中交天津港湾工程设计院 天津 300450
摘要：随着现代工业技术的突飞猛进，工业规模越来越庞大，随之而来的环境污染压力与日俱增，尤其是对人类生命之源的水污染越来越严重。工业废水处理厂作为专项解决工业发展与环境破坏矛盾的方法之一，发挥着越来越重要的作用。而水处理厂的效率和运行工艺，对于节约社会资源，减少浪费，提高清洁环境的效率都有直接的关系。本文就沙特某工业废水处理厂工艺设计思路简单探讨，以便能够对国内类似设计有所借鉴。
关键词：工业废水处理厂；工艺；借鉴
本工程位于沙特东海岸某工业城市，目的主要用于处理工业区排出的工业废水。主要采用化学处理法去除废水中的有害离子。进水水质已经经过各排水工厂的初步处理，混合后进入市政排水管网，进入废水处理厂综合废水水质分析及要求如下表，若达不到此要求，需要进行初步处理或在污水工作车间出口进行初步处理要求。
本项目工业废水经过本处理厂后用作灌溉用水，灌溉用水水质要求根据当地规范进行确定，最后确定需要处理的金属离子总量。
一、工业污水处理的理论依据
通过上面表格我们可以看出，本项目工业废水BOD值很低，可生化性差，不宜使用生物法处理工艺。由表中可看出主要是金属离子超标，与普通生活污水比较，也不需要考虑细菌学指标和生物学指标。需要处理的金属离子数量可以根据两个表格差值得出。
本项目工业废水处理的理论依据在于利用各种金属离子在碱溶液中溶解度不同，通过调整溶液pH值使大部分金属离子产生氢氧化物沉淀，然后，利用部分离子氢氧化物溶解度较高而硫化物溶解度很低的特点使这部分金属离子沉淀得到去除。
氢氧化物沉淀法：以氢氧化物等作为沉淀剂加入此含有金属离子的废水中，氧氧化物沉淀的生成和状态与溶液的Ph值有直接关系。控制ph值是废水处理成败的重要条件，由于实际废水水质复杂多变，影响因素较多，计算的加药量与实际相比出入较大，因此最合适的办法是在计算的基础上通过实验取得控制加药量条件。另外，某些金属如Zn，Pb，Cr，Sn，Al等金属离子的氢氧化物沉淀需要溶液的Ph值在合适的范围，如果过高，碱度过大，形成的沉淀又会溶解，因此以实验确定的加药量为主要参考依据。
硫化物沉淀法：因为金属硫化物的溶度积远远小于金属氢氧化物的溶度积，因此若再辅以金属硫化物进行沉淀，处理效果会大大加强。
氢氧化钙比较常见，价格较低，操作简单，因此本项目选择使用Ca（OH）2作为本设计工业废水处理的初步工艺，而第二道选择硫化钠作为处理原料。下面以25℃时初级处理Zn2+和二级处理Hg2+为例，需要消耗熟石灰和Na2S质量理论计算如下：
Zn2+ 去除计算如下：
反应式为：Ca（OH）2 → Ca2+ + 2OH-
Zn2+ + 2OH- → Zn（OH）2 ↓
水的溶度积为 Ksp w=[H+]﹒[OH-]
Zn（OH）2溶度积常数为 Ksp Zn=[Zn2+]﹒[OH-] 2 = 1.2×10- 17
当pH=10.5时
[Zn2+]= Ksp Zn / [OH-] 2 = Ksp Zn / {Ksp w / [H+]} 2
=1.2×10- 17 /（10-14 / 10-10.5）2
=1.2×10- 10 mol / L
则：
[Zn2+] = 1.2×10- 10×65.3×103 = 7.8×10-6 mg/L
Zn2+ 进水浓度为20mg/L，则每升需要消耗Ca（OH）2 量为：
（20 - 7.8×10-6）/ 65.3×74.08 = 22.69mg
Hg2+ 去除计算如下：
反应式为：Hg 2+ + S 2- → HgS ↓
HgS溶度积为 Ksp HgS =[Hg2+]﹒[S2-] = 2.5×10-53
当处理后Hg2+浓度为1×10- 5 mg / L（即5×10- 8 mg / L）时，溶液中S 2-浓度为：
[S2-]= Ksp HgS / [Hg2+] =2.5×10-53 / 5×10- 8
=5×10- 46 mol / L
可看作S 2-剩余为0，原水Hg2+ 0.03 mg / L，
则消耗Na2S与Hg2+量对应：
0.03 / 200.59×78.10 = 0.01168 mg/L
据此理论可将排入的工业废水中各项离子依次计算投药量，处理至灌溉水质要求，工艺流程需要经过 Ca（OH）2初级处理，硫化纳二级处理，最后经过沉淀中和。各项离子计算结果如下表：
图1 工业污水处理工艺示意图
经过Ca（OH）2沉淀法，硫化物沉淀法两级处理，然后调节pH值，使出水水质控制在要求之内，达到灌溉各项水质要求。
二、污水处理厂工艺流程设计
有了计算及实验理论为基础，我们可以进行此工业污水处理厂工艺及构筑物设计，主要考虑水流及储存控制，加药和沉淀完成，污泥的运输与处理，后续消毒，出水的存储和排放，以及实验和人员工作区等等，另外需要考虑控制及监测系统。工艺流程根据需要主要包括集水井，污水泵房，格栅，沉砂池，配水井，平衡池，沉淀澄清池等，最后经过消毒达到排放或储存利用条件。
各构筑物及工艺流程平面见下图：
图2 工业污水处理厂工艺流程布置图
下面就各工艺流程设计做简单介绍：
格栅 本项目格栅设计采用两座机械清除格栅和两座人工清除格栅配合的设计思路。本设计机械格栅自动化程度高、分离效率高、耐腐蚀性能好，在无人看管的情况下可保证连续稳定工作，并设置了过载安全保护装置，在设备发生故障时，会自动停机，可以避免设备超负荷工作。另外可以根据用户需要任意调节设备运行间隔，实现周期性运转；可以根据格栅前后液位差自动控制；人工清理格栅在机械格栅检修时或电力系统故障时用作设备备用，另外在开始工作阶段或污水来水水量很小时作为主要工作通道。用户可根据不同的工作需要选用。
初沉池 本项目污水较稳定，重颗粒杂质较少，因此没有采用沉砂池，而是直接采用负荷较大的辐流式沉砂池进行第一道工序的氢氧化物沉淀反应，设计两座，控制适当的酸碱度，来完成反应。当来水达到设计流量时同时开启，水量较小时互为备用。
平衡调节池 平衡池的功能在于平衡水量负荷，减小因流量波动造成加药设备的定额和不稳定性；提供对污染物负荷的缓冲，防止污水处理系统负荷急剧变化；控制酸碱度，以均衡和减少化学药剂投加量；控制下游排放水量，缓解下游接收负荷；防止高浓度有毒物质进入系统造成处理故障等。本道工序最重要的功能还在于调节合适的酸碱度进行硫化物沉淀反应，反应速度很快。
最终沉淀池 化学加药及反应经过前两道沉淀池的沉淀，主要的污染物已经去除，本道工序的作用在于重新调节酸碱度到合适的范围，进行最后的消毒及各项指标参数控制，确保排除的水达到灌溉使用的标准。
各构筑物的尺寸根据水量大小和停留时间进行计算，在此不再赘述，详细平面布置见下图。
另外，要保证各处理设备正常运转和检修时整个系统能够正常运行，因此设置构筑物数量和管道时应该考虑备用，设备之间根据需要增加超越管以应对检修或事故状况。污泥的处理和处置也需要慎重，以免产生二次污染。
结语：工业废水的污染物含量具有自己的特点，即跟工业性质息息相关，因此污染物范围可以较准确的控制，污染物含量也有比较确定的数据，我们可以利用这点使我们的化学药剂能够精确控制，因此处理效果也较好。另外，可以看出，纯无机污染物的工业污水处理工艺相对有机污染物来说相对容易，工艺比较确定，处理比较有针对性，系统控制比较明确。但需要注意的是，每种金属离子的处理数据需要经过现场验证，因此不可避免需要调整实际使用药量，这点跟其他工艺是一样的。需要注意的是，本项目额外设置了四座天然储存池来避免系统检修或故障时临时储存用水，最大程度确保工业污水不会直接排入水体和土壤，这种方式大大减小了事故时污水对自然水体和土壤污染的可能性，这是值得我们注意的地方。当然，环境保护和经济建设在一定程度上是相背离的，希望我们能找到一个平衡点，从长远的眼光来考虑，保证我们的环境和资源利用的可持续性。
参考文献
[1]《Residential Building Code》 Royal Commission for Jubail & Yanbu，Kingdom of Saudi Arabia；
[2]《排水工程》第四版，张自杰 等
论文作者:陈海杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/7/2
标签：氢氧化物论文; 离子论文; 格栅论文; 废水处理论文; 工业论文; 金属论文; 硫化物论文; 《建筑学研究前沿》2018年第3期论文;