。继续增加投药量出水TP浓度可进一步降低，摩尔比为4时出水TP降低至0.07mg/L，去除率可达92%。投药量增加会导致化学污泥产量增加，增加药剂费用及污泥处置费，从经济达标的角度而言，建议工程设计中铝：磷摩尔比采用2~2.5。

3结论

(1)针对光电公司实际生产线外排的废水，采用完全混合型水解酸化工艺，可去除进水中部分COD且提高出水的BOD5/COD值，当HRT达8h时，出水的可生化性最高，达到0.29，再进一步延长水解时间出水COD虽然可进一步降低，但BOD5/COD变小，为了使后续工艺能有更多可生物利用的碳源，建议工程设计中水解酸化工艺的HRT采用8h。

(2)水解酸化的出水经A2/O处理可进一步去除废水中的COD、BOD、氨氮，在外加碳源的条件下，A2/O总HRT不低于18h、好氧区HRT不低于12h，出水中的COD、BOD5、氨氮、TN均可降低到排放标准以下。

(3)单纯的生物处理工艺不能使TP达标，采用PAC作为化学除磷药剂，当铝：磷摩尔比为2时，出水TP=0.22mg/L，可达排放标准建议工程设计中铝：磷摩尔比采用2~2.5。

(4)采用水解酸化+A2/O+化学混凝工艺作为本项目工程设计的主体工艺可实现废水的达标排放。

参考文献

[1]郭志敏．放射性固体废物处理技术[M]．北京：原子能出版社，2007．

[2]李悦，徐图．工业气体净化与除尘器和过滤器[M]．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1984．

[3]杨明珍，陈松林．工业锅炉除尘设备[M]．北京：中国环境科学出版社，1991．

作者:唐清畅 蒋剑虹 唐玉霜 邱迅 单位:中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南省水处理过程与装备工程技术研究中心 湖南省遥感地质调查监测所