郭家玮　李斌　蒋树贤　张博雯　陈之敏

摘  要：针对工业密集型城镇污水处理厂应对突发性进水异常能力不足的问题，提出了在污水处理厂前端设置应急处理系统的解决方法。该文以南方某区综合污水处理厂为例，通过对历史进水异常事件分析，发现来水中工业废水含量占比较大和水质复杂多变，同时水厂现行工艺存在难以准确掌握和控制来水的弊端。设计采用以预警监测单元和应急调蓄单元组成的应急处理系统，提升了污水处理厂应对异常进水能力。

关键词：城镇污水处理厂  突发性进水异常  工业废水 应急处理

中图分类号：TU992.3          文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2021）02（a）-0009-06

Study on the Front-end Emergency Treatment System of an Industrial Intensive Town WWTP in South China

GUO Jiawei  LI Bin*  JIANG Shuxian  ZHANG Bowen  CHEN Zhimin

（School of Civil and Transportation Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong Province， 510006 China）

Abstract：Aiming at the problem that the industrial intensive urban wastewater treatment plant has insufficient ability to deal with sudden abnormal inflow， the method of setting emergency treatment system at the front end of wastewater treatment plant is proposed. Taking a comprehensive wastewater treatment plant in South China as an example， through the analysis of the historical abnormal inflow events， it is found that the industrial wastewater content of abnormal inflow is relatively large and the water quality is complex and changeable. At the same time， the current process of the water plant is difficult to accurately grasp and control the inflow. An emergency treatment system composed of early warning monitoring unit and emergency storage unit is designed to improve the ability of sewage treatment plant to cope with abnormal water inflow.

Key Words：Urban wastewater treatment plant; Sudden abnormal water inflow; Industrial waste water; Emergency treatment

近年来，部分工业密集型城镇污水处理厂受突发性异常进水冲击事件时有发生，进水中可能含有工业废水，工业废水污染物浓度高、毒性强、可生化性差，难降解有机物含量高[1-2]，短期内可导致生化系统崩溃，生化系统恢复需要数十日，对污水厂的正常运行和出水造成了恶劣的影响[3]。城镇污水处理厂面对突发性异常进水的应急措施，一般采用前端处理或末端治理的方法。前端处理一般选择在污水厂前端设置调节池或缓冲池，如美国Snapfinger污水处理厂[4]在集水井前增设了调节池;哈尔滨松北集乐污水处理厂[5]和辽宁某氟化工产业园区污水处理厂[6]在粗格栅后设置调节池;德国Hattingen污水處理厂[7]在沉砂池后设置了与初沉池平行的缓冲池;某制革园区污水处理厂[8]在粗格栅后设置由事故水调节池和絮凝沉淀池组成的事故应急处理系统。污水厂前端设置的调节池调蓄水量和调节水质作用明显，但增设调节池存在占地面积大，建造费用高的局限性。末端治理主要是对二沉池后的出水进行投药深度处理，如某市污水处理厂[9]、淮安市第二污水处理厂[10]和上海白龙港污水处理厂[11]通过投加聚合氯化铝、昆山市新苑生活污水厂[12]通过投加次氯酸钠、精细化工园区污水处理厂[13]通过投加“Fe/C微电解-Fenton试剂”等化学药剂保证出水水质。但末端治理不能改变污水处理厂进水的水量水质，若进水中含有生物毒性较高的污染物，会导致生化池处理效率降低甚至二级核心处理工艺瘫痪，大大增加了末端治理的成本和难度。

该文针对南方某区综合污水处理厂污水的水量水质和水厂运营特性，为解决异常进水问题提供建设前端应急处理系统的新思路，为工业密集型城镇污水处理厂应急处理工程设计提供参考。

1  工程概况

1.1 污水处理厂介绍

南方某区综合污水处理厂设计规模为5万t/d，以TOT方式运营，服务区域内产业主要以电镀和制革等工业化企业组成，其中电镀企业20家、制革企业13家和食品制造企业4家等。设计进水指标见表1，出水指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的一级A标准。污水处理厂采用改良卡鲁塞尔氧化沟（A2/O）+沉淀+过滤+消毒处理工艺，多年运行安全稳定。但在近几年，随着该镇工业化建设步伐加快，排入市政污水管网的水量增加和水质多变，污水处理厂应对异常进水能力不足的日益凸显，污水处理厂急需提质增效。

主要工艺流程见图1。

1.2 进水异常情况

污水处理厂2019年出现16起污水处理厂出现进水水质异常事件，有9个月污水处理厂处理水量负荷率超过设计处理水量负荷率。

1.2.1 进水异常事件

其中较为严重的是2019年1月8日和11月22日。以11月22日为例，进水pH持续处于6以下。出水总锰达到16 mg/L，而污水排入下水道的总锰标准为2 mg/L，锰离子遇到空气容易氧化呈褐色的氧化锰，且在工艺过程中无法去除该物质，导致生化池污泥和出水呈黑色，同时影响系统中的微生物活性。出水经次氯酸钠消毒后由原无色透明液体变成黄色液体，而在水样总磷总氮检测时发现消解后的水样颜色异常，判断水样中含有重金属。含油较多，虽然污水处理厂在细格栅后设置了围油栏拦油，但生化池内仍有大量浮油，影响污水处理效果和造成生化池面大量浮泥。

2019年间，污水处理厂采取关停进水泵及进水闸门，增加深度处理投药剂量、合理减产等措施应对，效果并不理想。在11月22日突发异常进水严重冲击中，异常进水持续冲击18 h，出现生化池污泥中毒解絮现象，生化池恢复稳定达标运行历时近20 d。污水处理厂被迫减产或停产，大量污水无法被及时处理，只能直排河涌，严重影响了周边水生态环境。

1.2.2 水质异常情况

2019年污水处理厂常规监测指标中SS、pH、TP、COD、NH3-N、TN均出现异常，同时通过加测，发现Fe、Mn、Ni、油、硫化物指标异常。经统计，各污染物2019年进水浓度峰值具体见表1。

1.2.3 水量异常情况

2019年各月水量负荷情况见图2。

1.3 进水异常事件反思

（1）从水质异常指标来看，有11项指标浓度超出进水设计值，其中硫化物进水浓度为设计值的10.0倍，Fe进水浓度为设计值的8.1倍，Mn进水浓度为设计值的8.0倍，TP进水浓度为设计值的7.5倍，Ni进水浓度为设计值的6.0倍，TN进水浓度为设计值的3.6倍。市政污水管网中污染物成分复杂，怀疑含有大量工业废水，远超污水处理厂工艺处理能力和检测范围。污水处理厂主要依靠微生物的生命活动降解污水中的易降解有机物，对于难降解的有机物质、重金属、油污等无能为力。

（2）除因异常进水停产的2个月外，污水处理厂2019年平均负荷率达到了125%，超过了污水处理厂运行负荷率不超过设计处理量的120%的国家规定，其中有7个月负荷率达到120%以上，污水处理厂超负荷运行大大降低其处理效率。

（3）污水处理厂运营模式为TOT委托运营，原有进水异常应急预案，主要是以规定报告流程为主，而缺乏切实有效的外部联动及内部控制调整机制，未能及时与主管部门沟通，消除现场工艺调控人员的顾虑，立刻采取相应措施，对事件处理非常不利。

2  异常进水应急处理系统设计

2.1 总体方案

经分析，简单地增设调节池和末端投药并不能解决污水处理厂异常进水问题。考虑在污水处理厂原有集水井前设置应急处理系统，应急处理系统由预警监测单元和应急调蓄单元组成，通过预警监测单元提前预报进水水量水质情况，应急调蓄系统单元和处理异常进水，以“预警+调蓄处理”结合的方式对异常进水进行达标处理。

应急处理系统总体布置见图3。

2.2 工艺流程

2.2.1 预警监测单元

污水处理厂只设置pH、TN、TP部分常规指标监测，未对全部历史风险水质指标进行实时监控。预警监测系统将常规监测指标和历史风险水质指标，以及其他污水厂调研反馈可能风险指标结合起来，共同构建监测体系。具体见表2。

选择在污水总干管前端、应急处理排放口、污水厂排放口处设置监测点。

2.2.2 应急调蓄单元

（1）调蓄模块。

通过计算得出，2019年污水处理厂负荷率约为125%，目前需监测的水质指标中，检测时间最长的为氰化物的检测，约需要1h，为保证污水处理厂的正常运行及为突发进水异常时间留下足够的应对时间，污水处理厂调节池的蓄水时间定为4h。调节池设置采用泵后二次提升调节[14]，调节池顶与地面同高，污水从集水井一次提升到调節池，调节池后设置二次提升泵至后续处理构筑物，此种出水方式调节水量 可控、能保证稳定初流。

（2）调节池前后处理模块。

污水处理厂进水污染物复杂多变，需要对水质进行预处理。该工程不宜采用生物处理法，上述污染物会对生物处理法中的生物造成伤害，而且应急水质处理系统在异常状况时才启动，属于间歇式运行，不利于生物的培养和繁殖，所以该工程选用物理化学处理法对异常进水进行预处理。

应急处理系统的作用是把进水异常水质处理至进水设计标准值。通过酸碱中和调节pH，采用絮凝法去除TP和重金属，氧化法去除COD、NH3-N、TN、硫化物和氰化物。

（3）主要构筑物规模与布置。

应急调蓄单元主要构筑物有格栅、一级提升泵房、斜板隔油池、调节池、二级提升泵房、中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池，主要规模大小具体见表3。

应急调蓄单元占地面积较大，污水处理厂现有规划用地紧张，所以应急处理系统采用半地埋式布置形式。格栅泵房、斜板隔油池、调节池和二级提升泵房地下布置，中和池、氧化池、澄清池和磁混凝池地上布置。

具体工程布置见图4。

2.3 运行工况分析

面对可能发生的突发性状况和日常运行中的异常状况，应急处理系统能迅速做出应对。

2.3.1 污水处理厂进水水质异常，水量符合要求

污水处理厂进水将流经新建格栅、提升泵房、隔油池流入调节池，通过调节池的水量调配流入应急水质处理设施，经应急水质处理设施预处理达标后流入污水处理厂做后续处理。

2.3.2 污水处理厂进水水量异常，水质符合要求

污水处理厂进水一部分进入污水处理厂，一部分经新建格栅、提升泵房、沉砂池和隔油池流入调节池，待污水厂进水水量有余量时，逐渐将调节池内储存的污水排放到污水处理厂做后续处理。

2.3.3 污水处理厂发生因检修而发生减产、停产

污水处理厂因日常检修，需要关停部分厂内构筑物或设备的进出水，此时利用调节池储存污水处理厂正常来水，等污水处理厂日常检修完成后，通过调节池的水量调配，逐渐将调节池内储存的污水排放到污水处理厂做后续处理。

2.3.4 污水处理厂纳污区域突发水污染事件

污水处理厂的纳污区域内因发生了突发水污染事件时，被污染水体可转移到调节池中，等待后续的处理。根据预警监测系统预报的水质情况，将被污染水体依次分配到应急水质处理设施或污水处理厂中进行处理。

2.3.5 污水处理厂出水水质异常

出水分流井污水流入调节池，通过调节池的水量调配流入应急水质处理设施，经应急水质处理设施预处理达标后流入污水处理厂做后续处理。

3  工程建议

对于工业密集型城镇污水处理厂，其污废水收集存在突发工业污染的风险，对污水处理工艺尤其是生化工艺具有严重的破坏作用。因此，在污水处理前端建设应急处理系统是应对此类风险的有效方案。在对该工程设计过程中的实际情况总结研究，有助于不断完善应急污水处理工程。

（1）该工程采用絮凝法去除异常进水中的重金属，但絮凝法对某些重金属的去除效果并不明显，特别是出现重金属络合时，应根据各污水处理厂实际情况选择处理工艺。

（2）调节池设计应考虑污水处理厂本身的抗冲击负荷能力和后续水质处理所需要的停留时间，达到削减峰值流量和提供水质处理足够反应时间的目的。

（3）若污水處理厂进水水量超负荷情况较少，可以考虑将调节池和水质处理设施设置在污水处理厂沉砂池后，以减少建设成本和便于管理。

（4）工程土建量和投资成本较大，可以采用一体化设备或拼装罐形式代替某些处理构筑物的建造[15]，减少土建开挖和建设施工成本。

4  结语

该文依据污水处理厂运行情况，提出前端应急处理系统设计思路，适用于多种突发性异常情况，具有广泛的应用价值。该系统有助于提升污水处理厂应对突发异常状况的能力，同时为我国工业密集型城镇污水处理厂提供借鉴，推动我国水处理行业的进步。

参考文献

[1] 丁淳怡.某工业废水处理厂综合废水优化处理的研究[D].苏州科技大学，2019.

[2] 单威，王燕，郑凯凯，等.高工业废水占比城镇污水处理厂COD提标技术比选与分析[J].环境工程，2020，38（7）：32-37.

[3] 黄青，周家中，吴迪，等.Bardenpho镶嵌MBBR工艺用于北方某污水厂抗冲击性能[J].环境工程学报，2020，14（6）：1698-1704.

[4] 姚宏，王辉，苟世霞，等.美国某污水处理厂工艺设计及运行效果[J].环境工程学报，2013，7（1）：273-277.

[5] 丁慧，郑飞，关华滨，等.寒冷地区小城镇污水处理厂调节池性能的研究[J].环境科学与管理， 2012，37（7）：77-80.

[6] 李喜林，张颖，曹娟，等.氟化工产业园区污水处理工程实例[J].水处理技术，2019，45（4）：135-138.

[7] 杨颖，蔡满成.曝气池生物脱氮的几种运行方式——介绍德国Hattingen污水处理厂[J].给水排水，2001（3）：18-21.

[8] 张燊，李超，马坤，等.某制革园区污水处理项目改造设计实例[J].中国给水排水，2019，35（10）：105-110.

[9] 陆桂勇，刘礼祥，许光明，等.城市污水厂突发水质事件应急处理案例分析[J].中国给水排水，2013， 29（24）：100-105.

[10] 何玲玲，孙海鲲，高翔.城镇污水处理厂处理施工泥浆水的应急措施[J].中国给水排水，2013， 29（20）：134-136.

[11] 张晖，张岩.城市污水生物系统后置除磷实验研究[J].上海化工，2019，44（4）：20-23.

[12] 朱师杰.强还原性废水进入生活污水处理厂的应急处理措施[J].中国给水排水，2018，34（20）：119-122.

[13] 陈思莉，虢清伟，易皓，等.某精细化工园区事故废水应急预处理技术工程实例[C]//中国环境科学学会.2014中国环境科学学会学术年会（第三章）.2014：301-303.

[14] 魏新庆，周雹.小型污水处理厂调节池的设计探讨[J].中国给水排水，2014，30（6）：6-8.

[15] 盛倩.成都某应急污水处理工程一体化、模块化设计[J].中国给水排水，2019，35（24）：52-55.