1、工程概况
浙江某城南污水厂将服务范围内的园区生活污水、工业废水及县城生活污水混合后处理，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准，目前水量已接近4×104m3/d的最大处理能力。考虑到园区入驻企业日益增多及城镇的发展，拟将原有污水厂作为生活污水处理厂，新建一座污水厂用于处理园区工业废水，将工业废水和生活污水分质处理，降低生活污水处理成本；同时促进城镇的可持续发展及保护衢江的水环境安全，将出水水质提升至浙江省《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB33/2169—2018）。
原污水厂一、二期规模均为2×104m3/d，分别采用CASS、A2O工艺，其预处理区和主厂区在单独的区域建设，且距离较远。原预处理区预留地约0.153hm2，可满足原污水厂改造及新建污水厂预处理单元的用地需求；而原污水厂主厂区内仅有空地约0.4hm2，且周边无可拆迁征用地，因此选择占地小、处理效率高的生物处理系统是本工程的关键。
2、设计进、出水水质
本工程污水来源为浙江某县城南工业园区全部的工业废水，其在达到《污水综合排放标准》（GB8798—1996）三级标准后进入污水厂，最终出水达到DB33/2169—2018要求后排放至衢江。
本工程设计规模为2×104m3/d，设计进、出水水质指标见表1。
3、污水处理工艺
3.1 污水处理工艺的选择
本项目的工业废水来自于41个中小企业，主要为毛绒、机械加工、食品、包装、电子行业等。各企业排水量均不超过1000m3/d，水质差别较大，毛绒类废水中COD、SS和色度相对较高；机械加工废水可能含有乳化液、石油类污染物；食品行业废水中氨氮高；包装行业废水含有少量水性油墨；电子行业废水中有机物及氨氮浓度较高，且可能含有少量氟等。
由于共用一根排水总管，无法单独测定各企业水质，通过对混合废水进行为期5d的连续监测，可知对于不同时段，主要污染物波动较为明显，COD、氨氮、总磷、总氮的平均值分别为422、21.3、2.14、32.7mg/L，最大值分别为871、37.6、7.24、61.4mg/L。结合出水要求可知，除总氮外，各污染物去除率均需达到88%~95%以上，且由于本工程是在原有预留地内实施，因此高效、紧凑的工艺单元设置是项目的设计核心。
由于混合废水水质来源多样、水质复杂，建议采用预处理+生物处理+深度处理的工艺路线。与原污水厂预处理工艺类似，本项目预处理采用初沉、隔油工艺。
随着好氧颗粒污泥的发现，近年来以颗粒污泥为微生物聚集体的好氧处理技术应运而生。其中以荷兰公司为代表的好氧颗粒污泥技术凭借其工业化成熟度高、节能高效等优势在国外被大量应用，该反应器以SBR工艺模式为基础，通过优化反应器内部结构及控制方式，培养出的成熟颗粒污泥粒径可达到2mm左右，见图1。
针对本项目用地紧张的问题，考虑将荷兰公司的好氧颗粒污泥技术以及紧凑型的A2O+MBR工艺作为生化处理单元的备选工艺，对比见表2。
经综合对比，选用荷兰好氧颗粒污泥技术作为本项目的生化处理工艺，该工艺的引用也为其对国内污水水质的适用情况提供了示范作用。
深度处理单元的作用是强化对残余COD及TN、TP的去除，一般采用过滤、接触氧化等。污水厂出水对总氮要求较高，因此本项目采用高效澄清池+反硝化深床滤池工艺。
3.2 工艺流程
污水处理工艺流程见图2。
工业废水通过收集管道首先进入粗格栅间，截留较大的污染物以保护水泵等重要设备；经过粗格栅后，污水进入提升泵房。经水泵提升后依次进入初沉池、隔油池，去除悬浮物及油脂等，避免影响生物池供氧效率。调节池对工业废水起到均质的作用，设置水质在线监测设备，随时监控来水状况，当来水异常时，可及时通知管委会或中控室，采取相应的应对措施。污水进入好氧颗粒污泥反应器前，先经孔板细格栅进一步去除细小悬浮物，避免堵塞生物池曝气系统及布水系统。高效澄清池及反硝化深床滤池进行脱氮除磷及对SS的去除，经次氯酸钠消毒后排至衢江。由于工业废水B/C不足，在好氧颗粒污泥反应器和反硝化深床滤池均需投加碳源。当工业废水水量不足或生活污水量波动较大时，可将部分预处理后的生活污水切入新建污水厂。
3.3 工艺特点
本工程虽采用普遍的生物处理结合深度处理的总体路线，但基于好氧颗粒污泥技术的生物池设计具有独特的优势。
①采用好氧颗粒污泥生物池，由于颗粒污泥密实、沉降性能好的特殊结构形式，使得颗粒由外到内存在明显的基质浓度梯度和溶解氧浓度梯度。曝气反应阶段，硝化细菌和异养细菌处在颗粒外层，可以实现有机物的降解和硝化反应，当硝酸盐产生后就会在颗粒缺氧层发生同步硝化反硝化反应。好氧颗粒污泥内的聚磷菌能强化生物除磷作用，在好氧环境下对磷的高吸收特性形成富磷污泥，然后通过排放剩余污泥达到除磷目的。因此，好氧颗粒污泥可以在一个生物反应器中进行碳去除、硝化、反硝化和磷去除，使系统更加紧凑，并显著减少所需的占地面积。原污水厂的AAO池占地0.387hm2，而新建生物池仅用地0.119hm2，综合用地节省约40%。
②生物池由底部布水器上流式进水，进水的过程可充分利用原水碳源同步实现反硝化脱氮及均质回流，固定堰溢流出水，整个生物池内无任何动力设备，大大降低了能耗。
③好氧颗粒污泥生物池采用全自动时序控制，实现智能化运行。根据来水和工艺运行状况，通过设置于反应器系统内各仪表的测量值，判断系统状态，自动调节优化各运行参数，动态调整周期时间等。在满足处理需要的同时通过减少能耗、药耗而降低运行费用，相较传统的手动或半自动操作，该系统具有较高的工艺先进性。
4、主要工艺设计参数
①调节池：1座，钢筋混凝土结构，尺寸为28m×38m×11.5m，有效水深10.5m，水力停留时间12h。
②好氧颗粒污泥生物反应器系统：包括进水缓冲池1座，生物池2座，污泥缓冲池1座。污水由进水缓冲池提升泵提升至生物池A池底部，同时顶部排水堰排水，随后依次完成曝气、沉淀、排泥，2组生物池交替运行。沉淀工序完成后，生物池排泥进入污泥缓冲池暂存，经快速沉降后，上清液自流排入进水缓冲池，沉淀污泥提升至污泥处理系统，污泥缓冲池清空后等待下一周期排泥。
进水缓冲池容积800m3，设进水提升泵2台，单台流量870m3/h，功率75kW；潜水搅拌器1台，功率7.5kW。
单座生物池尺寸为22.7m×17.2m×11m，水力停留时间9.36h，混合液悬浮固体浓度（MLSS）为8000mg/L；平均污泥负荷为0.11kgBOD5（/kgMLSS·d），剩余污泥产量为4.28tDS/d；好氧区实际需氧量（AOR）为6330kgO2/d，设风机4台，3用1备，单台风量48.7m3/min，功率110kW；池内设专项布水系统、曝气系统、滗水器及液位调整系统，每池设仪表组1套（监测氨氮、硝酸盐、pH、DO等），无其他机械动力设备。生物池每个周期运行240min，其中进/排水65min、曝气145min、沉淀30min，具体见图3。
生物池的沉淀工序伴随着排泥进行，筛选出的细碎颗粒污泥通过中部排泥设备排放至污泥缓冲池。污泥缓冲池容积200m3，设污泥泵2台，单台流量50m3/h，功率7.5kW。污泥泵出口设置污泥浓度计1台，当排泥浓度低于8000mg/L时，自动停泵并排放上清液。
③高效沉淀池：1座，钢筋混凝土结构，尺寸为21.6m×10m×7.85m，水力停留时间1.38h；设计表面负荷15.4m3（/m2·h）；配套快速搅拌器4台；絮凝搅拌器1台；排泥/回流泵3台（2用1备），流量45m3/h；刮泥机直径Ø9.4m，功率1.1kW。设计PAC投加量50mg/L，PAM投加量2mg/L，粉炭投加量100mg/L。
④反硝化深床滤池：1座4格，钢筋混凝土结构，单格尺寸12.2m×2.9m×6.80m；滤速<5.89m/h；硝态氮容积负荷≤0.386kgNO3--N/（m3·d）；配套罗茨鼓风机3台（2用1备），风量53.8m3/min，功率75kW；反冲洗泵2台（1用1备），流量518m3/h，功率44kW。
5、处理效果及经济技术指标
2020年5月—10月主要污染物的平均去除效果见表3。
本项目自2019年11月正式启动调试，至2020年4月试运行结束后，正式投入运行。由表3可知，在进水COD、氨氮、总氮、总磷分别为360~660、20~42、35~55、1.65~3.66mg/L波动的情况下，出水COD、氨氮、总氮、总磷分别低于40、2、12、0.3mg/L，稳定达标。
好氧颗粒污泥同步脱氮除磷的优势在实际运行中得到了验证，反应器总氮去除率将近78%、总磷去除率为88%，超过预期效果。通过持续观察记录，自2020年3月—2022年3月，颗粒污泥粒径由初期的以0.2mm为主，持续增长至1.4mm以上，见图4。图中由左至右、由上至下分别为0.2、0.4、0.8、1.4、2.0mm孔径筛网。
颗粒污泥的大小及增长速率与水中部分离子浓度存在一定相关性，且不同水质形成的成熟污泥粒径也不同，低浓度废水培养的成熟污泥颗粒粒径为0.8~1.0mm左右。截至2020年8月，污泥浓度由初期的4.28g/L倍增至10.64g/L，污泥体积指数（SVI）稳定在30mL/g以下。
本项目建设投资约1.2亿元，实际平均水量1.8×104m3/d，电耗0.32kW·h/m3，10%的液体PAC消耗量为0.028kg/m3，10%的液体次氯酸钠消耗量为0.06kg/m3。相较原一、二期（CASS及A2O工艺），节省运行费用（吨水处理综合电耗和药耗）30%以上。
6、结论
采用好氧颗粒污泥反应器+高效澄清池+反硝化深床滤池的主体工艺处理工业园区废水，出水水质达到浙江省地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB33/2169—2018），出水排放至衢江。好氧颗粒污泥技术的成功应用，打破了传统絮状污泥耐冲击能力差、有机负荷难以提高的困境，在节省占地及降低运行费用方面有了较大的突破，节能高效的处理工艺为建设美丽衢江作出了一定贡献。同时，本工程作为好氧颗粒污泥技术在亚洲的首个工程化应用案例，对该技术在国内的应用推广具有指导性意义，可为后续新建或改扩建污水厂提供新选择，为节能减排提供新途径。（来源：北创环保<北京>有限公司，龙游华水水业发展有限公司）