综合化工园区污水处理厂普遍存在水质水量波动大、可溶性难降解COD含量高、废水可生化性差、外加碳源量大等问题。山东某化工园区污水处理厂针对COD指标问题，在一期工程、一期提标改造及二期扩建工程的深度处理部分分别应用“臭氧接触池+活性炭滤池”“高级催化氧化+活性炭滤池”“活性焦吸附（配套活性焦再生系统）”工艺；针对总氮达标外加碳源量大问题，二期生化段将AAO优化为改良Bardenpho以挖潜生化系统的脱氮功能。对该厂不同时期、不同工艺应用情况进行比较分析，可作为国内类似化工园区污水处理厂主体工艺选择的参考。
1、一期工程运行情况及分析
1.1 工程概况
该污水处理厂始建于2015年，总规模2.5×104m3/d，分两期建设，一期1.0×104m3/d，主要处理园区内精细化工、新材料、医药及石油化工深加工等企业排放废水。原设计工艺为水解酸化+AAO+MBR+臭氧接触池+活性炭滤池，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A标准。2020年采用水解酸化+AAO+MBR+臭氧高级催化氧化+活性炭滤池工艺进行提标改造，出水执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）的Ⅳ类水体限值要求，其中SS≤6mg/L、TN≤15mg/L。提标采用的高级催化氧化工艺对COD的去除效果较提标前臭氧接触池提高近一倍，高于以往案例应用效果。
1.2 进、出水水质
该污水处理厂进水中生活污水占1/3，工业废水占2/3，其中工业废水含有各类难降解有机物（烃、卤代烃、醇、醚、醛、酮、酸、酯、苯酚、杂环类化合物等），水质复杂，难生物降解物质多，可生化性一般，而且波动极大，进水水质超设计标准现象时有发生。实施“一企一管”措施后（2021年10月—2022年10月）的进水水质如表1所示。
数据显示，整体进水水质平均值低于原设计进水水质，但水质波动剧烈，这主要是园区各企业厂内废水站处理水平参差不齐所致。数据还显示，氨氮、TN、TP三项指标依然存在超标现象。实际进水碳源不足，为保证出水TN稳定达标，需在部分时段额外投加碳源。
一期工程进、出水水质见表1。现状污水厂运行良好，90%保证率下出水水质均可稳定达标。
1.3 主要构筑物及设计参数
①事故调节池。
1池4格，正常运行时两格均作调节池运行，均质均量；当遇到检修维护及进水水质波动较大时，利用1/2池体作事故池来贮存事故水，之后用小泵提升注入后续处理构筑物。池体尺寸（L×B×H）为29.5m×19.2m×7.0m，有效水深6.3m，HRT约8.5h。一格内设置潜水排污泵3台（2用1备，1台变频，Q=209m3/h，H=80kPa，N=7.5kW）；一格内设置潜水排污泵2台（平时运行互为备用，事故时1用1备，1台变频，Q=105m3/h，H=80kPa，N=5.5kW）。
②曝气沉砂池。
设计流量658m3/h。池体1座分2格，配套1台桁车式吸砂机（配提砂泵2台）、1台处理量为20~27L/s的螺旋式不锈钢砂水分离器、2台曝气罗茨鼓风机2台（1用1备，Q=4.5m3/min，P=29.4kPa，N=5.5kW）。同时设有浮渣槽去除浮渣和油类。
③水解酸化池。
设计流量658m3/h，分2格，单格尺寸（L×B×H）为19.0m×12.0m×6.7m，有效水深6.1m，总水力停留时间为6.7h，筒体内空尺寸为直径1.7m，总高9.2m。每格采用1套钟罩式脉冲式布水器和20套穿孔管的小阻力配水方式，设14套排泥管。
④A2O生化池。
设计流量417m3/h，污泥负荷0.08kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥浓度（MLSS）6000mg/L，污泥回流比400%，污泥龄25d。厌氧、缺氧池有效容积2270m3/座，好氧池有效容积5140m3/座；总HRT为17.7h。
⑤MBR膜池及设备间。
设计流量417m3/h，膜池尺寸22.4m×14.1m×4.5m，水力停留时间2.4h。膜池为1座4格，膜组器共12套，每格3套同时预留1个空位。膜组器采用PVDF中空纤维膜，过滤孔径0.1µm，设计瞬时通量13.8L/（m2·h）。
⑥鼓风机房。
主要为A2/O反应池、MBR膜池提供气源。A2O反应池曝气风机：罗茨鼓风机3台（2用1备，Q=28.37m3/min，P=63.7kPa，N=55kW）。MBR膜池吹扫风机：罗茨鼓风机3台（2用1备，Q=41m3/min，P=44.1kPa，N=45kW）。
⑦臭氧催化氧化池。
COD设计去除量（ΔCOD）为25mg/L，按照O3：ΔCOD=1：1计算，臭氧设计投加量为25mg/L。池体1座，分独立2格，每格接触池分3段，前两段投加催化剂填料，采用密闭对流接触方式，在接触池下部采用微孔曝气、臭氧上向流、水流下向流，以达到充分反应。设计流量417m3/h，填料层、缓冲区、清水区的停留时间分别为15、15、30min，总停留时间60min。配套设备有电加热式臭氧尾气破坏器（2台，N=3.7kW，1用1备，材质316L）；高效臭氧容器装置（N=15kW，4台，SS316L材质）；催化剂填料108m3，动力泵（离心泵，Q=120m3/h，H=220kPa，N=11kW，4台）；反冲洗风机（罗茨风机，Q=24.3m3/min，H=85kPa，N=75kW，2台，互为备用）。
⑧臭氧发生间。
臭氧发生器2套（1用1备），单套臭氧制备能力10kg/h。
1.4 运行难点分析
①该项目难点是可溶性难降解COD较高，一期提标前深度去除COD采用臭氧活性炭滤池工艺，臭氧投加量约15mg/L，COD去除量约10mg/L；一期提标后，采用臭氧高级催化氧化和活性炭滤池（臭氧活性炭滤池利旧，保留活性炭滤池功用）组合工艺，臭氧高级催化氧化池的臭氧投加量为20mg/L，COD去除量约20mg/L，与设计值O3：ΔCOD=1：1符合，加上活性炭滤池COD吸附量为5mg/L左右，基本可保证出水达标。但由于该污水处理厂进水含盐量较高、硬度较高（总硬度为536mg/L），其覆盖在臭氧催化剂填料和活性炭表面，使催化剂填料和活性炭使用寿命大大缩短，运行费用升高。
②为保证TN去除效果，需要额外投加大量碳源。采用优质复合碳源，费用约0.33元/m3。
③水解酸化池设计上升流速0.94m/h，属于低水力负荷排泥，排泥量偏大，污泥层不易控制，系统内污泥量少，水解酸化效果较差，B/C比并未明显提高，出水与进水B/C均为0.22左右。
2、二期扩建工程工艺设计
2.1 设计水质、水量
二期处理规模为1.5×104m3/d，包含1.0×104m3/d工业废水和0.5×104m3/d生活污水，参考一期进水水质，工业废水可溶性难降解物质较多，可生化性差，处理难度大。同时考虑园区发展，后期将入驻更多精细化工企业，废水中难降解有机物占比增加，且园区内企业排水在进入管网时标准参差不齐，高标准企业为降低厂内运营成本，后期会调整排放水质接近设计标准，所以二期扩建工程的设计进水水质与一期相同，排放标准及去除率见表2。其中出水TN为10mg/L，高于一期设计值。
2.2 工艺流程
结合一期COD、氨氮波动大及工艺应用情况，二期在工业废水预处理、生化处理以及深度处理方面进行了优化选择，工艺流程分别见图1、2。
工业废水预处理部分采用臭氧预氧化工艺代替水解酸化工艺；生化处理系统采用改良Bardenpho代替普通A2O，可进一步深挖生化脱氮功能，减少碳源投加量；采用活性焦吸附工艺去除可溶性难降解COD，极大提高了COD吸附去除量，配套活性焦再生工艺，解决了活性焦结垢问题，保障了各项出水水质尤其是COD达标。
该扩建工程污水处理采用多级臭氧预氧化池+改良Bardenpho+MBR+活性焦吸附池（配套活性焦再生工艺），污泥处理采用污泥均质池+高压板框脱水机，除臭采用生物滤池工艺。
生活污水经管网收集后进入粗格栅去除纤维状物质和大颗粒悬浮物，再经过细格栅进一步去除悬浮物后，进入曝气沉砂池去除较重泥砂，然后自流进入改良Bardenpho生化池。工业废水经“一企一管”进入事故调节池，调节池出水由泵提升至混凝沉淀池，经过加药混合絮凝后进入沉淀池进行泥水分离，然后自流进入臭氧预氧化池，废水可生化性提高后，自流进入改良Bardenpho生化池，与生活污水混合，完成碳、氮、磷的去除。改良Bardenpho耦合MBR膜池，MBR工艺实现了泥水分离，使得活性污泥龄变长，有利于世代周期长的硝化细菌和反硝化细菌生长，从而增强脱氮效果，同时微滤膜的出色截留作用，可使出水SS保持极低水平。MBR出水进入活性焦吸附池，进一步去除可溶性难降解COD。出水进入消毒池，消毒池同时兼作排水泵房，最后的出水排入附近河流。
该污水处理厂污泥主要包括栅渣、混凝沉淀池污泥和MBR池污泥三部分，经污泥均质池充分混合后进入污泥浓缩池进一步浓缩，上清液回流至前端进水，污泥添加石灰后进入板框压滤机脱水至含水率60%后外运处置。
2.3 主要构筑物及设计参数
①事故调节池。
1座4格，半地下矩形钢混结构，有效容积5292m3，停留时间8.46h，穿孔管曝气搅拌，4格交替搅拌。配套污水提升泵3台，变频，2用1备，单泵Q=313m3/h、N=18.5kW。
②混凝反应池。
矩形钢混结构，包括机械混合池、絮凝池和平流沉淀池。机械混合池1座2组，单格停留时间为117s，配套单层混合搅拌机2台，L=1200mm，N=0.75kW。经混合的废水流入絮凝反应池。絮凝反应池分2组6格，设有框式反应器，HRT为13.7min。絮凝反应池配置L=1800mm絮凝搅拌机2套。PAC投加量为50mg/L，PAM投加量为1mg/L。
③平流沉淀池。
2座，表面负荷1.41m3（/m2·h），单座尺寸（L×B×H）=30.0m×4.9m×3.5m，有效水深3m。配套桁车式吸泥机，跨度10.4m，电机功率2×0.55kW，真空泵功率0.75kW；排泥泵4台，2用2备，单泵Q=100m3/h、N=5.5kW。
④臭氧预氧化池。
1座2格，单座尺寸（L×B×H）为26.6m×14.6m×7.5m，有效水深6.15m；两池体中间为设备间，尺寸（L×B×H）为25.1m×4.0m×7.5m。三段接触臭氧最大设计投加量为24mg/L。每级曝气的臭氧比例按照2∶1∶1设计，采用GW600型射流曝气器4套；卧式离心泵5台，4用1冷备，单泵Q=120m3/h、N=15kW；呼吸阀4套，DN80，材质为SS316L，设计压差0.1MPa。其他配套设备：臭氧系统管路、呼吸阀、尾气分解器及臭氧扩散装置，其中尾气破坏器Q≥80m3/h，N=5kW，1用1备。
⑤生物反应池。
集厌氧、缺氧、好氧于一体，依次分为预缺氧池、厌氧池、一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池6部分。其中，MBR膜池污泥回流至好氧池；好氧池内混合液回流至缺氧池，缺氧池混合液回流至厌氧池。MBR膜池排放剩余污泥。共设2座，单座尺寸为54.2m×27.1m×6.2m，MLSS为4000~6000mg/L，污泥负荷0.065kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥龄21d，水力停留时间23.4h。预缺氧池有效水深5.6m，停留时间1.13h。厌氧池有效水深5.55m，停留时间1.97h。一级缺氧池有效水深5.50m，停留时间6.68h。一级好氧池有效水深5.45m，停留时间9.13h。二级缺氧池有效水深5.40m，停留时间2.88h。二级好氧池有效水深5.35m，停留时间1.6h。单池配套微气泡高氧转移速率管式曝气装置426根，规格为1m/根，供气量6~8m3（/根·h），充氧效率22%。预缺氧池设置中速潜水搅拌机3台，2用1冷备，N=3kW；厌氧池设置高速潜水搅拌机5台，4用1冷备，N=2.5kW；一级缺氧区设置5台低速潜水推进器，4用1冷备，N=5.0W；二级缺氧区设置中速潜水搅拌机5台，4用1冷备，N=3.0kW。设置混合液回流泵3台，2用1冷备，单泵Q=260L/s、N=5.0kW。精细格栅2台，栅条间隙1mm。
⑥MBR膜池。
1座6格，膜池尺寸32.4m×14.1m×4.5m，停留时间2.4h（平均时）。膜设备间尺寸37.3m×11.9m，层高6.6m。设置18台膜组器，采用PVDF中空纤维膜，过滤孔径0.1µm，设计瞬时通量15L/（m2·h）。配套8台产水泵（6用2备，变频，单泵Q=167m3/h、N=7.5kW），在线CIP清洗泵（3台，2用1备，1台变频，单泵Q=100m3/h、N=5.5kW），液环真空泵（2台，1用1备，单泵Q=165m3/h、N=4.0kW，最大真空度84%），反洗次氯酸钠加药泵（Q=1500L/h，2台，1用1备），次氯酸钠PE储罐（1座，10m3），反洗柠檬酸加药泵（Q=1500L/h，2台，1用1备），柠檬酸PE储罐（1座，5m3），膜池混合液回流泵（不堵塞干式泵，3台，2用1冷备，单泵Q=434L/s、N=5.5kW），剩余污泥泵（不堵塞干式泵2台，1用1冷备，单泵Q=38m3/h、N=5.5kW），仪表用空压机系统1套。
⑦活性焦吸附池。
工艺流程见图3。
完整活性焦吸附工艺系统由污水提升、活性焦吸附、活性焦输送、活性焦再生、新焦补充、活性焦废气处理等几部分组成，在国内已有不少应用案例。该工程活性焦再生采用外协处理再生后回用，故不单独配套再生系统。设计参数：COD从60mg/L降至25mg/L；活性焦再生周期288d，每个再生周期活性焦损耗10%（含机械及再生热损耗）。
采用30座活性焦吸附罐，分3组并联运行，每组含活性焦吸附罐10座并联运行，饱和焦再生时，1组停止进水，其余组进水运行，停运罐进行提取饱和焦及投加再生焦操作。
活性焦吸附罐规格：Ø3000mm×8800mm，玻璃钢外刷抗紫外线胶衣；底部厚25mm，顶部厚20mm。每座罐体配套1组PP材质布水器，其过水能力为50m3/h。活性焦活粒径为2~8mm，不均匀系数为1.3，中孔（孔径2~50nm）占比40%~60%，比表面积为600~1100m2/g，碘值700~950mg/g，亚甲基蓝吸附值120~195mg/g，主要吸附污水中直径为1~20nm的难降解长链有机物。活性焦再生采用内热式回转再生炉。
3、二期实际运行效果及技术经济分析
3.1 运行效果
该系统于2022年6月投入运行，各处理单元的水质如表3所示。该工艺对COD、TN、氨氮、TP、SS的去除率分别达到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%。
二期改用臭氧氧化进行预处理后，废水可生化性（B/C值）提升至0.47，是一期水解酸化系统的2.1倍。一期工程脱氮需要优质复合碳源130mg/L，二期改用改良Bardenpho工艺后，碳源采用乙酸钠，投加量降至约65mg/L，节省药剂费0.21元/m3。
活性焦吸附池出水总氮和氨氮均稍微降低。活性焦在运行初期对氮的吸附量不太大且易发生脱附，因此不具有长期吸附效果，但经过数月运行，活性焦对氨氮和总氮的去除保持在一定水平，具有一定的耐冲击负荷能力，推测存在生物转化作用。
3.2 经济指标
该扩建工程总投资为1.1803亿元，其中建筑安装费为9453万元，直接运行成本（电费、药剂费）为1.43元/m3。
具体测算见表4。
4、结论
①山东某化工园区污水处理厂扩建工程采用改良Bardenpho+MBR+活性焦吸附工艺处理园区企业排放的生活污水和生产废水，废水处理量为1.5×104m3/d，抗冲击负荷能力强，处理效果好，对COD、TN、NH4+-N、TP、SS的去除率分别达到87.42%、80.11%、99.14%、92.86%、99.07%，出水水质稳定在《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）的Ⅳ类标准以下，其中SS≤6mg/L、TN≤10（12）mg/L。直接处理成本（电费、药剂费）为1.43元/m3。
②臭氧氧化提高废水可生化性的效果优于水解酸化；二级处理采用改良Bardenpho，对比一期，在更高的TN排放标准下，碳源投加量降低约50%，节省药剂费0.21元/m3。总药剂费（不含污泥脱水）由一期的0.66元/m3降到0.32元/m3，直接运营成本（不含污泥处置、折旧、维修、膜更换等）节省0.34元/m3。
③扩建工程运行时间尚短，实际进水量为0.75×104m3/d，实际进水水质比设计水质低，随着园区发展，预测进水水质水量会趋向设计值，运行费用应高于目前数值。（来源：青岛水务碧水源科技发展有限公司）