山西大醫(yī)院污水處理CAST工藝設(shè)計(jì)

0 引言

山西大醫(yī)院屬于大型綜合醫(yī)院，醫(yī)院污水來源及成分復(fù)雜，含有病原性微生物、有毒、有害的物理化學(xué)污染物和放射性污染物等，具有空間傳染、急性傳染和潛伏性傳染等特征。主要指醫(yī)院門診、病房、手術(shù)室、各類檢驗(yàn)室、病理解剖室、放射室、洗衣房、太平間等所有與醫(yī)院運(yùn)營相關(guān)處排出的診療、生活及糞便污水。一類污染物及放射性廢水經(jīng)預(yù)處理達(dá)標(biāo)后方可排入本污水處理站。此外，生活污水經(jīng)化糞池、餐廳廢水經(jīng)隔油池后和醫(yī)療廢水一并進(jìn)入醫(yī)院污水處理站處理。處理工藝采用CAST工藝。

本污水處理站處理規(guī)模為1 500 m3/d(近期)，2 500 m3/d(遠(yuǎn)期)。

本污水處理站出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18466-2005醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的排放標(biāo)準(zhǔn)(近期)，預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)(遠(yuǎn)期)。

污水處理工藝流程框圖見圖1。

圖1 污水處理工藝流程框圖

1 CAST工藝簡介

CAST工藝是循環(huán)活性污泥技術(shù)。其主要原理是:把序批式活性污泥法(SBR)的反應(yīng)池沿長度方向分為兩部分，前部為預(yù)反應(yīng)區(qū)，后部為主反應(yīng)區(qū)。在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)，微生物能通過酶的快速轉(zhuǎn)移機(jī)理迅速吸附污水中大部分可溶性有機(jī)物，經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷的基質(zhì)快速積累過程，對進(jìn)水水質(zhì)、水量、pH和有毒有害物質(zhì)起到較好的緩沖作用，可有效防止污泥膨脹;隨后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)較低負(fù)荷的基質(zhì)降解過程，完成對污水中有機(jī)物質(zhì)的降解。CAST工藝同時(shí)能夠比較充分發(fā)揮活性污泥的降解功能，也能夠減輕二沉淀池的負(fù)荷，有利于提高二沉池固液分離效果。

2 CAST工藝設(shè)計(jì)

2．1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)流量按照最高日最高時(shí)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量為104．17 m3/h;設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)依據(jù)參照同類型綜合醫(yī)院廢水水質(zhì)。近期設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18466-2005醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的排放標(biāo)準(zhǔn)。

污水設(shè)計(jì)進(jìn)出水主要水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

2．2 CAST生物池主要構(gòu)造

CAST生物池由預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)組成。

預(yù)反應(yīng)區(qū)，兩座，單池基本尺寸為L×B×H=10．0 m×1．5 m×4．5 m，其中有效水深 4．0 m，超高 0．5 m;預(yù)反應(yīng)區(qū)底部設(shè)有DN300放空管，頂部設(shè)有DN300溢流管和DN200回流污泥管，預(yù)反應(yīng)區(qū)與主反應(yīng)區(qū)的隔墻上底部開有800 mm×700 mm連通孔。

主反應(yīng)區(qū)，兩座，單池基本尺寸為L×B×H=13．5 m×10．0 m×4．5 m，其中有效水深4．0 m，超高0．5 m，每池設(shè)置2 臺攪拌機(jī)、1臺虹吸式潷水器、1臺回流污泥泵、1臺剩余污泥泵、1套膜式曝氣系統(tǒng)。同時(shí)主反應(yīng)區(qū)內(nèi)還設(shè)置有DO測定儀、污泥濃度(MLSS)計(jì)、酸度(pH)計(jì)、超聲波水位計(jì)。

2．3 預(yù)反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)

由于山西大醫(yī)院運(yùn)行初期，下游市政污水處理廠建設(shè)不完善，無法接納污水。排放水需直接排入水體，故本工程對脫氮除磷的要求較高，所以預(yù)反應(yīng)區(qū)根據(jù)活性污泥反應(yīng)動力學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)行條件按厭氧環(huán)境考慮，在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)考慮了較顯著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2．0 mg/L左右的硝態(tài)氮)。同時(shí)預(yù)反應(yīng)區(qū)利用了活性污泥的快速吸附作用而加速對溶解性底物的去除，并對難降解有機(jī)物起到良好的水解作用，還可使污泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放。污泥回流量按最大時(shí)處理量的20%考慮，污水水力停留時(shí)間按1．0 h計(jì)。

為了使回流污泥和污水進(jìn)行充分混合，形成均勻的厭氧環(huán)境，在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置2臺潛水?dāng)嚢杵?，該攪拌器屬于高轉(zhuǎn)速(705 r/min)、小葉輪(370 mm)類型，具有較好的混合攪拌功能，考慮到厭氧環(huán)境對磷的釋放影響較大，故在預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)還設(shè)置有DO在線測定儀，其輸出信號接入CAST反應(yīng)池PLC子站，PLC子站根據(jù)DO值的大小及變化，對回流污泥量進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳的厭氧環(huán)境以利于磷的釋放。同時(shí)PLC總站可繪制預(yù)反應(yīng)區(qū)進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)、污泥回流量與DO的關(guān)系曲線，對運(yùn)行工作起到高效、優(yōu)質(zhì)的指導(dǎo)作用。

2．4 主反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)

為降低管理難度和污水處理成本，故設(shè)計(jì)中采用了泥齡較長，污泥負(fù)荷較低的延時(shí)曝氣方式，設(shè)計(jì)泥齡為15．7 d，污泥負(fù)荷取 0．088 kg BOD5/kg MLSS。

由于采用了延時(shí)曝氣方式，故污泥產(chǎn)泥率比較低，取值為0．945 kg SS/kg BOD5，每日剩余污泥產(chǎn)量為3 510 kg，剩余污泥經(jīng)主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的剩余污泥泵抽升至污泥池。污泥池內(nèi)設(shè)置有潛水?dāng)嚢杵饕员３殖貎?nèi)有氧狀態(tài)，防止磷的析出。

由于主反應(yīng)區(qū)具有同步硝化和反硝化功能，反硝化主要是在泥水分離階段使污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)的，因此，PLC子站將根據(jù)CAST生物池內(nèi)的DO值，對生物速率、曝氣時(shí)間、曝氣量、排泥速率等重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。

排水裝置選型時(shí)，考慮到運(yùn)行自動化程度較高，選用虹吸式潷水器，電磁閥控制虹吸排氣管的開啟，PLC控制。

曝氣設(shè)備采用了較先進(jìn)的超微孔膜式曝氣盤，具有較高的氧轉(zhuǎn)移效率，在水深為4．0 m的清水中膜式曝氣盤具有25%的氧轉(zhuǎn)移效率;同時(shí)盤式曝氣器比較節(jié)能，具備防堵塞與自清洗功能。

為使曝氣系統(tǒng)正常運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)3臺可調(diào)導(dǎo)葉片的單級高速羅茨鼓風(fēng)機(jī)(2用1備)，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量為Q=13．87 m3/min，設(shè)計(jì)風(fēng)壓50 000 Pa?？紤]到反應(yīng)池為變?nèi)葸\(yùn)行方式，水位變幅達(dá)2．0 m，為減少能耗、降低成本，其中兩臺為電機(jī)采用變頻運(yùn)行方式，同時(shí)空氣管路獨(dú)立設(shè)置，互不干擾。

2．5 工作周期設(shè)計(jì)

CAST生物池以一定的時(shí)間序列運(yùn)行，運(yùn)行過程包括進(jìn)水—曝氣、靜止沉淀、排水排泥、閑置四個(gè)階段，不同的運(yùn)行階段的運(yùn)行方式可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。本工程CAST生物池每日工作24 h，分為6．0個(gè)工作周期，每周期工作時(shí)間為4．0 h，其中進(jìn)水—曝氣3．0 h，靜止沉淀0．5 h，排水排泥 0．5 h。在同一時(shí)間各池的工作時(shí)序均不同，不會發(fā)生重疊，同一時(shí)間只有一個(gè)反應(yīng)池潷水，自動控制及操作管理較簡單，具體工作時(shí)序見表2。

表2 工作時(shí)序

進(jìn)水曝氣階段CAST主反應(yīng)區(qū)內(nèi)邊充水邊曝氣，同時(shí)池內(nèi)的回流污泥泵連續(xù)不斷的向預(yù)反應(yīng)區(qū)回流污泥。此時(shí)有機(jī)污染物被微生物氧化分解，同時(shí)污水中的氨氮通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。

靜止沉淀階段CAST主反應(yīng)區(qū)不充水也不曝氣，此時(shí)微生物利用水中剩余的DO進(jìn)行氧化分解，生物池逐漸由好氧狀態(tài)向缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變，開始進(jìn)行反硝化反應(yīng)，活性污泥逐漸沉到池底，上層水逐漸變清。

排水排泥階段CAST主反應(yīng)區(qū)的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液，同時(shí)池內(nèi)的剩余污泥泵向污泥調(diào)節(jié)池輸送剩余污泥。此時(shí)，生物池逐漸由缺氧狀態(tài)過渡到厭氧狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

實(shí)際運(yùn)行過程中，由于潷水器的潷水能力是按最不利的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)選型的，而這種最不利情況不易出現(xiàn)，故實(shí)際潷水時(shí)間通常要比設(shè)計(jì)潷水時(shí)間短，其剩余時(shí)間通常用于CAST主反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥的閑置，以恢復(fù)污泥的吸附能力。

3 結(jié)語

本文介紹的CAST工藝設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)參數(shù)取值已應(yīng)用于太原飛機(jī)場污水處理廠，由于一些客觀原因，山西大醫(yī)院污水處理站正處于緊張的建設(shè)之中，而相同工藝、相近規(guī)模的太原飛機(jī)場污水處理廠(4 500 m3/d)已建成并已完成試運(yùn)行，其各項(xiàng)指標(biāo)值均滿足設(shè)計(jì)要求，試運(yùn)行效果見表3。

表3 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)(平均值) mg/L

實(shí)踐證明，上述設(shè)計(jì)方法及參數(shù)取值是合理可行的，同時(shí)也說明CAST工藝是適合山西大醫(yī)院污水處理的一種新型工藝。

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