煤矿生活污水厂扩容升级改造工程设计

郝瑞刚,李国东

(1.太原工业学院，山西 太原 030008;2.煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030001)

大同某煤矿生活污水处理厂原设计处理规模为1500 m3/d，采用CAST生化处理工艺，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。但由于收集管网不完善，有部分矿井水、雨水及河道污水混入生活污水，导致污水厂进水中有机污染物浓度低、生化条件差、泥沙含量多，该污水厂的运行效果没有达到设计要求，基本处于停用状态。随着环保政策的日趋严格，同时根据环保规划该污水厂需再接纳上游另外两个煤矿生活污水，处理水量发生了重大变化，因此该污水厂扩容升级改造势在必行，改造后处理能力达5500 m3/d，出水水质应满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

扩容改造设计规模为5500 m3/d。由于煤矿生活污水中70%～80%为洗浴废水[1]，污水收集管网不完善，部分矿井水、雨水及河道污水混入生活污水，导致该生活污水泥沙含量大、有机污染物浓度低、生化条件差；
同时考虑到该厂主要处理目标为生活污水，待生活污水收集管网完善、矿井水实现分流后生活污水进水指标会有所改善，综合以上因素以确定设计进水水质。设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。水质指标详见表1。

表1 设计进出、水水质

扩容升级改造工艺流程详见图1。

图1 扩容升级改造工艺流程

2.1 生化处理工艺

结合本项目有机污染物浓度低、生化条件差的水质特点，若采用活性污泥法作为生化处理工艺，污水厂将会面临活性污泥浓度低、出水水质差等难以正常稳定运行的风险。生化处理工艺的选择应保证污水厂在有机物浓度较低和将来污水中有机物浓度处于正常水平的两种情况下均可稳定运行，选择A/O生物接触氧化作为生化处理工艺。A/O生物接触氧化工艺在生化反应池装设组合填料，反应池内的污泥量由附着在组合填料上的生物膜污泥和悬浮于水中的活性污泥组成，提高了生化系统污泥浓度，延长了污泥龄，有助于硝化菌生长聚集，可使污水厂在高、低有机物浓度情况下均能正常运行，系统耐冲击负荷能力高；
占地面积小，运行管理简便等特点[2]；
缺氧池、好氧池独立设置使缺氧及好氧微生物各自处于最佳生长环节，保证了生化处理效果。

2.2 深度处理工艺

为使出水TP、SS等指标满足设计要求，在A/O生物接触氧化处理工序基础上增加“穿孔旋流絮凝+斜管沉淀+活性砂过滤”深度处理单元。①混合采用静态管道混合器。絮凝采用由六个正方形竖井组成的多级穿孔旋流絮凝池，为提高竖井容积利用率和防止水流短路，沿各个竖井池壁上下左右交错开孔，过水孔尺寸依次增大[3]。水流流过水孔时产生射流并在竖井内沿池壁形成旋流，沿水流方向水流强度及速度依次减小，避免前段形成的絮体在絮凝后段被水力破碎。多级穿孔旋流絮凝池絮凝效果好、具有体积小、便于和斜管沉淀池组合布置、适用于小型污水厂等特点[3]，较适合于本项目。②沉淀采用斜管沉淀，其利用浅层沉淀原理，提高了处理效率，具有占地面积小、运行效果稳定等特点[4]。③过滤采用活性砂过滤，其采用升流式流动床过滤原理和单一均质滤料，巧妙将过滤和洗砂过程在不同部位同时单独进行，无需停机反洗，可连续自动运行，具有过滤效率高、能耗低、布置紧凑、占地面积小等优点；
对进水SS指标要求宽松，滤料清洗及时，无周期性水质波动现象[5]。④采用紫外线和次氯酸钠两级消毒处理工艺以保障消毒效果和持久消毒能力。

沉淀池、进水井、粗格栅井按最高日最大时流量(Qmax=396.5 m3/h)设计，由于设有调节池其余构筑物按最高日平均时流量(Qave=229.2 m3/h)设计。

3.1 预处理系统

①进水泥沙含量较大，新建钢筋砼沉淀池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套电动抓斗清泥机。

②修缮利用原调节池(有效容积为283 m3)；
新建有效容积719 m3地下式钢筋砼调节池1座，设2台潜水搅拌器(N=5.5 kW)间歇开启搅拌以防止污泥沉淀；
新建调节池和原调节池并联使用。更换栅条间隙15 mm的回转式粗格栅1台。新设2台(1用1备)污水提升泵(Q=229.2 m3/h，H=23 m，N=22 kW)。栅条间隙3 mm内进流细格栅2套；
D=1.83 m旋流沉砂池2座；
处理量Q=5～12 L/s砂水分离器1台。

③钢筋砼结构竖流初沉池2座，表面负荷2.55 m3/(m2·h)，中心管流速20 mm/s，HRT=1.0 h，尺寸为6.7×6.7 m，有效水深2.55 m，超高0.3 m。

3.2 生化处理单元

生化处理单元缺氧池、好氧池均设于钢结构厂房内，防止冬季寒冷天气影响生化处理效果。

①缺氧池(A段)：将原有钢筋砼CAST池改造为2组缺氧池，单组平面尺寸16.5×8+4.9×3.5 m，有效水深4.45 m，HRT=5.8 h，反硝化容积负荷0.32 kgNOx-N/(m3·d)。单组组合填料体积332 m3，填充率：50%。投加量为54 mg/L乙酸钠碳源投加装置1套。

②好氧池(O段)：
新建2组，单组平面尺寸为26.1 m×8.0 m钢筋砼池，超高0.8 m，有效水深4.5 m，组合填料高度3 m，单组填料体积568 m3，HRT=8.2 h；
充氧采用微孔膜片式曝气器，气水比为11∶1，风机变频控制；
BOD5填料容积负荷0.62 kgBOD5/m3填料·d，硝化容积负荷：0.2 kgTKN/m3填料·d。硝化液回流比R=250%，单组回流泵(Q=286.5 m3/h，H=7 m，N=7.5 kW)2台(1用1备)。

3.3 二沉池及中间水池

由于生化处理中会有大量老化生物膜脱落进入水体，为保证生化池出水中SS指标符合后续处理工艺需求，设二沉池进行固液分离。采用设有矿渣填料的过滤接触沉淀池完成泥水分离，在二沉池上部设600 mm的矿渣填料接触过滤层(其中：d40-50级配15 m3，d50-60级配8 m3)，上升流速v=3.1 m/h。二沉池2座，单座:8.0 m×5.5 m×8.07 m(h)，有效水深6.57 m，单个二沉内设计2个锥形泥斗集泥，泥斗倾角为60°，采用静压排泥。为防止滤料堵塞，接触式二沉池设气水反洗系统，反洗气及水由专用风机及水泵供给。

将原接触池改造为有效容130 m3的中间水池，二沉池出水进入中间水池，设3台(2用1备)潜水提升泵(Q=115 m3/h，H=16 m，N=7.5 kW)将水提升至深度处理单元。

3.4 深度处理车间

深度处理车间平面尺寸36.6×14.4 m，框架结构，设有组合布置的穿孔旋流反应池、斜板沉淀池、活性砂过滤池，减少了占地面积和提升，另设有加药间、药剂库、空压机房、控制室及值班配电室。

①穿孔旋流反应池：钢筋砼结构穿孔旋流反应池2座(每座设6格)，单格：1.6×1.6×4.65(h)m，有效水深4.35 m，HRT=17.5 min。设计进口流速为1.5 m/s，其余穿孔流速分别为1.06，0.82，0.63，0.47，0.33，0.2 m/s，GT值为468845。絮凝药剂采用PAC，投加量30 mg/L；
在絮凝池末端投加1 mg/L 的PAM药剂。

②斜板沉淀池：2组，单组尺寸为9.6×3.52×4.65(h)m，有效水深4.19 m，表面负荷为3.4 m3/m2·h,采用长1m的φ60斜管，安装角度为60 °。采用穿孔管集泥重力排泥。

③活性砂过滤装置2座，每座由3套过滤面积6 m2处理单元组成，正常滤速6 m/h。滤料粒径1.2～2.0 mm，滤料厚度2 m。配套空气压缩及控制系统。

④紫外线消毒池1座，选用低压高强度汞齐灯型紫外线消毒设备1套(6.4 kW)，灯管使用寿命≥12000 h。次氯酸钠消毒投加量为3 mg/L(有效氯计)。出水设在线流量、COD、氨氮、浊度仪、TP监测设备。

3.4 污泥处理系统

初沉池、絮凝及斜管沉淀池、二沉池污泥排入污泥池(有效容积100 m3)，污泥池设潜水搅拌器(N=3 kW)1台，污泥经提升后进入宽1.5 m带式浓缩脱水一体机处理，处理量18～24 m3/h。

本项自2018年10月调试完成运行至今，日均处理水量为5000 m3/d，设计水量符合实际处理要求；
沉淀池很好解决了来水中泥沙多的问题，保证了后续处理系统的稳定运行；
生物接触氧化工艺适应了水质水量要求，保证了生化系统稳定和处理效果；
根据水质化验及在线监测数据，实际出水水质满足并优于设计要求的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。连续3天在线监测及水质化验数据均值详见表2。

表2 煤矿生活污水处理效果

项目建设工程费为2325.11万元(吨水工程费为4227元/m3)，其中：土建工程费1022.61万元，设备购置费642.60万元，安装工程费659.90万元。运行成本1.29元/m3，其中动力费(电费以0.6元/kWh计)0.46元/m3，药剂费0.38元/m3，工资福利费0.45元/m3(定员30人，每人年均工资及福利费30000元计)。

(1)设沉淀池并配套电动抓斗清泥机解决了进水泥沙含量大对后续处理工艺的影响，保证了处理系统稳定运行；
(2)采用生物接触氧化工艺适应了水质及水量要求，保证了生化系统稳定和处理效果；
(3) “穿孔旋流絮凝+斜管沉淀+活性砂过滤”深度处理工艺，一体化组合布置，减少了占地面积和提升能耗。

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