2026年G3水处理案例分析题库及答案

2026年G3水处理案例分析题库及答案案例1城镇污水处理厂G3提标改造项目项目背景苏南某县级市开发区城镇污水处理厂，原设计处理规模10×10⁴m³/d，原出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，2024年当地要求出水提标至G3类城镇再生水标准（对应《城市污水再生利用分类》GB/T19923-2005中工业冷却用水、景观环境用水要求，具体水质指标：COD≤30mg/L、BOD₅≤6mg/L、NH₃-N≤1.5mg/L、TN≤10mg/L、TP≤0.3mg/L、浊度≤5NTU）。原工艺路线为“粗格栅+进水泵房+细格栅+旋流沉砂+A²/O二级生化+二沉池+混凝沉淀+V型滤池+次氯酸钠消毒”，提标前实际出水水质为：COD42~48mg/L、TN12~15mg/L、TP0.4~0.6mg/L、NH₃-N2~3mg/L；项目要求总投资控制在3500万元以内，改造新增占地不超过预留的8亩（约5336m²）。问题1.结合项目约束条件，设计本项目G3深度处理改造工艺，说明各核心单元功能；2.指出本项目TN稳定达标最核心的难点，给出针对性优化方案；3.测算本项目改造后的单位经营成本增量，分析项目经济可行性（项目再生水全部供给开发区工业企业作为冷却用水，售价0.8元/m³）。参考答案1.改造工艺路线：原二级出水→提升泵房→反硝化深床滤池→臭氧催化氧化池→接触消毒池→再生水池。核心单元功能：①反硝化深床滤池：兼具脱氮、过滤除磷三重功能，去除剩余TN的同时，截留二沉池出水中的悬浮物和剩余磷，无需单独设置过滤单元，节省占地；10×10⁴m³/d规模反硝化深床滤池设计滤速6m/h，总占地面积约700m²，远低于预留指标；②臭氧催化氧化：通过羟基自由基氧化分解二级出水中难降解溶解性COD，将COD从45mg/L左右稳定降至30mg/L以下，同时消毒除味；③次氯酸钠接触消毒：杀灭出水中病原微生物，满足G3再生水卫生要求。本项目总投资：反硝化深床滤池1200万元、臭氧催化氧化系统1800万元、配套管线自控500万元，合计3500万元，符合投资约束。2.本项目TN达标核心难点：原进水碳氮比仅为4~5:1，远低于生物脱氮要求的碳氮比≥6:1，且冬季低温（水温低于12℃）条件下反硝化速率下降30%~40%，进一步降低脱氮效率，原二级出水TN长期超标2~5mg/L。优化方案：①对原有A²/O系统好氧区末端1/3容积改造为内置后置反硝化区，将内回流比从100%提升至200%，利用原进水中的剩余碳源完成前置脱氮，可将二级出水TN从13mg/L降至10.5mg/L左右，减少外加碳源投加量约30%；②反硝化深床滤池配置TN在线监测联动的碳源精准投加系统，投加成本更低的改性生物质碳源（替代传统乙酸钠），单位碳源成本降低42%，保证出水TN稳定低于10mg/L。3.经营成本增量测算：改造后单位水量新增成本为：碳源投加0.12元/m³、电耗0.08元/m³、药剂与设备维护0.05元/m³，合计单位增量成本0.25元/m³，年增量成本为0.25×10×10⁴×365=912.5万元。项目年再生水销售收入为0.8×10×10⁴×365=2920万元，扣除原有运行成本后，年新增净收益约1600万元，投资回收周期约2.19年，远低于行业平均8年的基准，经济可行性良好。案例2煤化工高盐废水G3深度处理零排放项目项目背景内蒙古某现代煤化工项目配套高盐废水处理站，设计处理规模2×10⁴m³/d，进水为生化处理单元出水，实际水质：COD120~180mg/L、TDS6000~8000mg/L、总硬度1100~1300mg/L（以CaCO₃计）、SiO₂80~120mg/L。项目要求G3处理后产水达到《工业循环冷却水处理设计规范》GB/T50050-2017中循环冷却水补水要求（G3类工业再生水指标：TDS≤1000mg/L、COD≤30mg/L、总硬度≤50mg/L），项目要求实现浓水零排放，总投资控制在1.2亿元以内。问题1.设计本项目G3脱盐深度处理工艺，说明各单元核心作用；2.分析本项目膜系统污染的主要成因，给出全周期污染防控方案；3.对比蒸发结晶与纳滤分盐-冷冻结晶工艺，说明本项目末端浓水处理工艺的选择依据。参考答案1.工艺路线：生化出水→石灰-纯碱化学软化→澄清池→多介质过滤→超滤（UF）→纳滤（NF）分盐→两段反渗透（RO）浓缩→产水回用。各单元功能：①石灰-纯碱化学软化：沉淀去除大部分钙镁硬度和胶体硅，将进水总硬度降至100mg/L以下，SiO₂降至30mg/L以下，避免后续膜系统结垢；②超滤：去除水中残留悬浮物、胶体和大分子有机物，保证产水SDI₁₅≤3，满足膜系统进水要求；③纳滤分盐：利用纳滤膜对二价盐的截留率（≥98%）远高于一价盐（≤30%）的特性，将浓水中硫酸钠（二价盐）和氯化钠（一价盐）分离，降低后续浓缩单元负荷；④反渗透：脱除水中溶解盐类，产水稳定达到G3再生水要求，总水回收率达到98%，满足零排放要求。本项目总投资：预处理单元1200万元、膜系统8000万元、末端结晶单元2800万元，合计1.2亿元，符合投资约束。2.膜污染主要成因：煤化工高盐废水中含有难降解芳烃类有机物、腐殖质，会吸附沉积在膜表面造成有机污染；残留的钙镁离子、硅会形成硅酸盐垢、碳酸钙垢造成结垢污染。防控方案：①预处理阶段增设臭氧氧化单元，将进超滤COD降至80mg/L以下，分解难降解有机物，降低有机污染风险；②进膜前投加专用抗结垢分散剂，控制浓水侧朗格利尔指数在0~0.5范围内，抑制结垢；③选用改性抗污染PVDF超滤膜和耐污染复合RO膜，降低有机物吸附量；④建立分级清洗制度：跨膜压差升高10kPa时进行在线水力清洗，升高15kPa时进行离线化学清洗，每周一次低浓度酸洗除垢，每月一次碱洗除有机物，保证膜通量稳定在设计值的90%以上，膜使用寿命达到5年以上，符合行业标准。3.工艺选择：本项目浓水盐分组成中氯化钠占比72%，硫酸钠占比25%，属于高硫酸钠含量浓水，选择纳滤分盐-冷冻结晶工艺，即纳滤截留的硫酸钠浓水进冷冻结晶析出芒硝，一价氯化钠浓水经反渗透浓缩后进蒸发结晶析出氯化钠，选择依据：①成本优势：全蒸发结晶工艺单位运行成本约18元/m³原水，纳滤分盐-冷冻结晶工艺单位运行成本约11.7元/m³，运行成本降低35%；②产品质量优势：分盐工艺得到的氯化钠、硫酸钠产品均可达到《工业盐》（GB/T5462-2015）一级品标准，可外售给当地化工企业，吨盐收益约180元，每年可抵消约20%的运行成本；③环保优势：避免了杂盐作为危险废物处置的高额成本，杂盐产生量降低95%以上，真正实现零排放。案例3山区农村分散式G3饮用水处理项目项目背景浙西山区某行政村共1200人，新建分散式集中供水工程，设计供水规模150m³/d，原水为山溪水，水质季节性波动大：丰水期浊度150~200NTU、高锰酸盐指数10~15mg/L、总大肠菌群1200~2500MPN/100mL、溶解性铝0.3~0.5mg/L（上游有小型铝矿开采）；枯水期浊度5~10NTU、高锰酸盐指数6~8mg/L、溶解性铝0.1~0.2mg/L。要求出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）小型集中式供水G3类要求，项目要求运维成本≤0.8元/m³，新增占地≤200m²，实现无人值守远程运维。问题1.设计本项目G3分散式饮用水处理工艺，说明工艺适配性；2.针对原水溶解性铝超标的问题，给出针对性处理方案；3.分析本项目运维管理的核心难点，给出解决方案。参考答案1.工艺路线：原水→网格格栅→旋流预沉池→一体化集成生物炭-微滤膜处理单元→紫外线消毒→清水池。工艺适配性：①一体化集成设备占地仅120m²，远低于200m²的占地约束，工厂预制现场安装，施工周期仅15天，适配山区交通不便、施工条件差的特点；②生物炭兼具吸附和生物降解功能，可稳定吸附去除高锰酸盐指数、溶解性有机物，微滤膜可截留悬浮物、微生物，保证出水浊度和微生物指标达标，工艺抗冲击负荷能力强，适配原水水质季节性大幅波动的特点；③整体工艺自动化程度高，可实现远程控制，适配无人值守要求。2.溶解性铝超标处理方案：根据铝的溶解特性，溶解性铝在pH7.5~8.0区间会转化为氢氧化铝沉淀，因此针对性方案为：①在预沉池进水端设置自动pH调节系统，根据原水铝浓度自动投加少量氢氧化钠，将pH调节至7.5~8.0，可沉淀去除85%以上的溶解性铝；②沉淀后的出水进入生物炭单元，生物炭的多孔结构可吸附残余的溶解性铝，最后经微滤膜截留氢氧化铝颗粒，出水铝浓度可稳定降至0.05mg/L以下，远低于GB5749-2022规定的0.2mg/L限值；本方案无需新增独立处理单元，仅增加少量药剂成本，吨水成本增加不超过0.05元/m³，符合成本约束。3.核心难点：山区交通不便，运维力量不足，巡检周期长，停电风险高，水质波动大。解决方案：①配套10kW光伏发电+储能系统，容量满足8小时停电供水需求，解决山区电网不稳定问题；②配置云平台远程监控系统，集成浊度、pH、余氯在线监测设备，数据实时上传至县级水务运维平台，水质异常自动发送告警信息，巡检周期从每周1次调整为每半个月1次，人工成本降低50%；③设置自动加药系统，基于原水浊度、铝浓度在线数据自动调节药剂投加量，生物炭每半年更换一次，膜每两年清洗一次，年总运维成本约4380元，吨水运维成本约0.8元/m³，完全符合成本要求。案例4电镀废水G3深度回用项目项目背景珠三角某电子工业园电镀废水处理站，设计G3深度回用规模5000m³/d，进水为电镀生化处理单元出水，实际水质：总镍0.3~0.8mg/L、COD80~120mg/L、电导率1500~2500μS/cm。要求G3处理后出水回用到镀件清洗工序，出水指标：总镍≤0.05mg/L、COD≤10mg/L、电导率≤100μS/cm，水回收率≥90%，总投资控制在2800万元以内。问题1.设计本项目G3深度回用工艺，说明总镍的去除路径；2.分析本项目稳定达标的核心风险点，给出防控措施；3.测算项目静态投资回收期，分析经济可行性（当地工业自来水价格为4.5元/m³）。参考答案1.工艺路线：生化出水→调节池→化学沉淀→多介质过滤→活性炭过滤→离子交换→超滤→一级RO+二级RO→产水回用。总镍去除路径：①化学沉淀段：投加氢氧化钠调pH至10~10.5，90%以上的镍离子转化为氢氧化镍沉淀，经多介质过滤去除；②离子交换段：残余的溶解态镍离子被螯合树脂特异性吸附，出水总镍可降至0.05mg/L以下；③RO膜段：少量穿透树脂的镍离子被RO膜完全截留，最终出水总镍稳定在0.02mg/L以下，满足回用要求。本项目总投资2750万元，符合投资约束。2.核心风险点与防控措施：①风险1：离子交换树脂吸附饱和后发生镍穿透，导致出水超标；防控：设置双柱并联一用一备，出水总镍在线监测，浓度超过0.03mg/L自动切换备用柱，失效柱自动完成再生，避免超标风险；②风险2：RO膜被有机物污染，脱盐率下降；防控：活性炭过滤将进RO的COD降至30mg/L以下，建立月度化学清洗制度，控制跨膜压差稳定，