郝瑞剛,李國東

(1.太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008;2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

大同某煤礦生活污水處理廠原設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1500 m3/d，采用CAST生化處理工藝，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。但由于收集管網(wǎng)不完善，有部分礦井水、雨水及河道污水混入生活污水，導(dǎo)致污水廠進(jìn)水中有機(jī)污染物濃度低、生化條件差、泥沙含量多，該污水廠的運(yùn)行效果沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，基本處于停用狀態(tài)。隨著環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，同時(shí)根據(jù)環(huán)保規(guī)劃該污水廠需再接納上游另外兩個(gè)煤礦生活污水，處理水量發(fā)生了重大變化，因此該污水廠擴(kuò)容升級(jí)改造勢(shì)在必行，改造后處理能力達(dá)5500 m3/d，出水水質(zhì)應(yīng)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)規(guī)模為5500 m3/d。由于煤礦生活污水中70%～80%為洗浴廢水[1]，污水收集管網(wǎng)不完善，部分礦井水、雨水及河道污水混入生活污水，導(dǎo)致該生活污水泥沙含量大、有機(jī)污染物濃度低、生化條件差；同時(shí)考慮到該廠主要處理目標(biāo)為生活污水，待生活污水收集管網(wǎng)完善、礦井水實(shí)現(xiàn)分流后生活污水進(jìn)水指標(biāo)會(huì)有所改善，綜合以上因素以確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出、水水質(zhì)

2 處理工藝選擇

擴(kuò)容升級(jí)改造工藝流程詳見圖1。

圖1 擴(kuò)容升級(jí)改造工藝流程

2.1 生化處理工藝

結(jié)合本項(xiàng)目有機(jī)污染物濃度低、生化條件差的水質(zhì)特點(diǎn)，若采用活性污泥法作為生化處理工藝，污水廠將會(huì)面臨活性污泥濃度低、出水水質(zhì)差等難以正常穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。生化處理工藝的選擇應(yīng)保證污水廠在有機(jī)物濃度較低和將來污水中有機(jī)物濃度處于正常水平的兩種情況下均可穩(wěn)定運(yùn)行，選擇A/O生物接觸氧化作為生化處理工藝。A/O生物接觸氧化工藝在生化反應(yīng)池裝設(shè)組合填料，反應(yīng)池內(nèi)的污泥量由附著在組合填料上的生物膜污泥和懸浮于水中的活性污泥組成，提高了生化系統(tǒng)污泥濃度，延長了污泥齡，有助于硝化菌生長聚集，可使污水廠在高、低有機(jī)物濃度情況下均能正常運(yùn)行，系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷能力高；占地面積小，運(yùn)行管理簡便等特點(diǎn)[2]；缺氧池、好氧池獨(dú)立設(shè)置使缺氧及好氧微生物各自處于最佳生長環(huán)節(jié)，保證了生化處理效果。

2.2 深度處理工藝

為使出水TP、SS等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，在A/O生物接觸氧化處理工序基礎(chǔ)上增加“穿孔旋流絮凝+斜管沉淀+活性砂過濾”深度處理單元。①混合采用靜態(tài)管道混合器。絮凝采用由六個(gè)正方形豎井組成的多級(jí)穿孔旋流絮凝池，為提高豎井容積利用率和防止水流短路，沿各個(gè)豎井池壁上下左右交錯(cuò)開孔，過水孔尺寸依次增大[3]。水流流過水孔時(shí)產(chǎn)生射流并在豎井內(nèi)沿池壁形成旋流，沿水流方向水流強(qiáng)度及速度依次減小，避免前段形成的絮體在絮凝后段被水力破碎。多級(jí)穿孔旋流絮凝池絮凝效果好、具有體積小、便于和斜管沉淀池組合布置、適用于小型污水廠等特點(diǎn)[3]，較適合于本項(xiàng)目。②沉淀采用斜管沉淀，其利用淺層沉淀原理，提高了處理效率，具有占地面積小、運(yùn)行效果穩(wěn)定等特點(diǎn)[4]。③過濾采用活性砂過濾，其采用升流式流動(dòng)床過濾原理和單一均質(zhì)濾料，巧妙將過濾和洗砂過程在不同部位同時(shí)單獨(dú)進(jìn)行，無需停機(jī)反洗，可連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行，具有過濾效率高、能耗低、布置緊湊、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)進(jìn)水SS指標(biāo)要求寬松，濾料清洗及時(shí)，無周期性水質(zhì)波動(dòng)現(xiàn)象[5]。④采用紫外線和次氯酸鈉兩級(jí)消毒處理工藝以保障消毒效果和持久消毒能力。

3 主要建(構(gòu))筑改造設(shè)計(jì)

沉淀池、進(jìn)水井、粗格柵井按最高日最大時(shí)流量(Qmax=396.5 m3/h)設(shè)計(jì)，由于設(shè)有調(diào)節(jié)池其余構(gòu)筑物按最高日平均時(shí)流量(Qave=229.2 m3/h)設(shè)計(jì)。

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

①進(jìn)水泥沙含量較大，新建鋼筋砼沉淀池1座，尺寸16.7×6.0×5.7(h)m，有效水深2.25 m，HRT=0.5 h，配1套電動(dòng)抓斗清泥機(jī)。

②修繕利用原調(diào)節(jié)池(有效容積為283 m3)；新建有效容積719 m3地下式鋼筋砼調(diào)節(jié)池1座，設(shè)2臺(tái)潛水?dāng)嚢杵?N=5.5 kW)間歇開啟攪拌以防止污泥沉淀；新建調(diào)節(jié)池和原調(diào)節(jié)池并聯(lián)使用。更換柵條間隙15 mm的回轉(zhuǎn)式粗格柵1臺(tái)。新設(shè)2臺(tái)(1用1備)污水提升泵(Q=229.2 m3/h，H=23 m，N=22 kW)。柵條間隙3 mm內(nèi)進(jìn)流細(xì)格柵2套；D=1.83 m旋流沉砂池2座；處理量Q=5～12 L/s砂水分離器1臺(tái)。

③鋼筋砼結(jié)構(gòu)豎流初沉池2座，表面負(fù)荷2.55 m3/(m2·h)，中心管流速20 mm/s，HRT=1.0 h，尺寸為6.7×6.7 m，有效水深2.55 m，超高0.3 m。

3.2 生化處理單元

生化處理單元缺氧池、好氧池均設(shè)于鋼結(jié)構(gòu)廠房內(nèi)，防止冬季寒冷天氣影響生化處理效果。

①缺氧池(A段)：將原有鋼筋砼CAST池改造為2組缺氧池，單組平面尺寸16.5×8+4.9×3.5 m，有效水深4.45 m，HRT=5.8 h，反硝化容積負(fù)荷0.32 kgNOx-N/(m3·d)。單組組合填料體積332 m3，填充率：50%。投加量為54 mg/L乙酸鈉碳源投加裝置1套。

②好氧池(O段)： 新建2組，單組平面尺寸為26.1 m×8.0 m鋼筋砼池，超高0.8 m，有效水深4.5 m，組合填料高度3 m，單組填料體積568 m3，HRT=8.2 h；充氧采用微孔膜片式曝氣器，氣水比為11∶1，風(fēng)機(jī)變頻控制；BOD5填料容積負(fù)荷0.62 kgBOD5/m3填料·d，硝化容積負(fù)荷：0.2 kgTKN/m3填料·d。硝化液回流比R=250%，單組回流泵(Q=286.5 m3/h，H=7 m，N=7.5 kW)2臺(tái)(1用1備)。

3.3 二沉池及中間水池

由于生化處理中會(huì)有大量老化生物膜脫落進(jìn)入水體，為保證生化池出水中SS指標(biāo)符合后續(xù)處理工藝需求，設(shè)二沉池進(jìn)行固液分離。采用設(shè)有礦渣填料的過濾接觸沉淀池完成泥水分離，在二沉池上部設(shè)600 mm的礦渣填料接觸過濾層(其中：d40-50級(jí)配15 m3，d50-60級(jí)配8 m3)，上升流速v=3.1 m/h。二沉池2座，單座:8.0 m×5.5 m×8.07 m(h)，有效水深6.57 m，單個(gè)二沉內(nèi)設(shè)計(jì)2個(gè)錐形泥斗集泥，泥斗傾角為60°，采用靜壓排泥。為防止濾料堵塞，接觸式二沉池設(shè)氣水反洗系統(tǒng)，反洗氣及水由專用風(fēng)機(jī)及水泵供給。

將原接觸池改造為有效容130 m3的中間水池，二沉池出水進(jìn)入中間水池，設(shè)3臺(tái)(2用1備)潛水提升泵(Q=115 m3/h，H=16 m，N=7.5 kW)將水提升至深度處理單元。

3.4 深度處理車間

深度處理車間平面尺寸36.6×14.4 m，框架結(jié)構(gòu)，設(shè)有組合布置的穿孔旋流反應(yīng)池、斜板沉淀池、活性砂過濾池，減少了占地面積和提升，另設(shè)有加藥間、藥劑庫、空壓機(jī)房、控制室及值班配電室。

①穿孔旋流反應(yīng)池：鋼筋砼結(jié)構(gòu)穿孔旋流反應(yīng)池2座(每座設(shè)6格)，單格：1.6×1.6×4.65(h)m，有效水深4.35 m，HRT=17.5 min。設(shè)計(jì)進(jìn)口流速為1.5 m/s，其余穿孔流速分別為1.06，0.82，0.63，0.47，0.33，0.2 m/s，GT值為468845。絮凝藥劑采用PAC，投加量30 mg/L；在絮凝池末端投加1 mg/L 的PAM藥劑。

②斜板沉淀池：2組，單組尺寸為9.6×3.52×4.65(h)m，有效水深4.19 m，表面負(fù)荷為3.4 m3/m2·h,采用長1m的φ60斜管，安裝角度為60 °。采用穿孔管集泥重力排泥。

③活性砂過濾裝置2座，每座由3套過濾面積6 m2處理單元組成，正常濾速6 m/h。濾料粒徑1.2～2.0 mm，濾料厚度2 m。配套空氣壓縮及控制系統(tǒng)。

④紫外線消毒池1座，選用低壓高強(qiáng)度汞齊燈型紫外線消毒設(shè)備1套(6.4 kW)，燈管使用壽命≥12000 h。次氯酸鈉消毒投加量為3 mg/L(有效氯計(jì))。出水設(shè)在線流量、COD、氨氮、濁度儀、TP監(jiān)測設(shè)備。

3.4 污泥處理系統(tǒng)

初沉池、絮凝及斜管沉淀池、二沉池污泥排入污泥池(有效容積100 m3)，污泥池設(shè)潛水?dāng)嚢杵?N=3 kW)1臺(tái)，污泥經(jīng)提升后進(jìn)入寬1.5 m帶式濃縮脫水一體機(jī)處理，處理量18～24 m3/h。

4 運(yùn)行效果

本項(xiàng)自2018年10月調(diào)試完成運(yùn)行至今，日均處理水量為5000 m3/d，設(shè)計(jì)水量符合實(shí)際處理要求；沉淀池很好解決了來水中泥沙多的問題，保證了后續(xù)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；生物接觸氧化工藝適應(yīng)了水質(zhì)水量要求，保證了生化系統(tǒng)穩(wěn)定和處理效果；根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)際出水水質(zhì)滿足并優(yōu)于設(shè)計(jì)要求的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)3天在線監(jiān)測及水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)均值詳見表2。

表2 煤礦生活污水處理效果

5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

項(xiàng)目建設(shè)工程費(fèi)為2325.11萬元(噸水工程費(fèi)為4227元/m3)，其中：土建工程費(fèi)1022.61萬元，設(shè)備購置費(fèi)642.60萬元，安裝工程費(fèi)659.90萬元。運(yùn)行成本1.29元/m3，其中動(dòng)力費(fèi)(電費(fèi)以0.6元/kWh計(jì))0.46元/m3，藥劑費(fèi)0.38元/m3，工資福利費(fèi)0.45元/m3(定員30人，每人年均工資及福利費(fèi)30000元計(jì))。

6 結(jié)論

(1)設(shè)沉淀池并配套電動(dòng)抓斗清泥機(jī)解決了進(jìn)水泥沙含量大對(duì)后續(xù)處理工藝的影響，保證了處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；(2)采用生物接觸氧化工藝適應(yīng)了水質(zhì)及水量要求，保證了生化系統(tǒng)穩(wěn)定和處理效果；(3) “穿孔旋流絮凝+斜管沉淀+活性砂過濾”深度處理工藝，一體化組合布置，減少了占地面積和提升能耗。