四臺礦生活污水處理廠改造工程工藝設計

翟平全

(煤炭工業太原設計研究院,太原 030001)

大同煤礦集團有限責任公司四臺礦原有生活污水處理站一座,始建于20世紀80年代末,原設計規模6 000 m3/d,處理工藝采用傳統活性污泥法,由于年代久遠,處理工藝落后,而且收水管網不完善,該污水廠已經不能運行,所有設備老化報廢,處理構筑物及建筑物均需要修繕。四臺礦大部分生活污水沒有處理直接排入十里河,污染當地水體,不符合國家環境保護的相關規定,為響應國家環保政策,集團公司積極對污水處理廠進行改造,可緩解水資源的供需矛盾,全面提高該區節能、節水、節地、治污總體水平,促進城市水資源和水環境的可持續發展。

1　處理規模及水質特征

1)處理規模:處理規模為2 000 m3/d。

2)進出水水質:BOD5的質量濃度為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。

出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A排放標準: COD的質量濃度為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系到污水處理廠出水水質能否達標、工程投資的大小、污水廠運行成本的高低以及運行管理是否簡便等,因而選擇適當的污水處理工藝是污水處理廠建設的關鍵。根據確定的四臺礦生活污水處理廠進水水質及出水水質,污水處理廠應采用具有脫氮除磷功能的污水處理工藝,處理工藝應對BOD5、COD、NH3-N、TN、TP等均具有較高的去除率。同時,由于污水水量、水質變化相對較大,所以應采用能較好適應水質、水量變化,具有較強抵抗沖擊負荷能力的工藝。

另外,煤礦生活污水與市政生活污水有一個比較明顯的區別,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物濃度都偏低,所以,處理工藝應該選擇對原水水質變化適應性強的工藝,低濃度也能夠運行。

基于以上思路,參考同類型污水廠的設計運行經驗,考慮采用工藝先進、技術可靠、能實現自動化控制和便于集中管理的方案,又力求經濟合理、節省占地、節約能源、降低運行管理費用,并且在保證工藝完善的基礎上,盡量考慮利用現有設施,節省投資費用。污水處理廠改造選擇“A/A/O/A+MBR”工藝。

2.2　工藝原理

膜生物反應器是結合了膜分離技術和傳統的活性污泥法的一種高效污水處理技術,由于膜的過濾作用,生物完全被截留在生物反應器中,實現了水力停留時間和污泥齡的徹底分離,使生物反應器內保持較高的MLSS，硝化能力強,污染物去除率高。

本次設計選用的一體化膜生物反應器是在A/A/O/A(參照強化內源反硝化膜生物反應器脫氮除磷專利工藝設計)的基礎上,用MBR膜池取代傳統的二沉池,具有A/A/O/A工藝的一切優點,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,系統的污泥濃度比傳統的活性污泥法高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#缺好氧調節池)的優點

1)在進水有機物含量不足時,可進行內源反硝化,保證脫氮效果和最終出水水質。此工藝由厭氧、1#缺氧、好氧、2#缺好氧調節池、膜池組成。經過厭氧區、缺氧區、好氧區的消耗,此處污水中的COD含量已很低。在營養貧乏的狀態下,一些微生物開始消耗自身的細胞組成成分,同時也有一些微生物死亡和溶解,在污泥減量的同時一些有機物成分被釋放出來,這時仍存活的反硝化細菌可利用這些來自于細胞自身的碳源進行反硝化,即內源反硝化。

2)提高膜通量,減少膜堵塞及清洗頻率,延長膜使用時間及使用壽命。2#缺好氧調節池在營養貧乏的條件下,反硝化菌會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物及污水中難降解的有機物大分子。而膜堵塞的主要因素也是大分子膠體有機物,因此,此工藝能降低膜堵塞及清洗頻率1/3以上,延長了膜的使用時間及壽命。

3)能實現反硝化除磷,提高生物脫氮除磷效果,減少了化學除磷藥劑的使用量。2#缺好氧調節池/厭氧區/1#缺氧區交替的環境來代替傳統的好氧/厭氧環境,能培養馴化出一類硝酸根作為最終電子受體的反硝化聚磷菌(DPB)為代表的優勢菌種,通過他們的代謝作用來同時完成過量吸收磷和反硝化過程,最終達到強化微生物脫氮除磷效果。

2.2.2MBR水處理技術工藝的優點

1)采用的膜絲表面孔徑只有0.1 μm～0.4 μm,能夠高效地進行固液分離,出水水質標準高,品質穩定,懸浮物和濁度接近于零,出水水質優于普通的處理工藝,經消毒后可直接用于綠化、沖洗、消防、樓房中水回用補充觀賞水體等非飲用水的目的,從而省去了深度處理環節,工藝流程短。

2)抗沖擊負荷強,對水質、環境、氣溫適應性強,水溫在不低于5℃時,可以正常啟動、調試、運行。

3)系統采用PLC控制,可實現全程自動化控制,運行管理方便,對操作人員技術水平要求低;同時系統啟動快,不受污泥膨脹的影響。

4)解決了傳統活性污泥法造成的沉淀部分對最大生物濃度的限制,反應器內的微生物濃度高,是傳統方法的2～3倍,達8 000 mg/L～10 000 mg/L,對水質水量的變化適應力強,耐沖擊負荷強。

5)有利于增殖緩慢的硝化細菌及其它專性細菌的截留、生長和繁殖,系統硝化效率、CODcr去除率等各項指標得以提高,反應時間也大大縮短;同時大的有機物被截留在池內,保證其被繼續降解,提高了難降解有機物的降解效率。

6)污泥齡長,膜分離使污水中的大分子難降解成分在生物反應器內有足夠的停留時間。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡條件下運行,剩余污泥排放量是傳統方法的1/3。

7)容積負荷高,占地少,模塊化設計易于擴容。

8) 膜的高效截流作用,使微生物完全截流在反應器內,實現了反應器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,使運行控制更加靈活穩定。

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

2.2.3MBR水處理技術工藝的缺點

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

2)由于MBR出水需要靠水泵負壓抽吸,而且MBR膜在運行過程中,需要不斷的曝氣來清洗膜絲,所以運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、堿來對膜絲進行化學清洗,以防止污堵,一般1周用低濃度藥液清洗1次,1個季度用高濃度藥液清洗1次, 1 a～2 a還需要將膜取出來進行浸泡清洗。

5)MBR工藝需要靠PLC全自動控制其運行,一旦控制系統出現問題,整個系統靠手動運轉較困難。

2.3　工藝流程

MBR水處理工藝流程見圖1。

圖1　工藝流程圖Fig.1　Process flow diagram

3　處理單元技術參數

設計規模為2 000 m3/d,由于設有調節池,除格柵外均按平均流量進行構筑物設計。

1)進水井、格柵、調節池(新建)。設進水井1座,鋼筋混凝土結構,尺寸4.0 m×2.0 m×2.8 m。內設進水閘門2臺,閘門600 mm×600 mm。

設格柵井1座,鋼筋混凝土結構,分2格,單格尺寸7.4 m×0.8 m×2.8 m。內設回轉式機械粗格柵2臺，旋轉式機械細格柵各2臺。回轉式機械粗格柵:單臺格柵寬B=0.7 m,柵條間隙b=10 mm,N=1.1 kW；旋轉式機械細格柵:單臺格柵寬B=0.7 m,柵條間隙b=6 mm,N=1.1 kW。

設調節池1座,鋼筋混凝土結構,有效調節容積540 m3,尺寸15 m×12 m×4.9 m。內設潛水提升泵2臺(1備),設潛水攪拌器2臺。潛水提升泵:Q=42 m3/h,H=14.5 m,N=5.5 kW；潛水攪拌器:N=5.5 kW。

2)超細格柵(新建)。設超細格柵井1座,鋼筋混凝土結構,分2格,單格尺寸7.2 m×1.0 m×1.5 m。內設超細格柵2臺,超細格柵:單臺格柵寬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,鋼筋混凝土結構,分2格,單格渠寬B=0.6 m,渠長L=9.56 m。內設插板渠道閘門4套,排泥閥4個,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,鋼筋混凝土結構,單座平面尺寸6.2 m×6.2 m,沉淀池總高度H=7.55 m,沉淀池設計表面負荷q=1.1 m3/(m2·h),設計停留時間4 h，內設中心管,直徑1 000 m。

5)A/A/O/A生化池及MBR池(修繕利用)。利用現有的曝氣池改造為A/A/O/A池和MBR池,對原曝氣池進行修補,并在池內增加隔墻,分割成厭氧池、1#缺氧池、好氧池、2#缺氧好氧調節池及MBR池。生化池分2組,鋼筋混凝土結構,單組尺寸32 m×7.35 m×5.3 m。

主要設計參數:單組設計流量1 000 m3/d,混合液懸浮固體濃度6 000 mg/L,污泥產率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,設計停留時間2 h,內設潛水攪拌器2臺,潛水攪拌器: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,設計停留時間3.96 h，內設潛水攪拌器2臺,潛水攪拌器: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,設計停留時間9.45 h,污泥齡25 d，內設膜片式曝氣器832套。

④2#缺氧好氧調節池(單池)。2#缺氧好氧調節池單池有效容積198.5 m3,尺寸6.0 m×7.35 m×5.3 m,設計停留時間 4.76 h，內設復葉(推流式)液下曝氣攪拌兩用機1臺,O2YLBG-15/5型,電機功率: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,每池設置2組膜組器,預留1個空位。單組設膜組器2臺,單臺膜組器產水量550 m3/d,單臺膜組器膜面積1 800 m2,過濾通量13 L/(m2·h)～16 L/(m2·h),膜材質PVDF,膜孔徑0.2 μm,運行模式為過濾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,設備間尺寸為21.3 m×6 m,磚混結構。內設滲透抽吸泵 (自吸泵) 4臺(2備),Q=50 m3/h,H=9 m,N=3.0 kW,設反沖洗CIP泵2臺(1備),Q=12 m3/h,H=8 m,N=0.75 kW,設剩余污泥泵4臺(2備),Q=18 m3/h,H=15 m,N=1.5 kW,另外設次氯酸鈉加藥裝置和檸檬酸加藥裝置各1臺,設PAC加藥裝置1臺,用于化學除磷,設二氧化氯發生器2臺,發生量600 g/h。

7)清水池(新建)。設清水池1座,有效容積200 m3,鋼筋混凝土結構。

8)污泥池(新建)。設污泥池1座,尺寸3.5 m×3.5 m×4.5 m,鋼筋混凝土結構。

9)污泥脫水間(新建)。設污泥脫水間1座,平面尺寸21.3 m×9 m,磚混結構。內設帶式濃縮脫水一體機1臺,帶寬1 000 mm,配套相應輔助設備。

10)鼓風機房(修繕利用)。利用原鼓風機房1座,磚混結構,平面尺寸20.1 m×6.9 m。內設好氧池曝氣鼓風機3臺(1備)和MBR池膜吹掃鼓風機3臺(1備)。曝氣鼓風機單臺性能Q=7.14 m3/min,P=58.8 kPa,N=15 kW,轉速1 310 r/min,膜吹掃鼓風機單臺性能Q=12.28 m3/min,P=70 kPa,N=19.27 kW。

4　主要經濟指標

工程總投資1 995.0萬元,其中，建設工程費1 667.4萬元，其他費用232.6萬元，預備費95.0萬元,直接運行費用約為1.53元/m3。

5　結束語

四臺礦生活污水處理采用“A/A/O/A+MBR”工藝,工藝具有出水水質好、運行穩定、流程短、控制簡單等優點;針對煤礦企業缺水的大同地區,出水不僅可穩定地達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A排放標準,同時還可直接回用于洗煤廠用水、綠化及道路灑水等,對節約礦區水資源有重要意義。