船廠(chǎng)污水處理工藝

　　1 前言

　　隨著(zhù)人類(lèi)對環(huán)境資源開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的日益增加，大量含氮、磷的生活污水、工業(yè)廢水排放江河湖泊中，過(guò)度發(fā)展的水產(chǎn)養殖業(yè)和農業(yè)化肥的大量使用，增加了水體營(yíng)養化物質(zhì)的負荷，造成水體富營(yíng)養化。從水體中藻類(lèi)對氮、磷的需要關(guān)系看，對于內陸水體，磷是水體營(yíng)養化的主要限制因素，因此控制磷的濃度尤其重要。為控制水體富營(yíng)養化，無(wú)論在國外還是國內，污水處理后磷含量控制標準日趨嚴格。國內船廠(chǎng)設置廠(chǎng)級污水處理站處理全廠(chǎng)污水的，全部直排附近水體，采用的工藝以降低污水的CODcr、BOD5為主，也有部分船廠(chǎng)污水處理站優(yōu)先考慮脫氮，但同時(shí)實(shí)現脫氮處磷的幾乎沒(méi)有，因此在今后新建或改擴建船廠(chǎng)工程中，廠(chǎng)級污水處理站都要考慮生物或化學(xué)除磷，以控制出水中總磷濃度，限制磷的超量排放，船廠(chǎng)污水 除磷技術(shù)的研究和應用就具有重要的意義。

　　2 船廠(chǎng)污水來(lái)源及特征

　　2.1 船廠(chǎng)污水來(lái)源

　　根據船廠(chǎng)(包括造船及修船)的生產(chǎn)工藝，船廠(chǎng)廢水、污水的種類(lèi)及來(lái)源如下。

　　(1)含油廢水

　　主要來(lái)源于碼頭和船塢，在對船舶進(jìn)行機械加工、部件預舾裝、碼頭舾裝、試驗和試航時(shí)產(chǎn)生，產(chǎn)生點(diǎn)較分散，廢水中含油濃度較高，約200mg/L，需進(jìn)行油水預分離后排入廠(chǎng)區污水管網(wǎng)系統。

　　(2)乳化液廢水

　　船廠(chǎng)乳化液廢水主要來(lái)源于機加工車(chē)間，間歇排放，其主要污染因子為：pH、石油類(lèi)、CODcr、SS、表面活性劑，需經(jīng)破乳后再經(jīng)油水預分離后排入廠(chǎng)區污水管網(wǎng)系統。

　　(3)酸堿廢水

　　電裝車(chē)間在蓄電池充電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生少量酸堿廢水，經(jīng)中和預處理后排入廠(chǎng)區污水管網(wǎng)系統。

　　除此之外，還來(lái)源于修船廠(chǎng)機電綜合車(chē)間化學(xué)清洗及電工清洗除垢浸泡液、清洗劑沖洗水的排放。其中浸泡液中含酸(堿)液濃度較高約4~8%，每3~6個(gè)月排放一次t。清洗劑沖洗水中含酸(堿)濃度<0.5%，連續排放。這部分酸堿廢水中由于還含有少量油污和鐵屑，因此采用酸堿中和+混凝氣浮處理工藝。具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　(4)一般性生產(chǎn)廢水

　　來(lái)源于生產(chǎn)中的火工校正廢水、密封試驗廢水、沖洗水和冷卻塔排放水等。

　　(5)生活污水

　　來(lái)源于廠(chǎng)區食堂、浴室、公共廁所、辦公樓及生產(chǎn)輔助樓等日常排水。其主要污染因子為：CODcr、BOD5、SS、NH3-N、動(dòng)植物油。對于生活污水除食堂污水需經(jīng)二級隔油預處理外，均可直接排入廠(chǎng)區污水管網(wǎng)系統。

　　2.2 船廠(chǎng)污水水量特征

　　通過(guò)對上海外高橋造船有限公司水資源調研發(fā)現，廠(chǎng)區內生活用水量約為用水總量的40%～50%，其余為生產(chǎn)用水。因此船廠(chǎng)污水以生活污水為主，約占污水排放總量的70%～80%，且排水時(shí)間相對比較集中，主要在中午前后(食堂污水)和下班后(洗浴污水)，以食堂污水和洗浴污水為主。生產(chǎn)廢水約占污水排放總量的20%～30%，以一般性生產(chǎn)廢水為主，且這部分水水質(zhì)較清潔。

　圖2 上海某造船有限公司月平均用水量扇形圖

　　2.3 船廠(chǎng)污水水質(zhì)特征

　　由于經(jīng)預處理后的生產(chǎn)廢水水質(zhì)一般要求達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的三級標準，同時(shí)一般生產(chǎn)廢水污染物濃度較低，生活污水水量又很大，使混合后的船廠(chǎng)污水水質(zhì)類(lèi)似于生活污水水質(zhì)，但各類(lèi)污染物指標略低于生活污水。

　　表1 船廠(chǎng)污水水質(zhì)與城市污水水質(zhì)對比表（單位：mg/L）

水質(zhì)指標	船廠(chǎng)水質(zhì)參數	城市生活污水水質(zhì)參數
COD Cr	200 ～ 400	250~450
BOD 5	100 ～ 200	150~250
SS	200 ～ 300	200~300
氨氮	～ 35	25~40
動(dòng)植物油	30 ～ 40	~40

　　3.船廠(chǎng)污水處理工藝

　　3.1 船廠(chǎng)污水處理目標

　　我國現行的污水排放標準既有國家標準《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)，又有部分省、市的地方標準，如上海、天津、廣東、遼寧等省市。這些標準中規定直接排放水體的總磷控制標準均在1.0mg/L以下，一級標準更為嚴格，總磷控制標準在0.5mg/L以下。

　　3.2 船廠(chǎng)污水處理常用工藝

　　船廠(chǎng)污水處理工藝一般也采用好氧生物處理工藝。常用的好氧生物處理工藝有SBR工藝、生物接觸氧化、生物接觸氧化A/O工藝等，三種工藝的對比詳見(jiàn)表2。

　　表2 船廠(chǎng)污水處理工藝比較

比較項目	SBR工藝	生物接觸氧化	生物接觸氧化A/O工藝
水力負荷	高	高	高
耐沖擊負荷	強	一般	一般
水力停留時(shí)間	短	較短	較短
脫氮效果	好	一般	好
設備數量	較少	一般	較多
混合液回流	不需要	不需要	需要
污泥回流	不需要	不需要	不需要
污泥量	多	少	少
二沉池	不需要	需要	需要
占地面積	少	較少	較少
出水水質(zhì)	好	較好	好
運行情況	較穩定	穩定	穩定
運行管理	較復雜	方便	方便
基建投資	一般	一般	一般
適用條件	中小水量	中小水量	中小水量

　　以上三種工藝中SBR工藝屬于活性污泥法范疇，生物接觸氧化工藝和生物接觸氧化A/O工藝屬于生物膜法范疇。一般來(lái)說(shuō)，生物膜法適用于污水量不是很大(一般小于5000m3/d)、有機污染物濃度較低的場(chǎng)合，而活性污泥法適用于大污水量(一般大于5000m3/d)的場(chǎng)合。同時(shí)，生物膜法較活性污泥法具有處理負荷高、出水水質(zhì)穩定、占地小、投資省、不需污泥回流等特點(diǎn)。

　　4 除磷技術(shù)

　　污水中的磷主要來(lái)源于各種洗滌劑、化肥、工業(yè)原料以及人體的排泄物，一般生活污水的含磷量在10mg/L左右，約70%為可溶性鹽，主要以正磷酸鹽、聚合磷酸鹽和有機磷的形式存在，其中后兩者占總磷量的70%。除磷工藝目的都是將可溶性磷轉化為懸浮性磷，以便將其滯留。即利用磷的循環(huán)轉化過(guò)程，利用細胞合成，將磷吸收到污泥細胞中或使污水中的磷轉化為不溶性的磷酸鹽沉淀，前者稱(chēng)為生物除磷，后者稱(chēng)為化學(xué)除磷。

　　4.1 生物除磷技術(shù)

　　4.1.1 機理

　　在普通污水二級處理中約10%~30%的磷通過(guò)同化作用去除，但如果要達到較高的除磷效果，所需去除的磷一般要超過(guò)微生物細胞合成和維持的需要量。研究發(fā)現，活性污泥在厭氧——好氧交替變換過(guò)程中，只有聚磷菌大量繁殖。聚磷菌雖然是好氧菌，但競爭能力差，生長(cháng)較慢，不過(guò)卻能在細胞內貯存β羥基丁酸和聚磷酸鹽。聚磷菌在厭氧條件狀態(tài)下吸收低分子有機物(如脂肪酸)，同時(shí)將貯存在細胞中的聚磷酸鹽中的磷被水解釋放出來(lái)，并提供生物生命活動(dòng)所需的能量，而在隨后的好氧狀態(tài)下，聚磷菌有氧呼吸，所吸收的有機物被氧化分解并產(chǎn)生能量，微生物從污水中攝取磷，遠遠超過(guò)其細胞合成釋磷量，將磷以聚合磷酸鹽的形式貯存在體內，形成高含磷量的活性污泥，通過(guò)排出剩余污泥達到除磷效果。

　　4.1.2 影響因素

　　4.1.2.1 溫度

　　生物除磷溫度宜大于10℃，聚磷菌在低溫時(shí)生長(cháng)緩慢，但影響較小。

　　4.1.2.2 pH

　　生物除磷系統合適的pH范圍與常規生物處理相同，但在pH較高的處理系統中，會(huì )出現沉積的灰白色的磷酸鈣，它結構緊密，質(zhì)地堅硬，極易堵塞管道，影響污水處理系統的正常運行。

　　4.1.2.3 碳源的數量和性質(zhì)

　　有機物濃度越高，污泥放磷越早越快。這是由于有機物濃度高誘發(fā)了反硝化作用，并迅速耗去硝酸鹽。其次可為發(fā)酵產(chǎn)酸菌提供足夠的養料，從而為聚磷菌提供放磷所需的溶解性有機物。要使生物除磷工藝出水磷濃度小于1mg/L，通常進(jìn)水總BOD5與總磷之比必須在20~30。對于生物除磷工藝，一般要求污水中BOD5與總磷之比大于17。

　　污水中的大分子有機物必須先在發(fā)酵產(chǎn)酸菌的作用下轉化為小分子的發(fā)酵產(chǎn)物后才能被聚磷菌吸收利用并誘導放磷，甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、檸檬酸、葡萄糖、乳酸等都是易被聚磷菌利用的有機物。

　　4.1.2.3 溶解氧

　　生物除磷的厭氧環(huán)境要求既沒(méi)有溶解氧也沒(méi)有硝態(tài)氮。因為微生物的好氧呼吸會(huì )消耗一部分可生物降解的有機氮，使產(chǎn)酸菌可利用的基質(zhì)減少，聚磷菌所需的溶解性可快速生物降解的有機質(zhì)大大減少。實(shí)際中應控制溶解氧濃度小于0.2mg/L。

　　硝酸鹽和亞硝酸鹽的影響與溶解氧相似，厭氧區中如存在硝酸鹽和亞硝酸鹽時(shí)，反硝化細菌以它們?yōu)樽罱K電子受體而氧化有機質(zhì)，使厭氧區中厭氧發(fā)酵受到抑制而不產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸。

　　4.1.2.4 泥齡

　　生物處理系統，大部分磷是通過(guò)排泥去除的，因為生物污泥含磷量一定時(shí)，污泥排放的越多系統去除的磷就越多。

　　4.1.3 典型的生物除磷工藝

　　4.1.3.1 A/O(厭氧/好氧)工藝

　　A/O(厭氧/好氧)法工藝中，先使污水進(jìn)入A/O法的A段，使其處于厭氧環(huán)境中，這類(lèi)微生物便吸收污水中的乙酸、甲酸及乙醇等極易生物降, 解的有機物質(zhì)，貯存在體內作為營(yíng)養源，同時(shí)積存于體內的多聚磷酸鹽就會(huì )分解成可溶性的單磷酸鹽并釋放到水體中去，從而達到將體內磷充分排出的目的。按工藝流程污水接著(zhù)進(jìn)入A/O法的O段(pH應控制在7～8之間)，微生物處于好氧環(huán)境，此時(shí)微生物將體內貯存的有機物氧化分解，同時(shí)吸收污水中大量可溶性磷酸鹽，并在體內合成多聚磷酸鹽而積累起來(lái)。隨后，挾帶大量體內富含磷的微生物菌膠團(俗稱(chēng)活性污泥)的污水進(jìn)入二沉池沉降下來(lái)，在這些微生物還沒(méi)來(lái)得及分解釋放磷時(shí)，池底的含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出，另一部分則回流至A段處于厭氧環(huán)境中，重新進(jìn)入新一輪的放磷與聚磷的生理循環(huán)過(guò)程。澄清的出水可獲得良好的除磷效果。

　　A/O法除磷工藝流程簡(jiǎn)單，不需要投加化學(xué)藥品，建設費用和運行費用均較低。存在的問(wèn)題是除磷效果決定于剩余污泥排放量，在二沉池中還難免有磷的釋放。該工藝在進(jìn)水中磷與BOD之比很低的情況下能取得很好的處理效果。當進(jìn)水中磷與BOD之比較高時(shí)，由于BOD負荷較低，剩余污泥量較少，因而較難以達到穩定的運行效果。用該工藝處理污水時(shí)磷的去除率在75%左右，出水含磷約l mg/L或略低，較難進(jìn)一步提高。

　　4.1.3.2 A2/O工藝

　　增加了缺氧處理階段將除磷與脫氮相結合，使該工藝具有同時(shí)生物脫氮除磷的功能，節省了脫氮對碳源的需要。因此，A2/O法比A/O(厭氧/好氧)法具有更好的實(shí)用性。

　　在典型A2/O工藝的基礎上實(shí)際應用中還有許多變形和改進(jìn)，主要為增加反應池級數，強化處理效果，或改變混合液回流方式或改變系統進(jìn)水方式減小硝酸鹽對厭氧池中磷釋放的影響。

　　運用同時(shí)脫氮除磷工藝需注意：脫氮和除磷是相互影響的，脫氮要求較低負荷和較長(cháng)泥齡，除磷卻正好相反，而且回流污泥中過(guò)高的硝酸鹽濃度對除磷有較大影響，因此反應池各段池容、污泥齡及水力停留時(shí)間應根據氮、磷排放標準尋找平衡點(diǎn)。

　　4.1.3.3 SBR工藝

　　由于SBR工藝是出于非連續操作過(guò)程，池中的有機物濃度隨時(shí)間變化，活性污泥出于一種交替的吸附、吸收和生物降解過(guò)程，因此可通過(guò)改變工藝的工作方式，如攪拌混合、曝氣等創(chuàng )造厭(缺)氧、好氧的狀態(tài)，按脫氮除磷工藝要求實(shí)現去除污染物的目的。運行時(shí)間和溶解氧是SBR取得良好脫氮除磷效果的兩個(gè)重要參數。

　　4.2 化學(xué)除磷技術(shù)

　　4.2.1 機理

　　化學(xué)除磷就是向污水中投加藥劑，與磷反應形成不溶性磷酸鹽，然后通過(guò)固液分離將磷去除。

　　常用的化學(xué)除磷藥劑有石灰和金屬鹽(包括鋁鹽和鐵鹽)。最常用的是石灰Ca(OH)2、硫酸鋁Al2(SO4).18H2O、堿式氯化鋁PAC、三氯化鐵FeCl3、硫酸鐵Fe2(SO4)3等�；瘜W(xué)除磷過(guò)程中因不同金屬磷酸鹽的溶解度和pH值可能形成多種沉淀物。

　　4.2.2 化學(xué)除磷技術(shù)

　　4.2.2.1 投加石灰除磷

　　石灰首先與水中堿度發(fā)生反應形成碳酸鈣沉淀，然后過(guò)量的鈣離子才能與磷酸鹽反應生成羥基磷灰石沉淀。通常所需石灰量主要取決于污水堿度，而不是污水中磷酸鹽含量。

　　4.2.2.2 投加金屬鹽除磷

　　(1)投加鋁鹽

　　鋁離子與正磷酸離子結合，形成難溶的磷酸鋁，當使用硫酸鋁時(shí)，還會(huì )形成氫氧化鋁絮凝體，污水中的膠體粒子被絮凝體吸附去除，使用鋁鹽后混合液的pH值對除磷效果有較大影響。

　　(2)投加鐵鹽除磷

　　三價(jià)鐵離子與磷的反應和鋁離子相似，生成物是磷酸鐵和氫氧化鐵。二價(jià)鐵離子與磷的反應則要復雜些，必須對二價(jià)鐵離子加以氧化。

　　(3)金屬鹽的投加點(diǎn)

　　金屬鹽的投加點(diǎn)比較靈活，可以加在初沉池前、生化池內及二沉池前，也可以將化學(xué)除磷系統與生物處理系統分開(kāi)，以二沉池出水為原水投加金屬鹽進(jìn)行混凝過(guò)濾。金屬鹽的投加點(diǎn)取決于出水總磷含量要求。出水總磷要求在1mg/L時(shí)，在一級和二級處理系統中投加即可達到目的，由于二級處理出水中呈懸浮物的含磷量也占了相當大的比例，因此需增設出水過(guò)濾設施。

　　(4)金屬鹽的投加量

　　金屬鹽的選擇主要依據處理性能和處理費用，因從污泥產(chǎn)生量、堿度消耗量、運行操作復雜程度、腐蝕性等多方面綜合分析選定。與氯化鐵相比，鋁鹽在價(jià)格、安全性和腐蝕性等方面優(yōu)勢，但其產(chǎn)生的污泥較難處理。

　　金屬鹽的投加量主要取決于進(jìn)水總磷含量、期望的除磷率，一般進(jìn)水總磷含量不是恒定的，為了保持出水總磷含量始終滿(mǎn)足排放要求，投加量必須隨進(jìn)水總磷含量進(jìn)行調整，為了滿(mǎn)足峰值條件下能提供足夠的金屬離子含量，實(shí)際投加量按高于平均含量考慮。

　　5 船廠(chǎng)污水除磷工藝

　　5.1 生物除磷和化學(xué)除磷比較

　　生物除磷工藝流程簡(jiǎn)單，不需要投加化學(xué)藥品，建設費用和運行費用較低。存在的問(wèn)題是除磷效果決定于剩余污泥排放量，在二沉池中難免還有磷的釋放。在進(jìn)水中磷與BOD5之比很低的情況下能取得很好的處理效果。用該工藝處理污水時(shí)磷的去除率在75%左右，出水含磷約lmg/L或略低(0.8mg/L)，很難進(jìn)一步提高。

　　化學(xué)除磷效率較高，操作簡(jiǎn)單，結果穩定，不會(huì )重新放磷而導致二次污染，當進(jìn)水濃度較大或有一定波動(dòng)時(shí)，仍有較好的除磷效果。要求出水TP濃度越低，所需投加的藥劑量也越多，金屬鹽的投加量需通過(guò)試驗確定�；瘜W(xué)藥劑投加所產(chǎn)生的磷酸鹽沉淀和其他化學(xué)沉淀物，會(huì )增加污水處理廠(chǎng)的剩余污泥量，從而導致污水處理成本的增高。

　　5.2 船廠(chǎng)污水處理除磷工藝選擇

　　目前船廠(chǎng)污水采用的處理工藝中SBR工藝和A2/O工藝已具有同步脫氮除磷功能，生物接觸氧化及A/O工藝生物除磷效果有限，從上海外高橋造船有限公司廠(chǎng)級污水處理站(采用生物接觸氧化法)的實(shí)際運行情況看，其處理出水的總磷尚不能穩定達標。

　　船廠(chǎng)污水的處理目標不僅為懸浮物和COD的去除，還要求脫氮除磷，滿(mǎn)足氨氮、總氮和總磷達到排放標準。在采用同步脫氮除磷工藝時(shí)，生物除磷和脫氮之間在碳源、泥齡等方面存在著(zhù)矛盾，且硝酸鹽的存在對生物除磷工藝有一定的影響，生物除磷和生物脫氮很難同時(shí)達到最佳的效果。由于脫氮一般只能靠生物去除，加之船廠(chǎng)污水濃度較低、有機碳源較少，而除磷工藝既可以采用生物除磷，也可以采用化學(xué)除磷，因此在確定船廠(chǎng)污水處理工藝時(shí)應優(yōu)先考慮船廠(chǎng)污水的脫氮要求。在保證脫氮效果的前提下，考慮除磷，使得出水中的TN和TP同時(shí)達到要求。

　　船廠(chǎng)污水處理可以采用生化除磷法也可采用化學(xué)除磷法。新建工程，宜采用帶生化除磷效果的污水處理工藝，改、擴建工程則可在原有構筑物基礎上進(jìn)行工藝改造或直接增加化學(xué)除磷設施。如需達到更嚴格的標準，可在生化除磷的基礎上輔助化學(xué)除磷�；瘜W(xué)除磷與生物除磷技術(shù)相結合已是當今除磷技術(shù)的發(fā)展趨勢，充分利用生物除磷費用低、化學(xué)除磷出水磷濃度低且比較穩定的優(yōu)點(diǎn)，對一些已建成的船廠(chǎng)污水處理廠(chǎng)，在生物處理的基礎上增加化學(xué)除磷，可大大提高出水水質(zhì)。由于石灰法除磷主要用于要求出水磷含量在0.1mg/L左右的情形，且該工藝比較復雜，石灰泥產(chǎn)量很大，與其它常規污水除磷工藝相比缺乏經(jīng)濟性。船廠(chǎng)化學(xué)除磷建議使用投加金屬鹽。對于有中水回用需求的船廠(chǎng)，可以在后續的深度處理過(guò)程中投加復合絮凝劑除磷。以上海外高橋造船廠(chǎng)為例，該廠(chǎng)污水處理采用生物接觸氧化法，二級處理出水作為中水水源進(jìn)行混凝沉淀+過(guò)濾深度處理回用綠化、沖洗、沖廁，中水進(jìn)水中總磷含量約0.76mg/L，絮凝藥劑采用PAC+PAM，中水出水總磷含量處理效率穩定在50%左右，總磷含量在0.36mg/L左右，詳見(jiàn)下表3)，可滿(mǎn)足總磷(0.50mg/L)相應的排放標準。

　　表3 上海外高橋造船有限公司中水回用工程進(jìn)、出水總磷含量(連續六天測定)

氣溫：28~30℃，進(jìn)水量30m3/h
時(shí)間	進(jìn)水	出水
第一天	0.76	0.38
第二天	0.80	0.39
第三天	0.73	0.35
第四天	0.79	0.36
第五天	0.77	0.32
第六天	0.76	0.33

　　單位：mg/L

　　6 結論

　　確定船廠(chǎng)污水處理工藝時(shí)應優(yōu)先考慮船廠(chǎng)污水的脫氮要求，除磷工藝宜選擇帶生物除磷功能的處理工藝，需達到更嚴格的標準，可在生化除磷的基礎上輔助化學(xué)除磷，化學(xué)除磷藥劑宜選擇鋁鹽，有利于利用其吸附能力，對于有中水回用需求的船廠(chǎng)，可將化學(xué)除磷與后續的深度處理相結合。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　戴榮海 中船第九設計研究院工程有限公司，教授級高工