孫遠帥

（光大水務（濟南歷城）有限公司， 濟南 250108）

1 工程概況

某高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)因涉及稀土產(chǎn)業(yè)， 故不僅有常規(guī)性污染（廢水中COD、 NH3-N 和廢氣中SO2、NOx）， 更突出的是非常規(guī)性的污染， 包括重金屬污染、 低放射性污染、 含氟廢氣污染等。 氨氮廢水的處理歷來是廢水處理的重點和難點， 隨氨氮廢水的種類和含量的不同主要有物理化學法、 化學法、生物法等多種處理工藝［1-2］。

目前， 園區(qū)已入駐的企業(yè)有4 家， 主要從事稀土及伴生礦精深加工生產(chǎn)， 園區(qū)企業(yè)以稀土精礦分解提取、 萃取分組、 分離為主。 產(chǎn)品主要為經(jīng)提純的稀土元素及伴生產(chǎn)物， 如氧化鈰、 鑭鈰合金、 釹鐵硼合金鑄片、 鐠釹合金等。 廢水主要產(chǎn)生于堿法分解、 萃取以及清洗階段。 冶煉工廠內廢水種類主要為含氟堿性廢水、 真空冷卻水、 皂化廢水、 碳沉廢水及生活污水。 各家企業(yè)配套建設稀土廢水預處理工程， 預處理后的廢水排入園區(qū)污水處理廠。 該污水處理廠采用預處理-UF-RO-消毒處理工藝，UF-RO 處理的濃水采用多級混凝沉淀-A2O-過濾-消毒處理工藝， 處理后出水水質要求達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準， 以滿足大規(guī)模稀土冶煉廢水的處理要求。

2 廢水的水質與水量

該污水處理廠廢水來源主要是4 家稀土生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)預處理后的廢水， 具有可生化性差， 重金屬種類多， 生物毒性大等特點。 園區(qū)企業(yè)排放廢水執(zhí)行GB 26451—2011《稀土工業(yè)污染物排放標準》表2標準， 總鉛執(zhí)行GB 26451—2011 表3 標準。 設計水量近期為3 000 m3／d， 遠期為6 000 m3／d， 總變化系數(shù)Kz＝1.6， 其中生活污水占比為10%， 工業(yè)廢水和生活污水加權平均后確定污水處理廠設計進水水質， 出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準， 設計進出水水質情況見表1。

表1 設計進出水水質Tab. 1 Design influent and effluent water quality

設計RO 產(chǎn)水率為75%， 設計濃縮液水量為設計規(guī)模的25%。 污水經(jīng)RO 處理后， 出水能達到GB 18918—2002 一級A 標準， 根據(jù)物料平衡， 則設計濃縮液水質見表2。

表2 設計濃縮液進出水水質Tab. 2 Design influent and effluent water quality of concentrated liquor

3 廢水處理工藝

3.1 廢水處理工藝選擇

根據(jù)本工程進水水質及排放標準要求， 本工程主要以有機物、 NH3-N、 TN 以及重金屬和氟化物為主要去除目標。 傳統(tǒng)的稀土高氨氮廢水處理方法主要有蒸發(fā)濃縮結晶、 吹脫、 汽提和磷酸銨鎂（MAP）沉淀等， 但這些方法具有能耗高、 處理成本高或易產(chǎn)生二次污染等局限性［3］。

一般情況下， 有機物、 NH3-N 以及TN 的去除最經(jīng)濟有效的方式為生化法； 重金屬和氟化物的去除最經(jīng)濟可行的方式為化學沉淀法， 也有部分高濃度廢水采用溶劑萃取、 離子交換、 膜分離以及生物吸附法。 膜處理工藝常用于自來水和廢水的深度處理［4-5］， UF-RO 處理工藝已廣泛應用于鋼鐵廢水、化工廢水、 印染廢水和冷卻水的處理和回用， 取得了良好的效果［6-8］。 采用膜分離技術處理稀土冶煉廢水已有相關的研究報道， 它可以實現(xiàn)高鹽廢水的處理和回用［9-10］。 UF、 NF 和RO 等膜分離技 術是20 世紀中期發(fā)展起來的新型分離技術， 具有效率高、 能耗低、 無相變、 工藝簡單、 連續(xù)化操作和環(huán)境友好等特點［11］。

因本工程進水水質濃度較低， 又有高品質回用水需求， 故水處理方式考慮主要以化學沉淀法去除重金屬后， 經(jīng)膜分離法將廢水中污染物進行分離，產(chǎn)水用于高品質回用， 濃水經(jīng)化學法進一步去除重金屬污染物， 降低生物毒性后， 采用生化處理去除常規(guī)污染物。

經(jīng)分析本工程廢水采用預處理-混凝沉淀-UFRO-消毒的回用水處理工藝， UF-RO 處理的濃水采用多級混凝沉淀-A2O-過濾-消毒的處理工藝，具體流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程Fig. 1 Process flow

來自稀土生產(chǎn)企業(yè)的廢水進入進水泵房， 經(jīng)潛污泵提升至細格柵， 除去細小漂浮物后， 在旋流沉砂池中去除泥沙， 沉積在沉砂池底部的泥沙經(jīng)吸砂機排入污泥儲存池內； 經(jīng)除砂后的廢水重力流入調節(jié)池， 均質調節(jié)后進入混凝沉淀池， 混凝沉淀池反應區(qū)主要通過投加氯化鈣、 PAC 以及PAM， 去除污水中的懸浮固體顆粒物、 氟化物以及絮凝裹帶走的部分重金屬， 上清液自流進入氣浮設備， 進一步去除污水中的懸浮物質和膠體。 產(chǎn)水進入中間水池經(jīng)提升泵入UF 單元進行回用水預處理， UF 產(chǎn)水進入RO 過濾單元， 經(jīng)RO 過濾單元處理的清水已達到回用水和排放要求， 直接排入消毒池內進行消毒處理。

UF 和RO 過濾單元的濃水經(jīng)濃水調節(jié)池后，進入多級混凝沉淀池內去除重金屬等物質。 一級酸調沉淀池投加鹽酸和硫酸亞鐵（備用）， 主要利用酸性條件將金屬化合物中的金屬元素析出到廢水中，再通過硫酸亞鐵分解出的二價亞鐵離子還原部分重金屬價態(tài)， 同時具備一定的混凝效果， 初步去除雜質和干擾因子； 二級pH 值調節(jié)主要通過投加氫氧化鈉和硫化鈉， 與一級沉淀池上清液中析出的大部分重金屬元素進行化學反應， 生成重金屬硫化物沉淀； 三級堿調主要通過投加氫氧化鈉和氫氧化鈣，深化二級處理效果并去除廢水中的氟化物， 使其達到排放標準； 四級精細化調節(jié)主要根據(jù)實際來水情況， 進一步深化對應污染物的去除效果。

多級混凝沉淀池產(chǎn)水進入A2O 生化池， 后端出水采用斜管沉淀池進行固液分離， 沉淀出水進入纖維轉盤濾池進一步處理后， 進入消毒池內消毒處理， 所有經(jīng)過消毒處理后的水進入回用水池， 部分用于廠區(qū)綠化和沖洗， 剩余出水經(jīng)巴歇爾流量槽計量后排入安寧河， 出水水質要達到GB 18918—2002 一級A 標準。 污泥濃縮池的污泥用污泥泵提升至板框壓濾機進行脫水； 脫水產(chǎn)生的濾液通過廠區(qū)排水管道自流入進水泵房進行二次處理。 預處理設施產(chǎn)生的柵渣等雜物外運衛(wèi)生填埋處置， 污泥壓濾成泥餅交由危廢處理中心處置。

3.2 設計工藝特點

（1） 采用預處理-混凝沉淀-UF-RO-消毒的回用水處理工藝， 既能確保出水污染物濃度穩(wěn)定達到排放標準， 又能滿足中水回用的水質要求。

（2） RO 濃縮液中所含的重金屬采用多級混凝沉淀法去除， 常規(guī)污染物采用A2O 活性污泥法降解， 確保濃縮液經(jīng)過處理并與RO 出水混合后， 各項污染物指標穩(wěn)定達到排放和回用標準。

4 主要構筑物及設計參數(shù)

（1） 旋流沉砂池。 尺寸為5.09 m × 3.98 m ×3.32 m， 共2 座， 有效水深2.75 m， 鋼筋混凝土結構。 空氣提砂機2 臺， 1 用1 備； 螺旋砂水分離器2 臺， 1 用1 備； 空壓機2 臺， 1 用1 備。

（2） 調節(jié)池。 尺寸為13.00 m×10.00 m×5.50 m， 有效水深5.00 m， 鋼筋混凝土結構， 近期停留時間為5.2 h， 遠期停留時間為2.6 h。 設潛水攪拌器4 臺； 潛水提升泵3 臺， 2 用1 備。

（3） 事故池。 尺寸為13.00 m×10.00 m×5.50 m， 有效水深5.00 m， 鋼筋混凝土結構。 設潛污泵2 臺， 1 用1 備。

（4） 混凝沉淀池。 混合池HRT 為4.8 min； 絮凝池HRT 為28 min； 斜管沉淀池表面負荷為4.8 m3／（m2·h）。 合建， 近期設1 座， 遠期增加1 座，尺寸為14.35 m × 5.70 m × 2.00 m， 鋼筋混凝土結構。 設混合攪拌器1 臺； 絮凝攪拌器1 臺； 刮泥機1 臺； 污泥循環(huán)或排放泵3 臺； 斜管采用0.4 mm乙丙共聚正六邊形新型蜂窩斜管， 內切圓直徑為80 mm， 長1 000 mm， 水平安裝傾角θ 為60°。

（5） 氣浮設備。 近期配置混凝氣浮機1 臺， 遠期增加1 臺。 單臺尺寸為15.00 m × 4.00 m × 4.45 m， 鋼制一體化結構。 單臺Q ＝180 m3／h， 溶氣水量為60 m3／h， 主機功率為7.5 kW， 刮泥機功率為0.55 kW， 空壓機功率為1.5 kW ， 設備配套回流泵、 溶氣罐、 刮泥機、 配電柜、 空壓機等。

（6） UF 系統(tǒng)。 處理水量為140 ～180 m3／h， 產(chǎn)水率為90%， 最小產(chǎn)水率不小于70%。 設6 臺膜組器， 尺寸為15.00 m×4.00 m×4.45 m。 合計配膜總面積為2 000 m2， 膜通量為85 L／（m2·h）； 產(chǎn)水泵2 臺； 反洗泵2 臺； 在線清洗系統(tǒng)1 套， 鋼制緩沖罐1 臺， 鋼制沖洗水箱2 臺。

（7） RO 系統(tǒng)。 1 套， 回收率為75%， 脫鹽率≥95%（3 a 內）。 采用兩段增加， 前后排比為13 ∶7 排列。 設計進水水溫為18 ℃， 產(chǎn)水量為112 m3／h，采用6040 模殼20 只（4×5 排列）， 單殼6 膜， 合計120 只， 單只膜面積為37.2 m2， 合計配膜總面積為4 464 m2， 膜通量為25.08 L／（m2·h）。 設阻垢劑加藥裝置1 臺， 保安過濾器1 臺， 反滲透高壓泵1臺， 化學清洗裝置1 套， 反洗水泵1 臺。

（8） 多級混凝沉淀池。 最大設計規(guī)模為1 200 m3／d。

一級酸調節(jié)沉淀池（加稀鹽酸與硫酸亞鐵），pH 值為2.0 ～3.0， 反應區(qū)單格尺寸為2.0 m×2.0 m×5.8 m， 共2 格， HRT 為50 min， 沉淀區(qū)表面負荷為4.68 m3／（m2·h）。

二級pH 調節(jié)沉淀池（加氫氧化鈉與硫化鈉），pH 值為6.0 ～7.0， 反應區(qū)單格尺寸為2.0 m×2.0 m×5.8 m， 共2 格， HRT 為45 min， 沉淀區(qū)表面負荷為4.68 m3／（m2·h）。

三級pH 調節(jié)沉淀池（加氫氧化鈉與氫氧化鈣），pH 值為8.5 ～9.5， 反應區(qū)單格尺寸為2.0 m × 2.0 m × 5.8 m， 共2 格， HRT 為40 min， 沉淀區(qū)表面負荷為4.68 m3／（m2·h）。

四級pH 調節(jié)沉淀池（精細段， 水質差時投加氫氧化鈉）， pH 值為10.0， 反應區(qū)單格尺寸為2.0 m×2.0 m×5.8 m， 共2 格， HRT 為40 min， 沉淀區(qū)表面負荷為4.68 m3／（m2·h）。

pH 調節(jié)池（加稀鹽酸）， 使出水pH 值在6.5 ～8.0。 多級混凝沉淀池共設攪拌器8 臺。

（9） A2O 生化池。 1 座， 與多級混凝沉淀池合建， 生化部分尺寸為18.40 m × 8.75 m × 5.80 m ＋4.25 m×3.00 m×5.80 m， 總容積為902.33 m3， 其中厭氧池67.58 m3， 缺氧池278.25 m3， 好氧池556.5 m3。 總停留時間為18 h， 最大設計規(guī)模為1 200 m3／d， 產(chǎn)泥系數(shù)為0.82 kg［DS］／kg［BOD5］， 泥齡為15 d， 污 泥 濃 度 為4 000 mg／L， 污 泥 回 流 比 為100%， 混合液內回流比為100%～300%， 好氧池末端溶解氧質量濃度為2.0 mg／L。 設潛水攪拌器4臺； 潛水推流器2 臺； 內回流泵4 臺， 2 用2 備；羅茨風機2 臺， 1 用1 備； 膜片式曝氣盤230 套，直徑為216 mm； 組合填料（醛化維綸）146 m3。

（10） 纖維轉盤濾池。 1 座， 尺寸為6.50 m ×4.55 m×3.50 m， 鋼筋混凝土結構。 濾速為8 ～15 m3／（m2·h）， 單盤有效過濾面積為1 m2， 4 盤／池。水頭損失為0.05 ～0.30 m， 反洗速度為0.04 m／min。 設反洗水泵1 臺， 吸泥泵2 臺。

（11） 接觸消毒池。 尺寸為4.00 m × 7.00 m ×3.80 m， 鋼筋混凝土結構。 采用次氯酸鈉接觸消毒， 有效氯投加量為6 mg／L， 接觸時間為45 min。設次氯酸鈉計量泵2 臺， 1 用1 備。

5 運行效果及分析

經(jīng)過半年時間的調試， 各處理單元處于正常運行狀態(tài)。 出水污染物指標ρ（COD） ≤50 mg／L，ρ（NH3-N）≤5 mg／L， ρ（Cr）≤0.1 mg／L， 出水水質達到GB 18918—2002 一級A 標準。 各單元處理效果見表3。

表3 各處理單元的實際運行效果Tab. 3 Actual operation effect of different treatment unit

6 技術經(jīng)濟指標分析

該項目總投資為3 205.62 萬元， 規(guī)劃總用地7 086.70 m2。 運行費用包括藥劑費、 水電費、 人工費、 設備維護費等， 單位處理成本約為3.70 元／ m3。污水處理廠建成后， 每年減少約76.65 t 的COD、49.28 t 的NH3-N， 0.79 t 的總鉻等污染物排入環(huán)境水體， 對控制當?shù)厮h(huán)境的污染起到積極作用。

7 結語

實際運行結果表明， 采用預處理-UF-RO-消毒主體處理工藝， UF-RO 處理的濃水采用多級混凝沉淀-A2O-過濾-消毒處理工藝處理稀土冶煉廢水， 在綜合進水COD 的質量濃度為120 mg／L，NH3-N 的質量濃度為50 mg／L， 總鉻的質量濃度為0.8 mg／L 的情況下， 出水COD 的質量濃度為30 ～50 mg／L， NH3-N 的質量濃度為0.2 ～5.0 mg／L， 總鉻的質量濃度不超過0.1 mg／L， 達到GB 18918—2002 一級A 標準。