煤礦生活污水廠擴容升級改造工程設計

郝瑞剛,李國東

(1.太原工業學院，山西 太原 030008;2.煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030001)

大同某煤礦生活污水處理廠原設計處理規模為1500 m3/d，采用CAST生化處理工藝，設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準。但由于收集管網不完善，有部分礦井水、雨水及河道污水混入生活污水，導致污水廠進水中有機污染物濃度低、生化條件差、泥沙含量多，該污水廠的運行效果沒有達到設計要求，基本處于停用狀態。隨著環保政策的日趨嚴格，同時根據環保規劃該污水廠需再接納上游另外兩個煤礦生活污水，處理水量發生了重大變化，因此該污水廠擴容升級改造勢在必行，改造后處理能力達5500 m3/d，出水水質應滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。

1 設計規模及進、出水水質

擴容改造設計規模為5500 m3/d。由于煤礦生活污水中70%～80%為洗浴廢水[1]，污水收集管網不完善，部分礦井水、雨水及河道污水混入生活污水，導致該生活污水泥沙含量大、有機污染物濃度低、生化條件差；同時考慮到該廠主要處理目標為生活污水，待生活污水收集管網完善、礦井水實現分流后生活污水進水指標會有所改善，綜合以上因素以確定設計進水水質。設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。水質指標詳見表1。

表1 設計進出、水水質

2 處理工藝選擇

擴容升級改造工藝流程詳見圖1。

圖1 擴容升級改造工藝流程

2.1 生化處理工藝

結合本項目有機污染物濃度低、生化條件差的水質特點，若采用活性污泥法作為生化處理工藝，污水廠將會面臨活性污泥濃度低、出水水質差等難以正常穩定運行的風險。生化處理工藝的選擇應保證污水廠在有機物濃度較低和將來污水中有機物濃度處于正常水平的兩種情況下均可穩定運行，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池裝設組合填料，反應池內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、低有機物濃度情況下均能正常運行，系統耐沖擊負荷能力高；占地面積小，運行管理簡便等特點[2]；缺氧池、好氧池獨立設置使缺氧及好氧微生物各自處于最佳生長環節，保證了生化處理效果。

2.2 深度處理工藝

為使出水TP、SS等指標滿足設計要求，在A/O生物接觸氧化處理工序基礎上增加“穿孔旋流絮凝+斜管沉淀+活性砂過濾”深度處理單元。①混合采用靜態管道混合器。絮凝采用由六個正方形豎井組成的多級穿孔旋流絮凝池，為提高豎井容積利用率和防止水流短路，沿各個豎井池壁上下左右交錯開孔，過水孔尺寸依次增大[3]。水流流過水孔時產生射流并在豎井內沿池壁形成旋流，沿水流方向水流強度及速度依次減小，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[3]，較適合于本項目。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、運行效果穩定等特點[4]。③過濾采用活性砂過濾，其采用升流式流動床過濾原理和單一均質濾料，巧妙將過濾和洗砂過程在不同部位同時單獨進行，無需停機反洗，可連續自動運行，具有過濾效率高、能耗低、布置緊湊、占地面積小等優點；對進水SS指標要求寬松，濾料清洗及時，無周期性水質波動現象[5]。④采用紫外線和次氯酸鈉兩級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)筑改造設計

沉淀池、進水井、粗格柵井按最高日最大時流量(Qmax=396.5 m3/h)設計，由于設有調節池其余構筑物按最高日平均時流量(Qave=229.2 m3/h)設計。

3.1 預處理系統

①進水泥沙含量較大，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套電動抓斗清泥機。

②修繕利用原調節池(有效容積為283 m3)；新建有效容積719 m3地下式鋼筋砼調節池1座，設2臺潛水攪拌器(N=5.5 kW)間歇開啟攪拌以防止污泥沉淀；新建調節池和原調節池并聯使用。更換柵條間隙15 mm的回轉式粗格柵1臺。新設2臺(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內進流細格柵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。

③鋼筋砼結構豎流初沉池2座，表面負荷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、好氧池均設于鋼結構廠房內，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，風機變頻控制；BOD5填料容積負荷0.62 kgBOD5/m3填料·d，硝化容積負荷：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(1用1備)。

3.3 二沉池及中間水池

由于生化處理中會有大量老化生物膜脫落進入水體，為保證生化池出水中SS指標符合后續處理工藝需求，設二沉池進行固液分離。采用設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600 mm的礦渣填料接觸過濾層(其中：d40-50級配15 m3，d50-60級配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，單個二沉內設計2個錐形泥斗集泥，泥斗傾角為60°，采用靜壓排泥。為防止濾料堵塞，接觸式二沉池設氣水反洗系統，反洗氣及水由專用風機及水泵供給。

將原接觸池改造為有效容130 m3的中間水池，二沉池出水進入中間水池，設3臺(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，框架結構，設有組合布置的穿孔旋流反應池、斜板沉淀池、活性砂過濾池，減少了占地面積和提升，另設有加藥間、藥劑庫、空壓機房、控制室及值班配電室。

①穿孔旋流反應池：鋼筋砼結構穿孔旋流反應池2座(每座設6格)，單格：1.6×1.6×4.65(h)m，有效水深4.35 m，HRT=17.5 min。設計進口流速為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。

④紫外線消毒池1座，選用低壓高強度汞齊燈型紫外線消毒設備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)。出水設在線流量、COD、氨氮、濁度儀、TP監測設備。

3.4 污泥處理系統

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)，污泥池設潛水攪拌器(N=3 kW)1臺，污泥經提升后進入寬1.5 m帶式濃縮脫水一體機處理，處理量18～24 m3/h。

4 運行效果

本項自2018年10月調試完成運行至今，日均處理水量為5000 m3/d，設計水量符合實際處理要求；沉淀池很好解決了來水中泥沙多的問題，保證了后續處理系統的穩定運行；生物接觸氧化工藝適應了水質水量要求，保證了生化系統穩定和處理效果；根據水質化驗及在線監測數據，實際出水水質滿足并優于設計要求的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準。連續3天在線監測及水質化驗數據均值詳見表2。

表2 煤礦生活污水處理效果

5 經濟指標

項目建設工程費為2325.11萬元(噸水工程費為4227元/m3)，其中：土建工程費1022.61萬元，設備購置費642.60萬元，安裝工程費659.90萬元。運行成本1.29元/m3，其中動力費(電費以0.6元/kWh計)0.46元/m3，藥劑費0.38元/m3，工資福利費0.45元/m3(定員30人，每人年均工資及福利費30000元計)。

6 結論

(1)設沉淀池并配套電動抓斗清泥機解決了進水泥沙含量大對后續處理工藝的影響，保證了處理系統穩定運行；(2)采用生物接觸氧化工藝適應了水質及水量要求，保證了生化系統穩定和處理效果；(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。