中國礦業(yè)大學(xué)污水處理站工藝改造設(shè)計和運行

趙玉林 郭衛(wèi)兵 王廣斌

(1.徐州開放大學(xué)， 江蘇 徐州 221000； 2.中國礦業(yè)大學(xué)， 江蘇 徐州 221116)

中國礦業(yè)大學(xué)污水處理站工藝改造設(shè)計和運行

趙玉林1，2郭衛(wèi)兵2王廣斌2

(1.徐州開放大學(xué)， 江蘇 徐州 221000； 2.中國礦業(yè)大學(xué)， 江蘇 徐州 221116)

介紹了中國礦業(yè)大學(xué)生活污水處理系統(tǒng)改造前后及運行情況,對比分析了生物膜法和活性污泥法處理工藝的優(yōu)、缺點及工藝流程。運行結(jié)果表明, 與原有工藝相比，改造后的工藝具有操作更簡單，管理更方便，效果有保障，成本降低的優(yōu)點，保證了出水水質(zhì)達到GB/T 18920-2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標準。

工藝改造；中水回用；A2/O

中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)位于徐州市西南部的云龍湖風(fēng)景區(qū)，校區(qū)在校學(xué)生人數(shù)約30 000人，總?cè)藬?shù)約33 000人。中國礦業(yè)大學(xué)于2004年在南湖校區(qū)興建了一座污水處理站，用于處理校區(qū)內(nèi)的生活污水并進行深度處理后回用。污水處理站建成后，由于種種原因，生化處理單元始終達不到理想的處理效果，造成后續(xù)物化處理單元超負荷運行，帶來諸多問題：出水氨氮經(jīng)常超標，達不到GB/T 18920—2002城市雜用水水質(zhì)要求；沉淀效果差，大大增加了深度處理工段的負荷；中水回用的同時，氨氮累積現(xiàn)象極其嚴重，造成進水水質(zhì)更差，處理負荷更大，出水氨氮更高的惡性循環(huán)。此外，目前許多設(shè)備已經(jīng)老化或損壞，達不到使用要求?；谏鲜鲈?，中國礦業(yè)大學(xué)決定對該污水處理站進行工藝改造。

1 原有工藝存在問題分析

1.1 原污水處理工藝流程

原污水處理主體工藝為三級生物流化床，預(yù)處理工藝為水解酸化，采用機械過濾進行深度處理，設(shè)計處理能力為8 000 m3/d。出水主要采用紫外線消毒，輔以投加固體氯片。污泥脫水采用帶式壓濾機。

具體工藝如圖1所示：

圖1 原有污水處理工藝流程

1.2 原工藝問題分析

① 原設(shè)計流量過大，建成后一直不能滿負荷運轉(zhuǎn)，造成了嚴重的資源浪費；

② 采用流化床生物膜法，脫氮除磷效果不理想，氨氮超標現(xiàn)象頻繁發(fā)生，且由于出水在校內(nèi)回用，部分污水一直在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，造成氨氮累積，形成惡性循環(huán)；

③ 三級流化床水力停留時間短，最長只有5 h，由于填料載體占用近1/3的空間，實際停留時間只有3 h；

④ 由于氮磷累積，曝氣池填料上生長出大量類似微小田螺的動物，堵塞填料，致使填料生物膜量基本為零，出水效果無法保證，出水COD經(jīng)常超標；

⑤ 整個處理工藝總共經(jīng)過了4次提升或加壓，電耗大，增加了處理成本。

1.3 構(gòu)筑物問題分析

① 水解酸化池結(jié)構(gòu)簡單，無任何攪拌措施；

② 調(diào)節(jié)池水力停留時間僅4 h，偏短；

③ 污泥濃縮池上清液不能單獨排走，起不到污泥濃縮的作用；

④ 平流沉淀池的出水堰長度不夠，導(dǎo)致出水負荷太高，使出水SS偏高，引起過濾罐堵塞。

2 污水處理工藝改造方案

2.1 水質(zhì)水量

校區(qū)污水主要來源于宿舍、教學(xué)樓、行政樓、食堂等用水，另外還包括醫(yī)院及化驗室排水。排入污水管網(wǎng)前，食堂污水需經(jīng)隔油處理，醫(yī)院污水經(jīng)消毒，實驗室廢水如含有毒有害物質(zhì)需進行相應(yīng)的預(yù)處理。污水經(jīng)處理后回用作宿舍沖廁水、校區(qū)綠化用水等。

根據(jù)污水處理站多年運行監(jiān)測結(jié)果，確定進水水質(zhì)和設(shè)計處理量。根據(jù)遠期及近期在校人數(shù)設(shè)計處理量定為4 800 m3/d，安全系數(shù)取1.2。根據(jù)中水回用要求，參照GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》，確定出水水質(zhì)標準。進水水質(zhì)和設(shè)計出水標準如表 1所示：

表1 污水處理站進水水質(zhì)和設(shè)計出水標準

注：其它出水水質(zhì)標準參照執(zhí)行 GB/T 18920—2002中的排放標準。

2.2 改造方案的確定

原污水處理工藝最大的問題在于脫氮除磷效率低，所以優(yōu)選改造方案首選成熟的脫氮除磷工藝。能否采用生物脫氮除磷工藝，即能否保證生物脫氮除磷過程的有效進行，主要取決于生物處理過程中自身營養(yǎng)能否平衡。表2為南湖校區(qū)污水取樣分析后得出的污水C、N、P比值：

表2 南湖校區(qū)污水C、N、P比值

BOD5/COD反應(yīng)污水的可生化性，一般認為BOD5/COD>0.3[1]，污水可生化性好，可采用生物法處理；由于生物脫氮系統(tǒng)主要利用原污水中的基質(zhì)作為反硝化的氫供體，BOD5/TN比值越大，反硝化進行越快[2]；COD/TN是影響生物脫氮的主要指標，COD/TN越大，氮的去除率越高，當(dāng)COD/TN>10時，氮的去除率可達80%[3]；BOD5/TP是評價能否采用生物除磷的主要依據(jù)，一般認為該值大于20時，出水中TP可達到1 mg/L，比值越大，除磷效果越明顯[4]。對照表2數(shù)據(jù)，可以認為改造方案采用生物法脫氮除磷工藝是可行的。

目前國內(nèi)外成熟的脫氮除磷工藝主要有A2/O、改良型氧化溝和MSBR等3種工藝[5-7]，都能達到本工程要求的出水水質(zhì)標準，但在技術(shù)上和經(jīng)濟上存在著差距。經(jīng)綜合比選，中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)污水處理改造工藝采用了A2/O方案。

3 污水處理改造工藝設(shè)計

3.1 改造后的工藝流程

按照投資少、運行費用低、操作管理方便的原則，中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)污水處理改造后的具體工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后污水處理工藝流程

3.2 改造后的主要構(gòu)筑物設(shè)計

(1) 調(diào)節(jié)池(新建)

原有的調(diào)節(jié)池容積偏小，在原調(diào)節(jié)池東側(cè)新建一座調(diào)節(jié)池起到調(diào)節(jié)水量水質(zhì)的作用。調(diào)節(jié)池尺寸為12 m×30 m×3.8 m，有效水深3.5 m，水力停留時間5 h。池底設(shè)1m深的集水坑，安裝潷水器，用于控制調(diào)節(jié)池出水，以提高調(diào)節(jié)池的容積利用率。

(2) A2/O生化池(改造)

設(shè)計條件：進水BOD5=300 mg/L，BOD5污泥負荷N=0.15 (kg BOD5/(kg MLSS·d))，污泥濃度X=4 000 mg/L，污泥回流比為R=50%，內(nèi)循環(huán)比為r=200%，設(shè)計水溫12℃。

① 厭氧池

根據(jù)A2/O工藝，為了初步降解大分子有機物，起到部分水解及厭氧釋磷作用，將原調(diào)節(jié)池和水解酸化池改造成一座厭氧池，尺寸為34 m×13 m×5.5 m，其中超高0.5 m，水力停留時間8.8 h。池內(nèi)四角設(shè)水下推進器進行攪拌。

② 缺氧池

為了進一步降解有機物，起到反硝化作用，將原一級流化床改成1座缺氧池，缺氧池尺寸：16 m×15 m×5.5 m，其中超高0.5 m，水力停留時間4.8 h。

③ 好氧池

為了徹底降解有機物，起到硝化及好氧吸磷作用，利用原二級和三級流化床、原沉淀池作為好氧池，池深為5.5 m，設(shè)計超高0.5 m，有效池容2 745 m3，水力停留時間11 h。取氣水比為15，供氣量為62.5 m3/min，選用羅茨鼓風(fēng)機，采用管式曝氣器。在由原沉淀池改造的好氧池末端建溢流墻，將混合液匯集后由潛污泵將25%的混合液提升至沉淀池，75%的混合液回流至缺氧池。

(3) 輻流式沉淀池(新建)

新建2座輻流式沉淀池代替原有平流式沉淀池以達到更好的沉淀效果。2座沉淀池并聯(lián)運行，單個沉淀池直徑15 m，有效水深1.4 m，超高0.3 m，表面負荷0.7 m3/(m2·h)，水力停留時間2 h。排泥采用懸掛式中心傳動刮泥機刮泥，靜壓排泥，在兩個沉淀池中間設(shè)集泥井。

(4) 濾池(新建)

為確保過濾安全、可靠、高效，淘汰4臺原機械式過濾器，新建4個普通快濾池，埋地設(shè)置。濾池總尺寸為7 m×27.2 m×4 m，濾速4 m/h。采用大阻力配水，濾料選用平均粒徑為1 mm的石英砂。用二沉池出水加氣進行濾池反沖洗，反沖洗水自流到好氧池。

(5) 其它改造

對設(shè)備間、鼓風(fēng)機房進行改造，建集水坑，設(shè)排水泵。淘汰原壓濾機，污泥脫水改用帶式壓濾機，集濃縮脫水于一體，不單設(shè)污泥濃縮池，并更換加藥系統(tǒng)。

4 改造后運行情況

4.1 污水處理效果

改造完成后經(jīng)過半年多的連續(xù)運行，出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項指標均達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標準，工程建設(shè)達到設(shè)計要求。平均進出水部分指標見表3。

表3 改造后污水處理站平均進出水主要水質(zhì)指標及去除率

4.2 環(huán)境和經(jīng)濟效益分析

年運行天數(shù)按250 d計，則改造后污水處理站年處理污水120 萬m3，根據(jù)表3，每年可削減COD 429.36 t，NH3-N 94.13 t，TP 4.46 t。

改造工程總投資：550萬元。運行費用如表4所示。

表4 改造后污水處理站運行費用 元/m3

工程完成后，現(xiàn)在每天約有1 500～2 000 t左右中水用于校內(nèi)沖廁、綠化等，其余設(shè)計能力中水正在考慮供周邊小區(qū)沖廁、綠化使用。這樣，按照設(shè)計能力，年可節(jié)約自來水120萬t、相應(yīng)節(jié)約自來水費356.4萬元(水價以2.97元/t計)。根據(jù)表4，污水處理站年滿負荷運行費用為130.8萬元，因此污水處理站滿負荷運營后每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益225.6萬元。

5 結(jié)論

中國礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)污水處理站通過工藝改造，將生物膜法改為活性污泥法，將流化床改為A2/O并且原有構(gòu)筑物和管路均加以充分利用。將設(shè)計處理水量由8 000 t/d降為4 800 t/d，既保證了出水水質(zhì)，又減少了資源浪費；工藝流程中將原來的4次水力提升(包括送水加壓)減少為3次提升(包括送水加壓)，節(jié)電效果明顯；曝氣池停留時間由原來的4 h提高到了11 h，大大提高了污水處理的可靠性和安全性，提高了脫氮除磷效果；投入運行后，出水水質(zhì)達到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標準。與原有工藝相比，改造后的工藝具有操作更簡單，管理更方便，效果有保障，成本降低的優(yōu)點。

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Process improvement in design and operation of the sewage treatment station of China University of Mining and Technology

Zhao Yulin1,2, Guo Weibing2,Wang Guangbin2

(1. Xuzhou Open University, Xuzhou 221000；2.China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116, China)

This paper introduced the operation situation before and after the modification of sewage treatment system in China University of Mining and Technology, and compared the biofilm and activated sludge treatment process in terms of advantages and disadvantages. Operation results showed that, compared with the original one, the modified process had advantages such as operation simple, management convenient, treatment efficient, and cost saving, also it could ensure the treated water quality complying with The Reuse of Urban Recycling Water--Water Quality Standard for Urban Miscellaneous Water Consumption (GB / T 18920-2002).

process improvement; water reuse; A2/O

2014-11-11；2014-12-21修回

趙玉林，男，1980年生，講師，研究方向：環(huán)境工程。E-mail：colo2005@163.com。

X703.1

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