化工园区水污染控制技术集成及典型示范
新闻来源：山东智信环保 发布时间：2016-05-01 08:10 点击：次
化工园区在规划建设过程中，通过产业的空间集聚、生产要素的合理配置，实现工业经济集约化、可持续发展，有利于资源的优化配置、“三废”的统一治理和资金及先进技术的引进[1]。2006年后，我国化工园区建设的速度明显加快，截至2012年，我国省级重点化工园区或以化工为主导产业的工业园区达到1 185个，6 a增长了近20倍[2]。但目前化工园区的治污情况却不理想，一方面与化工园区规划产业结构的不协调、企业生产技术和管理水平不高有关，另一方面也与化工园区污染控制难度较大有关。化工园区排放的废水属于高COD、高氨氮、高盐分和难降解废水，有机负荷高，可生化降解性差，多数含有各种毒性物质，是工业废水处理中的难点，同时还具有污染物种类复杂多变、盐分高、冲击负荷强等各种不利因素，较难实现有效处理[3]。此外，一些化工园区的污水处理与管理模式仍然沿袭市政污水的治理思路，在废水处理工艺、接管标准以及管理模式等方面并未考虑化工园区的废水特征，因此处理效果不佳。而国家日益严格排放标准的制定，也为化工园区水污染的有效控制带来更大挑战。
江苏省沿海某化工园区建于2004年，总规划面积26平方公里。园区的产业定位由最初的专业化农药基地，到之后的精细化工产业特色载体，再到目前升级中的医药化工、新材料等。该园区入驻企业超100家，均为化工企业，年产值超200亿。2014年，江苏省发布《关于在我省沿海地区开展园区区环保专项整治的通知》（苏经信材料〔2004〕21号）和《江苏省化工园区环境保护体系建设规范（试行）》（苏环办〔2004〕25号）（以下简称规范），开始尝试为化工园区的污染控制梳理规范和树立标杆，所含规范化建设体系既包括对污染控制基础设施的要求，也包括对监测、监控预警与管理等方面的要求。在此基础上，江苏省沿海化工园区开展了系统的园区综合整治。笔者对化工园区水污染控制整治过程中的一些经验和典型工程进行总结，对化工园区水污染控制技术和整治模式进行提炼，为化工园区水污染控制体系的建立提供行之有效的经验与借鉴。
1
整治理念及技术体系
目前化工园区大多采取企业预处理+园区污水厂集中处理的治污模式。但事实上化工园区水污染并不单独指企业排放的污水，在化工园区层面，水污染控制应包括企业废水的预处理、园区接管废水的综合处理、园区河道的整治、园区雨水（非点源污染）的控制，园区水污染监测、监控、预警平台的建设和园区水污染管理体系的建设等内容。化工园区水污染控制要素及构造模型。
整体而言，园区的水污染控制体系重点包括“一线两点三面”，一线是指输送管线，两点指企业和园区2个层面的水污染控制系统，三面是指园区的监测、监控和管理3个方面。在企业层面，水污染控制的要素应包括以下内容：生产线排污、废气处理、废水等其他排污、企业清污雨污分流、废水预处理站等。而园区的水污染控制要素除了重点的污水处理厂之外，还应包括园区的雨污管网、园区河道和园区的非点源污染等，任何一个环节出现问题都可能影响污水处理厂的达标。由以上复杂性可知，化工园区的水污染控制并不能完全将重心搁置在园区污水处理厂，必须将工业园区的水污染控制视为1个复杂的系统工程，在有效提高治理技术针对性的基础上，提升废水处理和系统管控层面的协同效应，才能实现污水处理厂的稳定达标排放。
在以上“系统工程”理念的基础上，提出化工园区水污染系统优化控制技术：通过梳理园区水污染控制系统演化和趋恒的内在动力与外部条件，协调系统内部以及系统与环境之间的物质、能量、信息交流与反馈，对企业清洁生产、废水预处理、输送与监控、集中污水处理厂建设进行系统性优化设计，配套完善管理标准、价费政策和应急响应机制，形成稳定达标、低碳运行和长效管理三位一体的化工园区水污染控制技术体系。
基于系统理论的化工园区治污理念。具体采用的技术点有：（1）化工园区废水污染物强化削减过程控制技术。主要目标是废水的随机涨落逐层平缓，实现园区污水处理厂的稳定达标。①针对企业高浓废水的预处理，采用基于电子控制的还原-氧化废水毒性降解预处理技术。根据特征有机污染物的化学性质，控制处理工艺中电子的供给和消纳，选择性地采用高级氧化/还原及其组合工艺，强化有机物尤其是杂环类、苯环类难降解污染物的降解，提高系统的处理效果。②针对废水处理厌氧系统效果的提升，采用基于流态控制的厌氧生物处理技术。通过计算流体力学对厌氧反应器流场的模拟和优化控制，提高布水均匀性以提高废水的处理效果和抗冲击负荷，通过反应器流态控制和结构设计实现泥水混合效果的提升和能耗的降低。③针对废水处理好氧系统效果的提升，采用基于生物量控制的功能填料投加和维持技术。通过开发新型生物活性炭等好氧功能填料投加技术，实现对污泥浓度的提升和控制，强化在极端环境尤其是低B/C、低温环境下好氧单元的脱氮除磷效果。
（2）园区水污染控制系统效能优化模型。主要目标是在园区层面纠正企业废水处理中对碳源的过度处理，协调碳氮磷物质在企业废水预处理站和集中污水处理厂的分配，实现园区废水处理系统的低碳运行。①针对企业/园区废水处理工艺重复设置的问题，提出基于“一企一策”的企业预处理偏差纠正技术。通过识别特征污染物，提出“一企一策”，制定具有针对性的废水接管标准、“一企一价”收费体系，适当弱化预处理段有效碳源的削减，强化对氮磷及特征有机污染物的去除，实现园区集中污水处理厂进水营养元素比例总体平衡。②针对园区水污染控制系统内部资源处于不均衡的状态，采用园区水污染控制碳氮磷“系统共代谢”技术。通过对园区内部碳、氮和磷的足迹探寻和途径解析，重新优化分配迁移和处理路径，将资源均衡分配到废水预处理和集中处理单元，最大限度地平衡废水处理过程中碳氮磷资源的自我供给和全过程协调，实现“系统共代谢”，降低了综合处理成本。
（3）“一机多控”智能集水和物联网监控反馈技术。主要目标是通过园区智能集水系统和物联网体系的构建，重点突出园区层面对系统内部各要素的快速反馈和协调作用，最终实现对园区水污染控制的长效管理。分为2个技术小点：①针对工业园区源头监管薄弱、园区企业排水管道敷设情况复杂、在线监控系统建设费用过高等情况，开发了“一机多控”园区智能集水技术。将化工园区分区并建设集水池和监控/反馈系统，采用限时排水自动调节措施，降低来水水质、水量波动。利用同步建设的物联网，实现数据通信及办公软件的高度集成，形成智能监管体系。②针对化工园区水污染控制智能程度低、反馈能力慢的情况，研发了物联网介导的监控模式及前端反馈技术。在建立通讯互联网络的基础上，同步实现智能采样、水质监测、远程办公、视频管理。依靠针对性污染因子的监控，实现对化工园区水污染的智能识别、定位、跟踪、监控和管理，同步建立企业排污信息数据库和企业排污档案、信誉纪录档案，逐步形成园区水污染控制的长效管理。
化工园区水污染系统优化控制技术路线。综上，将化工园区水污染控制视为灰色系统，通过污染物强化削减过程控制技术，抹平系统随机涨落；通过效能优化和资源能源在系统内部的平衡调控，将系统内部的相互作用向稳态和低能耗推进；通过园区智能集水系统和物联网反馈体系构建，形成系统与园区环境互动机制，促进园区水污染控制的长效管理。通过以上技术的集成，化工废水中的特征毒性有机污染物预处理段去除率可提高到90%以上，厌氧水解效率提高到40%以上，COD、氨氮、色度等去除率提高30%以上，废水处理综合成本可以降低20%以上。同时建设了较为完备的监控和快速反馈系统，技术整体具备较好的先进性和操作性。
２
治理模式
通过上述技术路线的制定，在实际应用过程中延伸为普适性的化工园区治理模式。在江苏沿海某化工园区的整治过程中，创新性地采用“一体诊断、两层优化、三级控制、四类管理”的模式。
一体诊断指问题一体化诊断，即对园区存在的问题进行整体摸排诊断，关键点在于对园区水污染一体化的认识，必须站在系统角度对园区水污染控制问题进行诊断，联系的关键点为特征有机污染物。在对企业到园区层面废水所含特征有机污染物降解过程进行追踪的基础上，在处理效率和处理能耗水平评估的基础上，对化工园区水污染控制存在的问题（由企业到园区，由处理基础设施到监测、监控和管理方面）进行诊断，并提出优化处理方案。
两层优化是指针对企业和园区2个层面的水污染控制系统进行精确的优化治理。关键在于对症下药和因势利导。针对企业，实行4个精确化的控制手段，分别为“一企一策、一企一管、一企一标、一企一价”。即1个企业单独制定1套整治方案，每个企业单独设置1根尾水排放管道，每个企业单独制定1套接管标准，每个企业根据接管标准制定单独的排污收费依据。而园区的重点仍然是优化监控和管理，并实行3个精确化过程控制理念，对园区水污染控制系统进行提升。针对园区污水处理厂，采用生物强化的主体理念；针对园区雨污分流，采用前端反馈的主体理念；针对园区河道及非点源污染的控制，采用生境改善的主体理念。在园区雨污管道的优化中强调监控，控制进入污水厂和河道的雨水水质。污水处理厂的改造强调稳定，出水进入生态系统进行后续解毒处理。而河道及相关生态系统的构建则强调水质毒性安全。三者相辅相成，共生成园区层面的水污染控制子系统。
三级控制指园区污水水质的三级控制。其中企业接管标准为一级控制指标，按照一企一标的要求控制接管水质，重点监控特征污染物，明确要求特征有机污染物的前端去除效率。污水处理厂出水为二级控制指标，重点监控常规水质指标的达标稳定性，以符合法定的水质监管要求为目标。园区尾水接纳水体（河道下游园区控制断面）的水质为三级控制指标，重点开展尾水生物毒性指标的控制。依靠园区内河道或湿地对尾水的生态处理，有效提升尾水排放水质，以毒性的有效控制、尾水的安全排放和对下游生境影响的最小化为目标。在水质三级控制的目标和要求下，制定相应的监测和监控设施，以提高控制要求的可达性。
四类管理是指园区管理层面的构建，应以封闭管理、全面管理、动态管理和精确管理为目标。其中封闭管理是指对园区进行封闭，可以有效提高对危化品及危险固废的监管，降低园区的环境风险。全面管理指对园区的水、气、固废、安全、应急等进行全方位的监控管理。动态管理是指对企业进行动态化管理，在企业产品变更及污染控制水平波动时，制定一系列动态评价、考核、排名制度，按照园区污染控制的要求对管理方式进行更新，提高对管理目标的针对性。精确管理是指对每个企业、每个产品进行精确管理，在一企一策的要求下进行有效控制，重点对废水中的特征有机污染物进行精细化管理。
整体而言，两层优化是园区水污染控制的关键，但以上整治模式的核心在于特征有机污染物的控制。只有将目前重点监管的污染物指标由常规的COD、氮、磷转移到特征有机污染物浓度和废水毒性上，才能实现化工园区水污染控制目标的有效达成。
３
治理模式工作开展及关键
采用上述整治理念、技术和模式，目标园区逐一对照《江苏省化工园区环境保护体系建设规范（试行）》的要求，制定综合整治方案，开展以下工作。
3.1 一体诊断
委托多所高校和科研院所形成技术组，以系统优化的理念，对园区和企业2个层面的问题进行梳理和诊断，完成对园区所有企业的逐一排查。园区另外组建整治工作小组（管理组），通过技术组、管理组共同诊断、相互推进、联合验收的模式，最大程度实现对园区问题的有效诊断，提高一企一策和园区整改方案的可操作性。
3.2 两层优化
3.2.1 企业层面
在企业层面，一企一策是核心，一企一管是前提，一企一标和一企一价是经济杠杆。其中一企一策应包括以下内容：通过清洁生产削减污染物的源头产生量；通过实施严格的清污、雨污分流，避免偷排、漏排和稀释处理；实施废水分质收集处理以及废水处理站的针对性改造，提高废水处理效能。一企一管的建设同步配套监控、反馈系统的构建，实现有效监管。一企一标是通过调研、监测，在明确特征污染物及其处理难度以及对后续污水处理站负面影响程度的基础上，基于特征有机污染物在前段有效控制的理念，制定单独的适合目标企业的排放标准，氮磷尤其是有机氮磷以及盐分必须严格控制。在一企一标的基础上制定相应的排污费用价格体系，在同步考虑废水中特征污染物对运行效果的影响以及优质碳源系统内合理配置的基础上，通过价格杠杆提高园区污水厂进水的可生化性，促进企业及园区废水处理效率的提升，实现低碳处理、安全排放。通过价格杠杆同时还可以促进企业产品升级，提高节能减排水平和废水处理站运行管理水平。具体要求如下：
一企一策：企业逐一编制整治方案。（1）明确生产线清洁生产要求和技术方案并执行，排查、监测特征有机污染物。（2）明确清污、雨污分流要求：厂区雨水管道强制改为地上明沟，非雨天不得存水；建立单独的初期雨水池并设置电动阀门以实现初期雨水和后期雨水的切换；单独按规范要求建设应急事故池；车间废水分质收集、分质处理，在车间设置专门对应水质的集水池，所有废水包括生活污水强制要求采用压力明管输送至废水处理站，管道涂刷不同颜色并标明流向；车间循环冷却水单独收集回用，蒸汽冷却水只能排入循环冷却水系统，所有清下水不得排入污水收集系统和雨水收集系统；企业拆除不必要的三通、软管、清下水稀释管道、其他非正常排放措施和串流排放措施。（3）企业废水预处理站进行改造，重点为：提高对特征污染物的去除效果；进行规范化的设计和采用规范化的设备；提高自控、监控和监测水平；高浓、高盐废水的处理单独设置台账、蒸汽表和电表，严禁直接进入废水处理站处理；重点排水企业设置应急把关工艺。（4）厂区二次污染废水如废气处理废水、固废暂存库废水必须作为高浓废水进行收集处理，废水处理站的废气也必须纳入废气处理系统进行考虑。（5）按照规范，企业配套相应的监测、管理、奖惩和培训制度。
一企一管：企业采用一企一管、限时排放的排水方式，排水之前进行人工监测。废水处理站配备流量、COD、氨氮等在线监控设置和远程反控系统，一旦排水过程中出现超标现象，直接远程关闭排水阀门。计划逐步在企业排口增加pH、TP、电导率和SS的在线监测系统，并与园区监控平台联网。
一企一标：首先对园区层面的接管标准进行修订，增加TN的接管标准要求，将盐分的接管标准由原来的6 000 mg/L提升至5 000 mg/L，此举有效削减了特征污染物的排放。其次，在进行特征污染物排查和监测的基础上，逐一明确各家企业特征污染物的接管标准要求。明确企业前段对特征污染物的去除要求（达到接管标准的基础上，去除率≥95%）。
一企一价：探索建立基于特征污染物的污水处理接管、收费计算方法。结合各企业产品生产情况、特征污染因子及废水处理难易程度，建立包括保底收费计算方法、特征污染因子加权收费计算方法、超标排放收费计算方法的收费体系，具体设置思路见图5。
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图5 化工园区企业废水接管收费标准设置思路
3.2.2 园区层面
针对园区污水处理厂的“生物强化”，指采用合理的生物强化处理技术提升生化处理系统的抗冲击负荷和处理效率，采用适宜的深度处理工艺提高出水水质，实现稳定达标。鉴于BOT模式造成园区管理效能低下，容易产生扯皮现象，不建议化工园区的污水处理厂采用BOT方式进行运行管理。针对园区雨污分流的“前端反馈”，指开展园区污水管网智能集水系统的构建，分区、分管、分质监控，实现快速反馈。而雨水管道则通过入河口截污井的建设监控雨水水质，杜绝偷排。针对园区河道及非点源污染控制的“生境改善”，指对园区河道进行生态修复，建设尾水处理生态湿地，有效提高园区环境和尾水排放的安全保障系数。具体如下：
污水处理厂改造：采用化工园区废水污染物强化削减过程控制技术，以提升预处理、强化生化处理、增加深度处理为核心手段，改造园区2.0万t/d污水处理厂，将原有的调节池（事故池）+初沉池+厌氧水解池+氧化沟+混凝沉淀池工艺改为初沉池+调节池（事故池）+上流式厌氧水解池+原有厌氧水解池+氧化沟PACT+混凝沉淀池+臭氧催化氧化+BAF工艺，将园区废甲醇等有效碳源进行厂内利用，以强化尾水稳定达标和特征有机污染物有效去除。园区同步开展对BOT运行污水处理厂的回购。
园区雨污管道改造：园区敷设27根排水管道，分片区设置，部分重点企业实现一企一管，其余小型企业采用多企一管，限时排水。对园区污水管网进行清理疏通，完善对主管道的在线监控设施。分片区建设雨水入河口截污井（共计15只），即在雨水管网进入河道之前设置具备一定容量的雨水井，设置控制阀门和在线监控系统，杜绝污染雨水进入园区河道。
园区河道及非点源污染控制：景观河道是园区管理能力最直观的体现。对园区河道进行清淤，总水域面积为173.14万m2。一方面提高园区河道的生态功能，另外一方面还清历史欠账，将原有污染底泥等进行清理处置。清淤同时完成雨水管道的疏通整修，查处偷排管道。在重点河道实施生态修复工程，以生态浮岛、人工增氧、生态护坡为主要手段，提高河道的水质。在园区水系下游建设生态湿地，占地147万m2，有效容积为230万m3，主要工艺路线为厌氧塘+表面流湿地+兼性塘+好氧塘+潜流湿地+生态塘，同时适当配备相应的人文景观建设。至此，园区河道完成了清淤、截污、生态修复、循环活水、人工湿地一体化的生态整治过程，实现了对园区非点源污染的有效控制，污水处理厂部分尾水也进入生态湿地，在实现河道生态补水的同时降低了尾水的生物毒性。
此外，园区还根据实际需求和一体化环境保护设施设想，建设高浓废液处置中心和废水处理中试技术平台，为园区企业提供差别化、精准化服务。
3.3 三级控制
园区层面整治重点在于管理制度、监测手段、监控预警体系的建设。在企业废水预处理站排水、园区污水处理厂尾水和生态湿地出水水质的三级控制方面，除制定细化的水质排放标准和建设相应的水污染控制设施外，还建设相应的监管体系。按照规范要求，分指标、分频次建设了相应的监测体系。在排水口、上下游建设在线水质监控系统和反馈体系。按照四类管理要求，制定了一系列管理制度并实施。
三级控制体系最终集成在园区的综合信息管理平台暨应急指挥中心平台上，经过完善之后的平台以模块化的形式对园区的监管体系进行集成。通过数字地图、物联网、数据库、专家库等技术手段，形成具备完整监控、应急功能的管控平台。在水污染控制方面，具备园区水环境质量现状监测，企业、污水和河道水质在线监控，水污染预警及溯源等模块。除此以外，大气防控预警、环境风险防控及应急、安全消防控制、信息发布等也有相应的模块集成。
3.4 四类管理
园区开展一系列管理内容和管理制度的创新。
封闭管理：园区现有的出入道口封闭道口3个，间歇开放2个，规定客车轿车通道3个，货物（含危险品）超限车道1个，客货混合车道1个。所有的道口设置卡口系统和称重系统，实现园区的封闭管理。
全面管理：每个企业的废水治理指派专人负责，技术支持单位进行技术支撑；针对园区层面的整治内容以及其他废气、固废、重点污染源，设置专门的责任人和对应的责任领导，实现全过程、全方位的监管。同步制定一系列管理制度，如针对河道污染管理的河长制，针对园区雨水管网管理的管长制等。
动态管理：建立平台，制定专家会诊制度、企业环境绩效评估制度、环保信用评价及等级公示排名制度，定期对企业的污染控制情况进行动态管理。
精确管理：通过排查、监测和管理三步实现特征污染物的分期分批监管，主要手段包括：（1）建立特征污染物处理工艺去除效能评估制度。（2）建立优先控制特征有机污染物名单。（3）建立特征污染物处理成本核算与企业、产品的准入、退出关联机制。（4）构建园区特征污染物数据库及管控信息平台，对园区的特征污染物从准入、甄别、监测、处理等全流程进行信息化综合管理。
此外，在长效管理制度方面，园区制定一系列措施和相应的奖惩规定，措施制定的原则以“政府环境监管协同化、园区环境管理制度化、企业环境行为标准化、专家环境服务常态化、社会环境监督公开化”为基础执行。
４
结束语
（1）化工园区废水水质复杂、稳定性差、影响因素多，现有治理技术缺乏针对性、系统性和能效性，需要在水污染控制理念、技术和模式上开展协同创新，才能实现有效管控。在提出系统优化理念的基础上，开发集成了化工园区水污染系统优化控制技术，以“一体诊断、两层优化、三级控制、四类管理”为整治模式，系统联系化工园区水污染控制的各个影响因素，并开展优化和提升，最终实现化工园区废水处理的稳定达标、低碳运行和长效管理。
（2）化工园区水污染控制技术及其整治模式的核心在于特征有机污染物的控制，生物毒性也将成为越来越重要的控制指标之一。企业整治重点在于“一企一策”整治方案的制定，园区整治重点在于污水处理厂的稳定达标、河道水质提升以及管理制度、监测手段、监控预警体系建设。园区应建设综合信息管理平台，相应水污染控制措施与其他环境管控模块可集成到该平台，使之具备较好的展示度。
（3）在园区水污染综合整治过程中，水质的三级控制（主要指一企一标）和特征有机污染物管控制度的制定和落实有一定难度，主要难点在于监测难度较大、过程复杂，应在后续管理过程中逐步提升和完善。园区除了水污染问题外，废气处理是另一难点，应在水污染控制措施实施的同时开展园区废气整治工作。此外，在固废处理处置以及安全、应急等其他方面防控也应纳入一个更大的系统给予考虑和统筹。
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