翟平全

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院,太原 030001)

大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司四臺(tái)礦原有生活污水處理站一座,始建于20世紀(jì)80年代末,原設(shè)計(jì)規(guī)模6 000 m3/d,處理工藝采用傳統(tǒng)活性污泥法,由于年代久遠(yuǎn),處理工藝落后,而且收水管網(wǎng)不完善,該污水廠已經(jīng)不能運(yùn)行,所有設(shè)備老化報(bào)廢,處理構(gòu)筑物及建筑物均需要修繕。四臺(tái)礦大部分生活污水沒(méi)有處理直接排入十里河,污染當(dāng)?shù)厮w,不符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)的相關(guān)規(guī)定,為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策,集團(tuán)公司積極對(duì)污水處理廠進(jìn)行改造,可緩解水資源的供需矛盾,全面提高該區(qū)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、治污總體水平,促進(jìn)城市水資源和水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1　處理規(guī)模及水質(zhì)特征

1)處理規(guī)模:處理規(guī)模為2 000 m3/d。

2)進(jìn)出水水質(zhì):BOD5的質(zhì)量濃度為200 mg/L,COD為400 mg/L,SS為250 mg/L,NH3-N為40 mg/L,TN為60 mg/L,TP為4 mg/L。

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排放標(biāo)準(zhǔn): COD的質(zhì)量濃度為50 mg/L,BOD5為10 mg/L, SS為10 mg/L,NH3-N為5(8) mg/L,TN為15 mg/L,TP為0.5 mg/L。

2　處理工藝

2.1　工藝選擇

污水處理工藝的選擇直接關(guān)系到污水處理廠出水水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)、工程投資的大小、污水廠運(yùn)行成本的高低以及運(yùn)行管理是否簡(jiǎn)便等,因而選擇適當(dāng)?shù)奈鬯幚砉に囀俏鬯幚韽S建設(shè)的關(guān)鍵。根據(jù)確定的四臺(tái)礦生活污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì),污水處理廠應(yīng)采用具有脫氮除磷功能的污水處理工藝,處理工藝應(yīng)對(duì)BOD5、COD、NH3-N、TN、TP等均具有較高的去除率。同時(shí),由于污水水量、水質(zhì)變化相對(duì)較大,所以應(yīng)采用能較好適應(yīng)水質(zhì)、水量變化,具有較強(qiáng)抵抗沖擊負(fù)荷能力的工藝。

另外,煤礦生活污水與市政生活污水有一個(gè)比較明顯的區(qū)別,就是煤礦生活污水中含有較高的洗浴水,一般的煤礦生活污水中有機(jī)物濃度都偏低,所以,處理工藝應(yīng)該選擇對(duì)原水水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)的工藝,低濃度也能夠運(yùn)行。

基于以上思路,參考同類型污水廠的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),考慮采用工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和便于集中管理的方案,又力求經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)省占地、節(jié)約能源、降低運(yùn)行管理費(fèi)用,并且在保證工藝完善的基礎(chǔ)上,盡量考慮利用現(xiàn)有設(shè)施,節(jié)省投資費(fèi)用。污水處理廠改造選擇“A/A/O/A+MBR”工藝。

2.2　工藝原理

膜生物反應(yīng)器是結(jié)合了膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)的活性污泥法的一種高效污水處理技術(shù),由于膜的過(guò)濾作用,生物完全被截留在生物反應(yīng)器中,實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和污泥齡的徹底分離,使生物反應(yīng)器內(nèi)保持較高的MLSS，硝化能力強(qiáng),污染物去除率高。

本次設(shè)計(jì)選用的一體化膜生物反應(yīng)器是在A/A/O/A(參照強(qiáng)化內(nèi)源反硝化膜生物反應(yīng)器脫氮除磷專利工藝設(shè)計(jì))的基礎(chǔ)上,用MBR膜池取代傳統(tǒng)的二沉池,具有A/A/O/A工藝的一切優(yōu)點(diǎn),有良好的脫氮、除磷效果,由于MBR膜池具有較高的污泥濃度,所以,系統(tǒng)的污泥濃度比傳統(tǒng)的活性污泥法高2～3倍,可大大減小生化池的池容。另外,由于MBR膜絲表面孔徑只有0.1 μm～0.4 μm,出水比一般的活性污泥法的二沉池要好很多。

2.2.1A/A/O/A工藝(厭氧、1#缺氧、好氧、2#缺好氧調(diào)節(jié)池)的優(yōu)點(diǎn)

1)在進(jìn)水有機(jī)物含量不足時(shí),可進(jìn)行內(nèi)源反硝化,保證脫氮效果和最終出水水質(zhì)。此工藝由厭氧、1#缺氧、好氧、2#缺好氧調(diào)節(jié)池、膜池組成。經(jīng)過(guò)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的消耗,此處污水中的COD含量已很低。在營(yíng)養(yǎng)貧乏的狀態(tài)下,一些微生物開始消耗自身的細(xì)胞組成成分,同時(shí)也有一些微生物死亡和溶解,在污泥減量的同時(shí)一些有機(jī)物成分被釋放出來(lái),這時(shí)仍存活的反硝化細(xì)菌可利用這些來(lái)自于細(xì)胞自身的碳源進(jìn)行反硝化,即內(nèi)源反硝化。

2)提高膜通量,減少膜堵塞及清洗頻率,延長(zhǎng)膜使用時(shí)間及使用壽命。2#缺好氧調(diào)節(jié)池在營(yíng)養(yǎng)貧乏的條件下,反硝化菌會(huì)在缺氧條件下消耗降解由于微生物自身氧化及死亡所分解積累的膠體大分子有機(jī)物及污水中難降解的有機(jī)物大分子。而膜堵塞的主要因素也是大分子膠體有機(jī)物,因此,此工藝能降低膜堵塞及清洗頻率1/3以上,延長(zhǎng)了膜的使用時(shí)間及壽命。

3)能實(shí)現(xiàn)反硝化除磷,提高生物脫氮除磷效果,減少了化學(xué)除磷藥劑的使用量。2#缺好氧調(diào)節(jié)池/厭氧區(qū)/1#缺氧區(qū)交替的環(huán)境來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的好氧/厭氧環(huán)境,能培養(yǎng)馴化出一類硝酸根作為最終電子受體的反硝化聚磷菌(DPB)為代表的優(yōu)勢(shì)菌種,通過(guò)他們的代謝作用來(lái)同時(shí)完成過(guò)量吸收磷和反硝化過(guò)程,最終達(dá)到強(qiáng)化微生物脫氮除磷效果。

2.2.2MBR水處理技術(shù)工藝的優(yōu)點(diǎn)

1)采用的膜絲表面孔徑只有0.1 μm～0.4 μm,能夠高效地進(jìn)行固液分離,出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高,品質(zhì)穩(wěn)定,懸浮物和濁度接近于零,出水水質(zhì)優(yōu)于普通的處理工藝,經(jīng)消毒后可直接用于綠化、沖洗、消防、樓房中水回用補(bǔ)充觀賞水體等非飲用水的目的,從而省去了深度處理環(huán)節(jié),工藝流程短。

2)抗沖擊負(fù)荷強(qiáng),對(duì)水質(zhì)、環(huán)境、氣溫適應(yīng)性強(qiáng),水溫在不低于5℃時(shí),可以正常啟動(dòng)、調(diào)試、運(yùn)行。

3)系統(tǒng)采用PLC控制,可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制,運(yùn)行管理方便,對(duì)操作人員技術(shù)水平要求低;同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)快,不受污泥膨脹的影響。

4)解決了傳統(tǒng)活性污泥法造成的沉淀部分對(duì)最大生物濃度的限制,反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高,是傳統(tǒng)方法的2～3倍,達(dá)8 000 mg/L～10 000 mg/L,對(duì)水質(zhì)水量的變化適應(yīng)力強(qiáng),耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)。

5)有利于增殖緩慢的硝化細(xì)菌及其它專性細(xì)菌的截留、生長(zhǎng)和繁殖,系統(tǒng)硝化效率、CODcr去除率等各項(xiàng)指標(biāo)得以提高,反應(yīng)時(shí)間也大大縮短;同時(shí)大的有機(jī)物被截留在池內(nèi),保證其被繼續(xù)降解,提高了難降解有機(jī)物的降解效率。

6)污泥齡長(zhǎng),膜分離使污水中的大分子難降解成分在生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡條件下運(yùn)行,剩余污泥排放量是傳統(tǒng)方法的1/3。

7)容積負(fù)荷高,占地少,模塊化設(shè)計(jì)易于擴(kuò)容。

8) 膜的高效截流作用,使微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi),實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時(shí)間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。

9) 膜材質(zhì)為PVDF(聚偏氟乙烯),抗污染性強(qiáng),易清洗,適于污水處理;化學(xué)性能穩(wěn)定,抗氧化性強(qiáng),可采用常用氧化性藥劑清洗。

2.2.3MBR水處理技術(shù)工藝的缺點(diǎn)

1)MBR工藝預(yù)處理要求嚴(yán)格,和其他活性污泥法比較,需要增加超細(xì)格柵,格柵間隙一般為0.5 mm～1.0 mm,截流原水中更細(xì)小的頭發(fā)絲等物質(zhì),以減輕MBR膜絲的斷絲。

2)由于MBR出水需要靠水泵負(fù)壓抽吸,而且MBR膜在運(yùn)行過(guò)程中,需要不斷的曝氣來(lái)清洗膜絲,所以運(yùn)行電耗較普通的活性污泥法高。

3)MBR膜使用壽命短,一般5 a需要完全更換,折舊成本高。

4)MBR膜定期需要用酸、堿來(lái)對(duì)膜絲進(jìn)行化學(xué)清洗,以防止污堵,一般1周用低濃度藥液清洗1次,1個(gè)季度用高濃度藥液清洗1次, 1 a～2 a還需要將膜取出來(lái)進(jìn)行浸泡清洗。

5)MBR工藝需要靠PLC全自動(dòng)控制其運(yùn)行,一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題,整個(gè)系統(tǒng)靠手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)較困難。

2.3　工藝流程

MBR水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　工藝流程圖Fig.1　Process flow diagram

3　處理單元技術(shù)參數(shù)

設(shè)計(jì)規(guī)模為2 000 m3/d,由于設(shè)有調(diào)節(jié)池,除格柵外均按平均流量進(jìn)行構(gòu)筑物設(shè)計(jì)。

1)進(jìn)水井、格柵、調(diào)節(jié)池(新建)。設(shè)進(jìn)水井1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸4.0 m×2.0 m×2.8 m。內(nèi)設(shè)進(jìn)水閘門2臺(tái),閘門600 mm×600 mm。

設(shè)格柵井1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分2格,單格尺寸7.4 m×0.8 m×2.8 m。內(nèi)設(shè)回轉(zhuǎn)式機(jī)械粗格柵2臺(tái)，旋轉(zhuǎn)式機(jī)械細(xì)格柵各2臺(tái)?；剞D(zhuǎn)式機(jī)械粗格柵:單臺(tái)格柵寬B=0.7 m,柵條間隙b=10 mm,N=1.1 kW；旋轉(zhuǎn)式機(jī)械細(xì)格柵:單臺(tái)格柵寬B=0.7 m,柵條間隙b=6 mm,N=1.1 kW。

設(shè)調(diào)節(jié)池1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),有效調(diào)節(jié)容積540 m3,尺寸15 m×12 m×4.9 m。內(nèi)設(shè)潛水提升泵2臺(tái)(1備),設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。潛水提升泵:Q=42 m3/h,H=14.5 m,N=5.5 kW；潛水?dāng)嚢杵?N=5.5 kW。

2)超細(xì)格柵(新建)。設(shè)超細(xì)格柵井1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分2格,單格尺寸7.2 m×1.0 m×1.5 m。內(nèi)設(shè)超細(xì)格柵2臺(tái),超細(xì)格柵:單臺(tái)格柵寬B=1.0 m,柵條間隙b=1 mm,N=1.1 kW。

3)平流式沉砂池(修繕利用)。利用平流沉砂池1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分2格,單格渠寬B=0.6 m,渠長(zhǎng)L=9.56 m。內(nèi)設(shè)插板渠道閘門4套,排泥閥4個(gè),閘門:600 mm×1 000 mm,排泥閥:DN200。

4)初沉淀池(修繕利用)。利用初沉淀池4座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單座平面尺寸6.2 m×6.2 m,沉淀池總高度H=7.55 m,沉淀池設(shè)計(jì)表面負(fù)荷q=1.1 m3/(m2·h),設(shè)計(jì)停留時(shí)間4 h，內(nèi)設(shè)中心管,直徑1 000 m。

5)A/A/O/A生化池及MBR池(修繕利用)。利用現(xiàn)有的曝氣池改造為A/A/O/A池和MBR池,對(duì)原曝氣池進(jìn)行修補(bǔ),并在池內(nèi)增加隔墻,分割成厭氧池、1#缺氧池、好氧池、2#缺氧好氧調(diào)節(jié)池及MBR池。生化池分2組,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),單組尺寸32 m×7.35 m×5.3 m。

主要設(shè)計(jì)參數(shù):單組設(shè)計(jì)流量1 000 m3/d,混合液懸浮固體濃度6 000 mg/L,污泥產(chǎn)率0.60 kg DS/(kgBOD5),反硝化速率0.014 kg NO2-N/(kg·MLSS·d),污泥回流比400%,硝化液內(nèi)回流比100%～400%,外回流比100%。

① 厭氧池(單池)。厭氧池單池有效容積82.7 m3,尺寸2.5 m×7.35 m×5.3 m,設(shè)計(jì)停留時(shí)間2 h,內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái),潛水?dāng)嚢杵?N=1.5 kW。

② 1#缺氧池(單池)。缺氧池單池有效容積165 m3,尺寸5.0 m×7.35 m×5.3 m,設(shè)計(jì)停留時(shí)間3.96 h，內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái),潛水?dāng)嚢杵?N=1.5 kW。

③好氧池(單池)。好氧池單池有效容積393.6 m3,尺寸11.9 m×7.35 m×5.3 m,設(shè)計(jì)停留時(shí)間9.45 h,污泥齡25 d，內(nèi)設(shè)膜片式曝氣器832套。

④2#缺氧好氧調(diào)節(jié)池(單池)。2#缺氧好氧調(diào)節(jié)池單池有效容積198.5 m3,尺寸6.0 m×7.35 m×5.3 m,設(shè)計(jì)停留時(shí)間 4.76 h，內(nèi)設(shè)復(fù)葉(推流式)液下曝氣攪拌兩用機(jī)1臺(tái),O2YLBG-15/5型,電機(jī)功率:曝氣15 kW,攪拌5 kW。

⑤MBR池(單池)。MBR池單池尺寸5.4 m×7.35 m×5.3 m,每池設(shè)置2組膜組器,預(yù)留1個(gè)空位。單組設(shè)膜組器2臺(tái),單臺(tái)膜組器產(chǎn)水量550 m3/d,單臺(tái)膜組器膜面積1 800 m2,過(guò)濾通量13 L/(m2·h)～16 L/(m2·h),膜材質(zhì)PVDF,膜孔徑0.2 μm,運(yùn)行模式為過(guò)濾9 min,靜止1 min,反洗1 min。

6)MBR輔助間(新建)。新建MBR輔助間1座,設(shè)備間尺寸為21.3 m×6 m,磚混結(jié)構(gòu)。內(nèi)設(shè)滲透抽吸泵 (自吸泵) 4臺(tái)(2備),Q=50 m3/h,H=9 m,N=3.0 kW,設(shè)反沖洗CIP泵2臺(tái)(1備),Q=12 m3/h,H=8 m,N=0.75 kW,設(shè)剩余污泥泵4臺(tái)(2備),Q=18 m3/h,H=15 m,N=1.5 kW,另外設(shè)次氯酸鈉加藥裝置和檸檬酸加藥裝置各1臺(tái),設(shè)PAC加藥裝置1臺(tái),用于化學(xué)除磷,設(shè)二氧化氯發(fā)生器2臺(tái),發(fā)生量600 g/h。

7)清水池(新建)。設(shè)清水池1座,有效容積200 m3,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

8)污泥池(新建)。設(shè)污泥池1座,尺寸3.5 m×3.5 m×4.5 m,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

9)污泥脫水間(新建)。設(shè)污泥脫水間1座,平面尺寸21.3 m×9 m,磚混結(jié)構(gòu)。內(nèi)設(shè)帶式濃縮脫水一體機(jī)1臺(tái),帶寬1 000 mm,配套相應(yīng)輔助設(shè)備。

10)鼓風(fēng)機(jī)房(修繕利用)。利用原鼓風(fēng)機(jī)房1座,磚混結(jié)構(gòu),平面尺寸20.1 m×6.9 m。內(nèi)設(shè)好氧池曝氣鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)(1備)和MBR池膜吹掃鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)(1備)。曝氣鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)性能Q=7.14 m3/min,P=58.8 kPa,N=15 kW,轉(zhuǎn)速1 310 r/min,膜吹掃鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)性能Q=12.28 m3/min,P=70 kPa,N=19.27 kW。

4　主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

工程總投資1 995.0萬(wàn)元,其中，建設(shè)工程費(fèi)1 667.4萬(wàn)元，其他費(fèi)用232.6萬(wàn)元，預(yù)備費(fèi)95.0萬(wàn)元,直接運(yùn)行費(fèi)用約為1.53元/m3。

5　結(jié)束語(yǔ)

四臺(tái)礦生活污水處理采用“A/A/O/A+MBR”工藝,工藝具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行穩(wěn)定、流程短、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);針對(duì)煤礦企業(yè)缺水的大同地區(qū),出水不僅可穩(wěn)定地達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還可直接回用于洗煤廠用水、綠化及道路灑水等,對(duì)節(jié)約礦區(qū)水資源有重要意義。