1、工程背景
1.1 项目基本情况
某循坏经济产业园一期工程建设1座规模为4000t/d的生活垃圾焚烧厂、1座规模为2040t/d的生物质综合处理厂、1座规模为250t/d的市政污泥处置厂、1座规模为3250m3/d的废水处理厂及公用配套工程。生物质综合处理厂包括规模为1000t/d的餐厨垃圾处理、规模为40t/d的死禽畜处理、规模为1000t/d的粪便处理。园区废水来源如下：
①生活垃圾焚烧厂。
参考邻近地区数据，同时根据环评要求，该焚烧厂垃圾渗滤液量按垃圾规模的15%即600m3/d计。其他低浓度废水量为386m3/d，包括净水装置废水、除盐水制备装置废水、场地清洗废水、实验室排水、生活排水等。
②生物质综合处理厂。
高浓度废水主要为厌氧沼渣脱水沼液，水量为1645m3/d；低浓度废水量144m3/d，包括清洗废水、生活排水等。
③市政污泥处置厂。
废水主要来自干化后的蒸汽冷凝水、清洗废水、生活排水等，属于低浓度废水，水量为175m3/d。
④公共配套工程。
废水主要为生活排水、洗车废水等，属于低浓度废水，水量为202m3/d。
⑤园区初期雨水（以下简称初雨）。
初雨属于低浓度废水。园区采用雨污分流制，一次初雨量约2200m3。设置2座初雨调蓄池，单池有效容积为2000m3，雨停后池内初雨按120m3/d规模输送至废水处理厂。
该循坏经济产业园距市区50km，周边为未开发的山地，生态较脆弱，环境容量有限。园区内各产业排放的高浓度废水成分复杂，不妥善处理会严重污染周边环境。为避免影响区域内水环境质量，保障周边良好的生态，项目环评批复要求该产业园执行废水零排放，处理后尾水全部回用。
1.2 设计水量、水质
1.2.1 设计水量
高浓度废水量为2245m3/d；不计初雨的低浓度废水量为907m³/d。高浓度废水设计规模取2250m3/d，低浓度废水设计规模取1000m³/d，总计3250m3/d。
1.2.2 进、出水水质
参考类似项目运行数据，该废水处理厂设计进水水质见表1。
根据环评批复意见，废水处理厂尾水回用于冷却水补充水、绿化用水、洗车用水等，尾水水质需满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923—2005）中的敞开式循环冷却水系统补充水水质和《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）中较严值标准，具体见表2。
1.2.3 其他工程目标
①污泥处理：该工程产生的污泥经浓缩、脱水处理至含水率不超过60%，交由垃圾焚烧厂掺烧处置。
②臭气处理：该工程厂界恶臭执行《恶臭污染物排放标准》（GB14554—1993）厂界标准值中的二级标准（新改扩建）。
③噪声：该工程噪声设计达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348—2008）的Ⅱ类标准。
2、处理工艺方案
2.1 工艺方案论证
工艺方案论证的目的是根据水量、进出水水质及污染成分等基础数据，基于技术可靠、投资省、运行成本低等原则，选用效费比最优的工艺技术。该工程处理系统在降解有机物的同时，既要达到脱氮除磷的目的，又要满足出水无机离子指标，因此工艺路线选择时需考虑以下因素：
①渗滤液、沼液进水SS分别高达20000、1000mg/L，部分SS为悬浮有机物，为减轻后续处理系统的有机负荷，高浓度废水进入生化系统前应考虑设置格栅、沉淀等预处理设施，审慎选择预处理系统工艺参数，确保SS预处理效果。
②渗滤液、沼液进水NH3-N分别高达2500、2750mg/L，进水C/N分别为12、2.72，而尾水NH3-N要求不超过10mg/L，如何确保高浓度废水处理系统的脱氮效率及稳定性，是该处理工艺系统的主要任务之一。
③渗滤液进水TDS为14500mg/L，高浓度废水混合后TDS达3860mg/L以上，尾水TDS要求不超过1000mg/L，处理工艺系统需要确保TDS、硬度、Cl-、SO42-等的处理效率，才能使处理后尾水达标。
④对于渗滤液、沼液，目前成功应用的组合工艺为厌氧+好氧+NF/RO，NF、RO系统均会产生一定量浓缩液，浓缩液COD高、含盐量高、可生化性差，需要妥善处理。
⑤厌氧生物处理会产生沼气，沼气成分主要为CH4，其他为CO2、N2，还含有微量H2、H2S、NH3等，沼气火灾危险性为甲类，同时具有较高的热值，工艺方案需确保生产安全，且有效利用沼气。
2.2 高浓度废水进水SS的去除工艺
设置预处理系统，去除渗滤液、沼液进水中大部分SS，减轻后续处理系统的压力。SS去除工艺有机械拦截法、沉淀法、过滤法、生物处理法等。机械拦截法通过格栅、格网等设备将大于栅距、孔眼的悬浮物从水中分离，可去除大尺寸悬浮固体，投资及运行成本较低，但处理效率有限。沉淀法利用某些悬浮颗粒密度大于水的特性，将其从水中去除，SS去除率可达50%，投资及运行成本适中。过滤法通过过滤介质表面或滤层截留水中悬浮固体和其他杂质，常用于给水处理及污水深度处理，进水SS超过50mg/L时需频繁反冲洗。生物处理法通过微生物降解悬浮有机物，投资及运行费用均最高。
对比以上各工艺优缺点及适用条件，生物处理法、过滤法不适合该高浓度废水的预处理，故采用格栅+沉淀池联合预处理工艺。
2.3 渗滤液厌氧处理工艺
渗滤液进水COD最高达60000mg/L，根据场地气温和热源条件，考虑中温厌氧处理，反应温度约35℃，设计COD去除率为70%。常用的厌氧处理工艺有升流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）等，三种工艺的COD去除率均可达80%以上。UASB容积负荷为5~15kgCOD/（m3·d），无混合搅拌设备，反应器内无需投加填料和载体，投资、运行成本低，但污泥床内有短流现象，对进水水质突变敏感，UASB渗滤液工程案例较多。IC容积负荷10~24kgCOD/（m3·d），占地较小，水力停留时间较短，耐负荷冲击强，但系统相对复杂，投资、运行费用较高，颗粒污泥培养的关键技术尚未普及。EGSB容积负荷为8~20kgCOD/（m3·d），反应器内污泥呈膨胀流化状态，活性高，沉淀性能良好，泥水混合充分，耐负荷冲击强，但系统投资、运行费用较高，启动周期长，其污泥特性和反应机理等方面有待完善。IC、EGSB的渗滤液工程案例相对较少。
从以上对比看出，三种反应器的处理效率均满足要求。IC、EGSB在容积负荷、耐负荷冲击上有优势，但两者的投资、运行成本较高，渗滤液工程案例较少，考虑到厌氧反应器前设置了SS预处理和调节池均衡水量水质，因此厌氧处理采用UASB工艺。
2.4 高浓度氨氮去除工艺
氨氮去除工艺主要有吹脱、膜过滤、生物处理、折点加氯等。吹脱工艺投资较低，能耗大，易产生二次污染。膜过滤操作方便，氨氮去除率高，无二次污染，投资及运行成本高。折点加氯法处理效率可达90%，效果稳定，运行费用高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。生物处理法通过硝化反硝化去除氨氮，工艺成熟，效果稳定，但处理流程长、能耗高、常需外加碳源、运行成本高。
根据以上分析比较，基于确保NH3-N去除率的同时避免二次污染的目的，确定采用生物处理+膜过滤的联合处理工艺。渗滤液经厌氧处理后与沼液均匀混合，再进入生物处理系统，混合后水温不低于20℃，混合废水C/N约为3。生物处理由两级反硝化硝化池、外置超滤、外加碳源等系统组成。废水中有机物、NH3-N、TN等污染物经过两级反硝化硝化工艺降解，混合液再经过超滤系统固液分离，清液送入RO装置进一步去除残留有机物等，确保出水达标。
2.5 膜生物反应器（MBR）型式
MBR有外置式和内置式两种。外置式MBR为错流式管式膜，污泥浓度达15~30g/L，膜材质为PVDF，膜通量达60~80L/（m2·h），处理渗滤液膜使用寿命为3~5a，混合液在膜管中高速紊流，堵塞几率低，每个月CIP在线清洗一次即可。内置式MBR为中空纤维膜丝或板式膜，污泥浓度达8~10g/L，膜材质PP居多，膜通量达15~25L/（m2·h），处理渗滤液膜使用寿命为1~3a，膜浸没在混合液中，膜表面易形成浓差极化，易堵塞，易产生膜破裂、断丝，每天需进行1~3次冲洗，还需不定期将膜吊出反应器离线清洗。综合两者的优缺点，该工程采用外置式MBR。
2.6 浓缩液处理工艺
RO系统会产生一定量的浓缩液，常见的浓缩液处理工艺有：再浓缩+离子交换或活性炭吸附处理；再浓缩+蒸发系统+回用；再浓缩+高级氧化+混凝沉淀+回用（灰渣冷却或半干法脱酸制浆等）。三种工艺产生的清液均可回用，但前两者的投资、运行成本均高于第三种工艺，且离子交换再生液、饱和活性炭、蒸发结晶属于危废，需妥善处理。离子交换、活性炭吸附需反洗。蒸发系统存在结垢、腐蚀风险。混凝沉淀产生的污泥，可与主系统剩余污泥合并处置。高级氧化采用Fenton氧化法，需配置Fe2+和H2O2组合的Fenton试剂投加系统。
该工程采用“再浓缩+高级氧化+混凝沉淀”工艺，对浓缩液进行减量并降解处理，处理后清液回用，剩余的浓缩液COD不超过500mg/L，交由垃圾焚烧厂作为炉渣冷却水。
2.7 低浓度废水生化处理工艺
低浓度废水来自园区的场地清洗水、生活排水、洗车废水、初雨等，设计水量为1000m3/d。进水B/C约为0.4，可生化性较好。进水NH3-N为普通生活污水的5~6倍，因此首选有脱氮效果的生化处理工艺，常用处理工艺有水解酸化+接触氧化与SBR。
两种处理工艺均技术成熟、可靠，脱氮效果较好，能抑制污泥膨胀。水解酸化+接触氧化组合工艺除磷效果占优，耐负荷冲击能力较强，投资、运行成本较低；而SBR工艺设备闲置率较高，占地大，自动化水平要求较高。从占地面积、管理方便、处理效率等方面考虑，确定采用水解酸化+接触氧化法。
2.8 最终工艺方案
渗滤液进水可能存在COD偏低而氨氮较高的工况，为避免经过UASB处理后出水C/N值太低，影响MBR系统的脱氮效果，UASB厌氧池设置超越管。
渗滤液通过螺旋格栅机+沉淀池+调节池+UASB处理，沼液通过螺旋格栅机+沉淀池+调节池预处理，之后两者均匀混合，再经MBR+RO+消毒处理达标。低浓度废水通过调节池+水解酸化池+接触氧化池+混凝沉淀池+机械过滤+RO+消毒处理达标。RO浓缩液经过高压NF+高压RO处理，清液回用。高压NF浓缩液采用高级氧化+混凝沉淀处理，出水与高压RO浓缩液混合，回用于灰渣冷却。污泥采用浓缩+污泥调质+隔膜压滤机脱水处理，至含水率不超过60%，交由垃圾焚烧厂掺烧处置。
渗滤液处理工艺流程见图1。
3、主要工艺构筑物设计
①渗滤液格栅机、初沉池、调节池。废水通过螺旋格栅机、初沉池预处理，出水SS降至不超过2000mg/L，进入调节池1。初沉池、调节池1合建，2个系列并联运行，单个系列尺寸为25.5m×29m×4.5m。单座竖流式沉淀池有效容积为37.5m³，表面水力负荷为1.0m3（/m2·h）。
②沼液格栅机、初沉池、调节池。废水通过螺旋格栅机、初沉池预处理，出水SS降至不超过250mg/L，进入调节池2。初沉池、调节池2合建，2个系列并联运行，单个系列尺寸为25.5m×29m×4.5m。单座竖流式沉淀池有效容积为37.5m³，表面水力负荷为2.75m3（/m2·h）。
螺旋格栅机栅隙为1mm，配置自动冲洗压榨系统，出渣含水率<80%。
③UASB厌氧池。以降解渗滤液有机物为主要目的，出水COD不超过18000mg/L，3个系列并联运行，单池尺寸为14.7m×11.4m×13.5m，有效容积为2010m3，水力停留时间为10d，设计上升流速为0.65m/h，COD负荷为5.1kg/（m3·d），每池设置排泥泵1台，流量为15m3/h。沼气设计产量为10206m3/d。厌氧池进水温度由公用蒸汽管通过热交换器维持在（35±2）℃。
厌氧反应产生的沼气，收集后输送至生物质综合处理厂，统一净化、贮存、综合利用。废水处理厂内设一套沼气火炬燃烧器，必要时对沼气直接燃烧处置。
④均质池。均衡厌氧池出水与沼液混合的水量水质，单池系列，尺寸为30m×13m×4.50m，有效容积为1400m3，水力停留时间约14h，池内设置潜水搅拌机。
⑤一级反硝化、硝化池。3个系列并联运行，每系列一级反硝化池净空尺寸为22.8m×15.0m×9.5m，有效水深为8.5m；每系列一级硝化池分两格，串联运行，每格净空尺寸为25m×15m×9.5m，有效水深为8.30m。设计污泥浓度为15g/L；反硝化负荷为0.06kgN/（kgMLSS·d）；硝化负荷为0.033kgN/（kgMLSS·d）；有机污泥负荷为0.06kgBOD5/（kgMLSS·d）；一级硝化池混合液、超滤浓缩液合计回流量为18~28倍进水流量。
⑥二级反硝化、硝化池。3个系列并联运行，每系列二级反硝化池净空尺寸为15m×6.8m×9.5m，有效水深为8.20m；每系列二级硝化池净空尺寸为15m×6.9m×9.5m，有效水深为8.1m。设计污泥浓度为15g/L；反硝化负荷为0.03kgN/（kgMLSS·d）；硝化负荷为0.025kgN/（kgMLSS·d）；有机污泥负荷为0.03kgBOD5（/kgMLSS·d）；超滤浓缩液回流量为2~3倍进水流量。
⑦超滤（UF）装置。UF为二级硝化池出水泥水分离装置。设计膜通量为70L/（m2·h），计算膜面积为1460m2；膜材质为PVDF，膜孔径为8mm，膜组件直径为20.32cm（8英寸），膜组件流道直径为8mm，膜组件长度为3050mm，单支膜组件面积为27m2，膜组件共60支，实际膜面积为1620m2，共设置6套膜装置，每套配置10支膜组件，每套膜装置的循环流量约264m3/h，运行压力为0.5~0.6MPa。
⑧反渗透（RO）装置。设计回收率为80%，设计膜通量为12L/（m2·h），计算膜面积为6420m2；膜材质为聚酰胺复合膜，膜组件直径为20.32cm（8英寸），浓水流道宽度为1.5mm，膜组件长度为1200mm，单支膜组件面积为34.4m2，设置膜组件216支，实际膜面积为7430m2，共设置6套膜装置，每套配置36支膜组件，运行压力为5~6MPa。
⑨浓缩液处理系统。RO装置浓缩液产量约600m3/d，采用高压纳滤（NF）+高压RO系统再浓缩。设置高压NF系统1套，运行压力为3~5MPa，设计回收率为80%；设置高压RO系统1套，运行压力为9~10MPa，设计回收率为70%，系统产生回用清液约336m3/d。
高压NF产生高浓液约120m3/d，其COD达6000~7000mg/L，采用Fenton氧化+混凝沉淀处理，处理出水与高压RO浓液混合均匀，混合浓液量约264m3/d，混合浓液COD不超过500mg/L，作为焚烧炉渣冷却用水。混凝沉淀排泥送污泥处理系统。
⑩低浓度废水处理系统。低浓度废水处理工艺为水解酸化+接触氧化+混凝沉淀+机械过滤+RO。水解酸化池容积负荷为0.6kgCOD/（m3·d），2个系列并联运行，每系列净空尺寸为11.0m×6.65m×5.5m，水力停留时间为8.8h。接触氧化池填料有机负荷为0.5kgCOD/（m3·d），2个系列并联运行，每系列净空尺寸为11.0m×8.65m×5.5m，水力停留时间为22.8h。混凝反应池、沉淀池为单系列，混凝反应池净空尺寸为8.5m×2.15m×5.0m，反应时间为50min，PAC投加量为100mg/L。沉淀池表面负荷为0.60m3（/m2·h），净空尺寸为Ø8.5m×5.0m，沉淀时间为2.8h。配置3台机械过滤器，并联运行，尺寸为Ø2m×3.3m，滤速为8m/h，底部滤料为500mm厚、粒径1~2mm石英砂支持层，上填1m厚、粒径0.8~1.2mm的颗粒状活性炭。
RO设计回收率为85%，膜通量为14L/（m2·h），共设置3条生产线，每条生产线计算膜面积为843m2；膜材质为聚酰胺复合膜，膜组件直径为20.32cm（8英寸），浓水流道宽度为1.5mm，膜组件长度为1200mm，单支膜组件面积为9.4m2，设置膜组件90支，实际膜面积为846m2，共设置3套膜装置，每套配置30支膜组件，运行压力为5~6MPa。
⑪污泥来源。初沉池污泥，干泥量约1.65t/d，湿泥含水率为96%；MBR剩余污泥，干泥量为8.55t/d，湿泥含水率为98.5%；低浓度废水系统剩余污泥，干泥量为0.33t/d，湿泥含水率为99.2%；厌氧剩余污泥，干泥量为1.3t/d，湿泥含水率为94%，采用重力浓缩+污泥调理+板框压滤脱水处理工艺。
污泥混合后进入重力浓缩池，浓缩池2个系列，并联运行，单系列尺寸为14m×10m×4.5m，固体通量为42.3kgDS/（m2·d），浓缩后污泥含水率约95%。
污泥调质池设置2系列，并联运行，每系列调质池设置2座，每座净空尺寸为5.1m×5.1m×5.0m，每系列第1座池为反应区，均分为2格，依次投加38%~40%的FeCl3溶液、10%的石灰乳，每格停留时间约40min；第2座为调理区，污泥停留时间约100min。石灰、FeCl3溶液投加量分别为干泥量的25%、15%。
设置4台隔膜板框压滤脱水机，正常运行时同时工作，每天运行2个周期，每周期历时5h。每台隔膜板框压滤脱水机的过滤面积为400m2，工作压力为2.45MPa。
4、实施效果
4.1 水量及水质
该工程2018年1月开始施工，2019年8月机械竣工，2019年10月底通过竣工验收，2020年4月通过环保验收，目前一直运行稳定，最终尾水水质优于设计出水水质。工程投产后最大日处理量达到设计规模，高浓度废水平均进水量为1800m3/d；计入初雨量，低浓度废水平均进水量为800m3/d，总处理规模达到设计值的80%。
①进水水质
高浓度废水及低浓度废水的实际进水主要指标见表3。
②尾水水质
目前该水质净化厂尾水水质均优于设计值，2020年4月1日—2021年3月31日连续1年尾水主要水质指标见表4。
4.2 经济分析
该废水处理厂设计处理规模为3250m3/d，其中高浓度废水为2250m3/d，接收垃圾焚烧厂、生物质综合处理厂产生的高COD、高NH3-N、高SS生产废水，处理工艺为格栅+沉淀+调节+厌氧+两级硝化、反硝化+UF+RO+消毒；低浓度废水为1000m3/d，接收园区生活排水、实验室废水、冲洗废水、初雨等，处理工艺为调节+水解酸化+接触氧化+混凝沉淀+机械过滤+RO+消毒；两股废水处理后尾水均优于设计标准。
包括6个月试运行费在内，该废水处理厂总投资约3.1亿元，吨水建设投资约95400元/m3；占地面积为2.748hm2，吨水占地面积约8.46m2/m3；高浓度废水直接运行费用约45元/m3，低浓度废水直接运行费用约12元/m3。
5、结论及建议
①在对进水水量、水质及其污染成分进行充分分析、调研的基础上，借鉴类似工程经验，高浓度废水采用去除SS、厌氧、均质、MBR、RO的组合处理工艺；低浓度废水采用传统生化处理工艺+RO处理工艺；浓液采用高压NF+高压RO及Fenton氧化+混凝沉淀处理，整个工艺适应性强，耐冲击负荷，出水水质稳定达标。
②厌氧反应产生的沼气成分50%以上为CH4，其他为CO2、N2及微量H2、H2S、NH3等，沼气储柜的火灾危险性为甲类，以此确定沼气柜与相邻建（构）筑物的安全间距，并做好防爆区域的划分，防爆区域内的电气、仪表应按照防爆要求选型。
③由于渗滤液和沼液的水量、水质随气候、季节等因素的变化而波动，建议渗滤液、沼液的处理流程前端各自设置调节池，调节池的有效容积应分析水量水质变化，并参考类似工程数据确定，调节池内应设置防止SS沉降的措施。
④RO浓缩液处理后如作为焚烧厂灰渣冷却用水，应长期密切关注灰渣浸出试验数据，确保灰渣综合利用的安全，同时应积极寻找浓缩液处理的新技术、新工艺，在进一步降低造价及运行成本的基础上，确保浓缩液得到安全有效的处置。（来源：广东省建筑设计研究院有限公司）