工業(yè)廢水處理的安全評價與應急預案研究
2005年11月中石油吉化公司雙苯廠爆炸導致100噸左右苯、苯胺和硝基苯等有機物泄漏到松花江吉林市段，松花江水體被污染，使哈爾濱市停水四天，造成了嚴重的經(jīng)濟和環(huán)境損失。
為了迅速遏制環(huán)境安全事件多發(fā)勢頭，有效消除或減少環(huán)境安全隱患，避免類似松花江水污染事件的重大突發(fā)環(huán)境事件再度發(fā)生，國家環(huán)保總局從2006年2月7日起對127個分布在全國江河湖海沿岸、人口稠密區(qū)、自然保護區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)附近的投資約4500億元重點化工石化類項目進行環(huán)境風險排查；對11家布設在江河水邊的問題嚴重企業(yè)實施掛牌督辦；對10個投資約290億元的違反“三同時”的建設項目進行查處。
國務院2006年1月發(fā)布的9件事故災難類突發(fā)公共事件專項應急預案中就包括國家突發(fā)環(huán)境事件應急預案。隨之，各地環(huán)保部門也都在積極制定和完善防范處置環(huán)境污染事故的對策，制定環(huán)境突發(fā)事件應急處理預案。
保障水環(huán)境安全不僅要關(guān)注化工石化類等重點項目，也要關(guān)注一般工業(yè)類項目；不僅要從宏觀方面建立健全相關(guān)的法律法規(guī)，制定環(huán)境突發(fā)事件應急處理預案，也要從微觀方面抓好企業(yè)的安全生產(chǎn)，保證企業(yè)廢水處理設施的穩(wěn)定、有效運行，減少、乃至杜絕事故排放的發(fā)生。
目前，各級環(huán)保部門都對新建的工程項目可能發(fā)生的廢水事故排放表現(xiàn)出極大關(guān)注，要求企業(yè)設立事故排放池，提高事故風險防范和污染控制能力，杜絕事故排放。但是，多數(shù)企業(yè)沒有制定應急處理預案，工業(yè)廢水處理設施沒有設立事故排放池，防范事故排放的能力大都較差。
本文以蘇州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)某廠為例，介紹工業(yè)廢水處理的安全評價與應急預案研究。
1、項目概況
該廠主要生產(chǎn)高檔銅版紙，2005年挖潛增量，對現(xiàn)有紙機生產(chǎn)線進行了技術(shù)改造。技術(shù)改造過程中，為了提高企業(yè)的事故風險防范和污染控制能力，防止污染事故發(fā)生，杜絕廢水事故排放，蘇州科技學院環(huán)境安全研究所受廠方委托，對現(xiàn)有廢水處理設施運行情況進行了安全評價，并在此基礎(chǔ)上制定相應的廢水處理工藝改造方案與事故應急預案。
2、原廢水處理系統(tǒng)工藝運行分析
該廠可能造成的水環(huán)境污染，主要是COD超標排放。造成COD超標排放的主要原因有生產(chǎn)車間生產(chǎn)事故與廢水處理設施自身故障二類。根據(jù)廠方提供的2005年1-9月廢水監(jiān)測月報表，對COD監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，定義以下四種工況：
（1）生產(chǎn)事故工況——廢水處理設施進水COD濃度≥3000mg/l；
（2）均質(zhì)池事故排放工況——為保證曝氣池正常運轉(zhuǎn)致使均質(zhì)池廢水外溢；
（3）廢水處理設施事故工況——廢水處理設施尾水COD濃度≥100mg/l；
（4）廢水處理設施臨界工況——廢水處理設施尾水COD濃度在90mg/l至100mg/l之間。
2.1生產(chǎn)事故工況統(tǒng)計、分析
2005年1-9月，廢水處理系統(tǒng)進水濃度≥3000mg/l一共有21天，占總監(jiān)測天數(shù)的7.78%。但此21天，盡管發(fā)生生產(chǎn)事故，進水濃度增高，卻沒有發(fā)生超標排放，系統(tǒng)廢水處理效率可高達99.5%，說明整個廢水處理設施總體性能良好，可以應對高濃度進水，故不需對其主要設備、工藝流程進行改造。
2.2均質(zhì)池事故排放
為保證曝氣池正常運轉(zhuǎn)，來自均質(zhì)池的超流量來水，不能進入曝氣池，因而造成均質(zhì)池廢水溢出排放，致使系統(tǒng)總體處理效率降低、乃至造成事故排放。
均質(zhì)池一般事故排放量約為200m3，排放時間約1小時，排放濃度為350mg/l，每月可發(fā)生15次。
均質(zhì)池重大事故排放量約1000m3，排放時間約2小時，排放濃度為350mg/l，約每半年一次。
2.3廢水處理設施臨界工況統(tǒng)計、分析
2005年1-9月，廢水處理系統(tǒng)出水濃度在90mg/l至100mg/l之間的天數(shù)為12天，占總監(jiān)測天數(shù)的4.44%，處理效率在93%左右，為保證系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，有必要考慮將此部分工況作為事故排放考慮。
2.4廢水處理設施事故工況的統(tǒng)計、分析
2005年1-9月，出水濃度≥100mg/l的天數(shù)為11天，超標排放率已達4%以上，若加上臨界工況天數(shù)，可達8.51%，已非小概率事件，必須在廢水處理系統(tǒng)內(nèi)考慮“事故排放”處理問題。再從處理效率、超標倍數(shù)數(shù)據(jù)分析，超標不算嚴重，超標排放發(fā)生時系統(tǒng)處理效率大多數(shù)在90%附近。只要適當調(diào)整系統(tǒng)污染處理工藝參數(shù)(如：進水濃度、進水流量等)是可以解決的。另外，發(fā)生超標排放那些天的進水濃度均未達到3000mg/l，說明生產(chǎn)事故與廢水處理系統(tǒng)本身事故相互之間不存在必然聯(lián)系，相互是獨立存在的。這對本改造而言，可以適當減輕壓力——不需要太多考慮生產(chǎn)事故與廢水處理設施事故同時發(fā)生的情況。
2.5正常工況廢水處理設施效率分析
正常工況下各處理單元的處理效率與累積處理效率見表2-1：
2.6超標排放時的系統(tǒng)廢水處理效率分析
為分析超標排放時的系統(tǒng)廢水處理情況，按正常工況的處理效率作為理論處理效率，估算出超標排放狀態(tài)下各主要進、出口處的COD進水濃度、對應的理論出水濃度和處理效率，見表2-2：
 表2-2超標排放時系統(tǒng)主要進、出口處的COD濃度和處理效率  |
（單位：流量：m3/d；進(出)水濃度：mg/l；處理效率：%）
根據(jù)表2-1和表2-2的數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：
（1）在系統(tǒng)廢水處理效率正常工況下，系統(tǒng)的COD處理效率在97%以上，可保障出水濃度不超標，所有超標排放都是由于系統(tǒng)廢水處理效率不正常造成的；
（2）表2-2數(shù)據(jù)表明，造成超標排放的原因有二種，一種是一沉池出水濃度過高(大于600mg/l)，見前六次超標排放；一種是一沉池后(主要是曝氣池)處理效率低下(低于80%)，見后五次超標排放。
經(jīng)調(diào)查分析，一沉池出水濃度過高主要由于生產(chǎn)事故造成COD瞬時排放量較大，造成一沉池溶解性COD濃度偏高，致使一沉池負荷過高乃至一沉池功能失效,導致一沉池COD出水濃度也偏高(大于600mg/l)，至一沉池止的處理效率遠小于76.5%(僅在51.21%-70.23%之間)。曝氣池處理效率低下主要由于曝氣池污泥膨脹和二沉池污泥上浮，導致一沉池后處理效率遠小于87.5%(僅在73.24%-79.31%之間)，造成系統(tǒng)出水COD濃度超標。
3、事故成因及應急對策研究
3.1事故成因
（1）生產(chǎn)事故原因分析：在涂布廢水坑、涂料制備、填料回收等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水導致混合廢水瞬時樣COD濃度超過3000mg/l，造成生產(chǎn)事故。
（2）均質(zhì)池溢出原因分析：為保證曝氣池的正常運轉(zhuǎn)，來自均質(zhì)池的超流量來水，不能進入曝氣池，因而造成均質(zhì)池廢水溢出排放，致使系統(tǒng)總體處理效率降低、乃至造成事故排放。
（3）超標排放原因分析：①廢水水質(zhì)、水量變化大引起處理設施前部(一沉池以前)處理效率下降，出水濃度過大，造成曝氣池生化處理負荷過大、消化不了導致超標排放；②處理設施后部生物處理受到有害物質(zhì)沖擊，如：酸、堿，以及曝氣池中溶解氧不足，微生物生長受到抑制，導致生物處理效率大幅度下降，或造成污泥膨脹，使生化處理系統(tǒng)崩潰導致超標排放；③其它廢水處理站的設備或廢水處理構(gòu)筑物損壞、運行不正常等，造成廢水處理效率達不到工藝要求而導致的超標排放；④廢水處理站工作人員沒有按操作規(guī)程操作或操作失誤，影響設施廢水處理效率而導致的超標排放。
3.2應對措施
針對以上原因分析，改造采取如下措施：（1）增設事故排放池一座，接納生產(chǎn)事故和廢水處理設施自身事故排放的各種廢水；（2）在增設事故排放池的基礎(chǔ)上，設置三個循環(huán)：①生產(chǎn)事故廢水循環(huán)；②均質(zhì)池外溢廢水循環(huán)；③超標排放廢水循環(huán)。
3.2.1生產(chǎn)事故應急措施
（1）當中和池進水量≥350m3/h時，停止進水，引均質(zhì)池出水到事故池并將超過350m3/h流量的生產(chǎn)廢水引入事故池貯存。當中和池進水量<350m3/h時，把事故池內(nèi)的廢水泵入中和池。此時，事故池作為流量調(diào)節(jié)池使用，以減輕水量波動對一沉池處理設施的沖擊作用。
（2）當進水COD濃度≥3000mg/l發(fā)生時，停止均質(zhì)池出水泵入事故池，關(guān)閉紙漿進入中和池的閥門，將紙漿直接排放到事故池(此部分紙漿可賣)。若不賣，引入二沉池的低濃度水來稀釋到1700mg/l左右泵入中和池，整個廢水處理設施照常運行。此時事故池不僅接納了生產(chǎn)事故排放廢水，而且作為稀釋池使用，有效地避免了紙漿濃度過高對廢水處理設施產(chǎn)生的沖擊負荷。
（3）當進水量≥350m3/h，COD濃度≥3000mg/l兩種情況同時發(fā)生時，同（2）操作。
3.2.2均質(zhì)池事故應急措施
均質(zhì)池廢水溢出主要發(fā)生在由均質(zhì)池到曝氣池的廢水流量超過250m3/h，此時將均質(zhì)池廢水泵入事故池。由于均質(zhì)池設計容積過小，不能正常中轉(zhuǎn)一沉池到曝氣池的廢水，為預防均質(zhì)池溢出事故，平時可采取減輕均質(zhì)池貯存負荷措施。改造設計取均質(zhì)池的廢水作為事故池到中和池的循環(huán)用水，設計流量為50m3/h。若發(fā)生任何一種事故，此部分循環(huán)水流量即停用。
3.2.3超標排放應急措施
當二沉池超標排放，將二沉池出水用泵全部引到事故池內(nèi)貯存起來，同時，用泵引事故池廢水到中和池進行再次(第二次)處理，流量視當時情況決定，一般重復處理的廢水流量不超過100m3/h、慢慢消化，以保證造紙生產(chǎn)與廢水處理的照常進行。
3.2.4幾種事故同時發(fā)生時的應急措施
（1）生產(chǎn)事故排放、均質(zhì)池廢水溢出同時發(fā)生時的對策
當生產(chǎn)事故、均質(zhì)池廢水溢出同時發(fā)生，以最嚴重情況計算二股廢水同時進入事故池的總流量可達750m3/h，但事故池仍可以250m3/h的流量向中和池輸送，事故池凈增量僅為500m3/h，而事故池總?cè)莘e1500m3，可維持3小時不溢出。事故池容量富余可容納用于稀釋的二沉池來水保證去中和池的廢水濃度在1700mg/l左右。
（2）均質(zhì)池廢水溢出、二沉池超標排放同時發(fā)生時的對策
當均質(zhì)池廢水溢出、二沉池超標排放同時發(fā)生，以最嚴重情況計算二股廢水同時進入事故池的總流量為765m3/h。此時，若生產(chǎn)屬正常狀況，生產(chǎn)廢水流量為250m3/h左右。根據(jù)原廢水處理設施設計標準，系統(tǒng)具有300m3/h以上的處理能力，故事故池仍可以50m3/h的流量向中和池輸送，事故池凈增量僅為715m3/h，而事故池容量為1500m3，可維持2個多小時不溢出。
（3）生產(chǎn)事故、二沉池超標排放同時發(fā)生時的對策
當生產(chǎn)事故、二沉池超標排放同時發(fā)生時，以最嚴重情況計算二股廢水同時進入事故池的流量為515m3/h，只要一沉池工作正常，中和池可接納事故池廢水的流量為250m3/h，事故池凈增量為265m3/h，而事故池容積為1500m3，可維持5個多小時不溢出，因此整個系統(tǒng)完全可以照常運行工作。
（4）生產(chǎn)事故、均質(zhì)池廢水溢出、二沉池超標排放同時發(fā)生時的對策
此種情況最嚴重，但發(fā)生的概率極小，幾乎為不可能。若發(fā)生以最嚴重的情況計算：三股廢水流量總和為1015m3/h。只要一沉池工作正常，事故池還是可以向中和池輸出250m3/h的廢水，此時事故池的凈增量是765m3/h。1500m3的容積也可維持近2小時。
4、工藝改造前后環(huán)境風險對比分析
在原有廢水處理工藝基礎(chǔ)上增加1座事故池后，生產(chǎn)事故排放的紙漿可以排放到事故池，再回到處理系統(tǒng)處理；均質(zhì)池溢流廢水及二沉池超標出水也都可通過事故池再回到污水處理系統(tǒng)處理。
廢水處理工藝經(jīng)過改造后，可杜絕因生產(chǎn)事故、均質(zhì)池溢流及二沉池出水超標等原因?qū)λh(huán)境的事故排放，使污水超標事故排放的環(huán)境風險降為零。
廢水處理工藝改造前、后的廢水去向?qū)Ρ确治鲆姳?-1，事故排放率及排放濃度對比分析見表4-2。
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通過以上對比分析，廢水處理工藝改造后事故排放率降為0，削減COD排放總量112.83t/a。
5、工藝改造前后經(jīng)濟損益分析
5.1環(huán)境效益分析
（1）廢水處理工藝經(jīng)改造后，各種事故排放基本都可以杜絕，保證全年均可達標排放，COD總量削減112.83t/a。
（2）可以進一步改善受納水體——京杭大運河的環(huán)境質(zhì)量狀況。
（3）有利于改善城市污水受納水體水質(zhì)，提高城市環(huán)境質(zhì)量，優(yōu)化城市投資環(huán)境，促進城市社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
5.2社會效益分析
不僅可樹立企業(yè)對環(huán)境高度負責的良好社會形象，加強企業(yè)為社會和公眾所接受與認可程度，而且還大大提高了企業(yè)和產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量與市場競爭能力。
5.3經(jīng)濟效益分析
廢水處理工藝改造前，廢水處理站的自動控制系統(tǒng)和生產(chǎn)車間的控制系統(tǒng)聯(lián)系在一起，一旦污水處理站出現(xiàn)不正常情況，生產(chǎn)車間就要立即停產(chǎn)。以超標排放的概率1.74%估算，企業(yè)每年要因此停產(chǎn)6天，直接經(jīng)濟損失在600萬元以上。
廢水處理工藝改造后，即使廢水處理站出現(xiàn)事故情況，生產(chǎn)車間也不需停產(chǎn)，可以減少企業(yè)因停產(chǎn)帶來的各種損失。此外還可保證全年不超標排放、免除繳納超標排污費。
總結(jié)：工業(yè)廢水處理設施增加“事故池”，并在此基礎(chǔ)上實行“環(huán)境安全評價”與制定“應急預案”，在保障水環(huán)境安全，減少、乃至杜絕事故排放方面可發(fā)揮重要作用，具有良好的環(huán)境、社會及經(jīng)濟效益。這里還需特別指出的是：當前許多消防救災，小災反引起大災(2005年11月因中石油吉化公司雙苯廠爆炸事故造成的松花江嚴重水污染事故可為典型)，若在企業(yè)總排污管前設一道“卡”，一旦有“救災污水”，也用泵把此污水暫時貯存于“事故池”，待救災過后作相應特殊處理，就可避免因消防等救災行動反引發(fā)出更大的環(huán)境災難。
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