我国不仅水资源缺乏而且水污染形势严峻,是世界13 个贫水国之一,污水资源化利用是一条有效的节水途径。既可减少污染,又可增加可利用的水资源,能够明显提高环境效益和经济效益。济宁三号煤矿是设计年产量500 万t 的特大型现代化矿井,配套建设规模为2300 MW 电厂一座,为大用水终端,仅电厂采用地下

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污水处理技术篇:生活污水资源化处理技术

2015-05-18 14:19 来源: 价值中国 作者: 常治辉

我国不仅水资源缺乏而且水污染形势严峻,是世界13 个贫水国之一,污水资源化利用是一条有效的节水途径。既可减少污染,又可增加可利用的水资源,能够明显提高环境效益和经济效益。济宁三号煤矿是设计年产量500 万t 的特大型现代化矿井,配套建设规模为2×300 MW 电厂一座,为大用水终端,仅电厂采用地下深井水作为冷却补充水一项,夏季需用量为18 000 m3/d,冬季为12 000 m3/d。矿区位于山东省济宁市微山湖畔,生活污水排放量为4 500 m3/d,受纳水体为南阳湖,国家南水北调工程核心保护流域。针对特殊的地理环境和矿区产业布局,济宁三号煤矿采用生活污水资源化利用工程处理生活污水〔1〕。处理后的水用于电厂循环冷却补充水,实现了生活污水零排放,取得了较好的效果。

1 设计目标和水质指标

根据济宁三号煤矿生活污水排放量,确定生活污水设计规模为4 500 m3/d。产生的生活污水主要来源于煤矿办公洗排水、食堂洗涤水、澡堂洗浴水、单身宿舍排水等。与城市生活污水相比含有一定煤屑、泥砂杂质,所以悬浮物含量较高,有机物(BOD5)浓度相对较低,大量的洗浴污水使洗涤剂等成分含量较高。

生活污水原水水质指标COD 150~250 mg/L,BOD40~100 mg/L,SS 100~200 mg/L,pH 7.74,氨氮8.68mg/L。设计出水水质指标为COD≤20 mg/L,BOD≤4 mg/L,SS≤10 mg/L,pH 6~9,氨氮≤1 mg/L,达到地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求。DB37/T1575—2010 中要求电厂循环水补充水水质满足COD≤30 mg/L,BOD≤5 mg/L,SS≤10 mg/L,pH 7.0~8.5,氨氮≤5 mg/L。因此,处理后生活污水可作为电厂循环冷却补充水实现生活污水零排放。

2 处理工艺选择

基于目前我国污水处理技术现状,根据济宁三号煤矿生活污水水质特点和设计处理目标,处理工艺设计由三级处理单元组成,即一级物化处理,二级生化处理,三级深度处理的工艺。工艺流程如图 1所示。

图 1 工艺流程示意图

物化处理采用机械格栅、旋流除砂工艺去除生活污水中的杂物和泥砂〔2〕;生化处理采用卡鲁塞尔氧化沟生化处理工艺分解、稳定和去除水中有机污染成分; 深度处理采用微絮凝过滤+生物活性炭滤池+消毒工艺,将生化处理后污水进一步澄清、过滤、消毒,达到地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求,作为电厂循环冷却水补充水。污泥采用污泥浓缩池+带式压榨脱水机的处理工艺,剩余污泥经污泥浓缩池浓缩后,由带式压榨脱水机压榨脱水后外运填埋。

3 主要构筑物及设计参数

3.1 物化处理单元

(1)集水池:集水池为半圆形结构,设计1 座,停留时间0.79 h,有效容积150 m3。进水侧安装YXG型循环耙齿式格栅除污机,栅条间距5 mm,安装倾角75°,电机功率1.5 kW。用于截留和清除污水体中的固体悬浮物,有效保护水泵安全运行。集水池提升泵设计安装2 台立式排污泵,1 用1 备,型号为KLW150-180-20-18.5,流量180 m3/h,扬程20 m,电机功率18.5 kW。

(2) 旋流除砂系统:1 套,设计处理水量4 500m3/d。由旋流除砂装置、砂水分离装置组成,配套安装2 台罗茨风机作为气提风源。旋流除砂设备型号为SXC200,功率1.5 kW,沉砂池为圆形结构,直径2.2 m,高3.7 m,砂水分离器型号为SLF260,流量36~58 m3/h,功率0.25 kW。罗茨风机型号为SSR-65,风量1.18 m3/h,功率2.2 kW。

3.2 生化处理单元

(1)卡鲁塞尔氧化沟。氧化沟法是目前较成熟的生化处理技术,具有较强的承受水量水质变化的能力,且能达到良好的脱氮除磷效果。结合矿区水质特点和相关设计规范〔3, 4〕,设计1 座,设计处理水量4 500 m3/d。平面有效尺寸46.625 m×19.40 m,有效水深3.5 m,沟宽4.5 m,采用4 廊道。MLSS 1 500~4 000 mg/L,污泥龄为15 d,氧化沟污泥回流率100%。氧化沟进水端安装2 台倒伞型表面曝气机,型号为SLB2550,叶轮直径2 550mm,功率30 kW,充氧量60 kg/h,叶轮升降动程140 mm。氧化沟内设置2 套低速潜水推流器,型号为QJB5/4-1800/2-42,螺旋桨直径1 800 mm,转速42 r/min,功率5.5 kW。

(2)2 次沉淀池。采用辐流式沉淀池,共1 座,池径20 m,池深3.7 m。设计水力负荷0.85 m3/(m2˙h),停留时间为3.45 h。中心进水,周边出水,静压排泥,池内安装半桥周边传动刮泥机1 台,型号为SBG20,周边线速2~3 m/min,功率0.75 kW。

(3)集泥井。集泥井设计1 座,平面有效尺寸为5.6 m×4.6 m,地上2.1 m,地下2.9 m。二沉池回流污泥由重力作用进入集泥井,集泥井内安装2 台回流污泥泵,1 用1 备,型号为1500QW210-7-7.5,流量210 m3/h,扬程7 m,功率7.5 kW;同时安装2 台剩余污泥泵,1 用1 备,型号为65QW25-15-1.5,流量25m3/h,扬程15 m,功率1.5 kW。

(4)污泥浓缩池和储泥池。鉴于目前生活污水污泥浓缩常用方法〔5〕,选用重力浓缩法,设计污泥浓缩池和储泥池连体建筑1 座,浓缩池规格为D 5.00 m×4.45 m,地上2.4 m,地下2.05 m;储泥池规格为1.8 m×1.8 m×3.6 m,地上2.4 m,地下1.2 m。集泥井内剩余污泥由剩余污泥泵排入污泥浓缩池,池内安装中心传动污泥浓缩机1 台,型号为SNZ5,周边线速度0.9m/min,功率0.55 kW。浓缩后的污泥在压差作用下进入储泥池。

(5)中间水池。二沉池出水自流进入中间水池,半地下式结构。设计流量4 500 m3/d,停留时间0.53 h,有效容积100 m3,平面尺寸6.10 m×6.10 m,池高3.90 m,地上0.85 m,地下3.05 m,设计1 座,主要作为深度处理单元的提升加压,同时设有溢流管备用。设计2 台提升泵,1 用1 备,型号为KLW150-200,流量200 m3/h,扬程12.5 m,功率为15 kW。

(6)污泥处置。污泥采用污泥浓缩池+带式压榨脱水机的处理工艺,集泥井内剩余污泥经污泥浓缩池浓缩后,输送到污泥脱水机房,由型号为SDG1000,带式压榨脱水机压榨脱水后外运填埋。带宽1 m,处理能力5~10 m3/h,功率0.75 kW。

3.3 深度处理单元

(1)多介质滤池。多介质滤池利用石英砂、无烟煤两种滤料,能较好地去除二沉池出水中悬浮物和胶体,滤池具有自动反冲洗能力。设计流量4 500m3/d,池数1 座,滤池内承托层砾石层高0.2 m(直径规格从上到下依次为2~4、4~8、8~16、16~32 mm,层高均为0.05 m),石英砂滤料粒径0.5~1 mm,层高0.4 m,无烟煤滤料粒径1.2~1.6 mm,层高0.3 m。

(2)生物活性炭滤池。其被用于进一步吸附过滤去除水中的有机物。设计流量4 500 m3/d,池数1 座。外形尺寸7.80 m×6.30 m×5.42 m,共2 格,采用大阻力配水系统,设置砾石承托层层高0.7 m,从上到下依次为D 2~4 mm 层高0.1 m;D 4~8 mm 层高0.1 m;D8~16mm 层高0.1 m;D 16~32 mm 层高0.4 m。选用柱状活性炭滤料,柱径1.5~2 mm,层高2 m,特性参数为:碘值≥900 mg/g,亚甲兰值≥150 mg/g,酚吸附值≥120 mg/g,强度≥90%,总孔容积≥0.65 cm3/g,比表面积≥900 m2/g,颗粒密度0.77 g/cm3,真密度2.0~1.9 g/cm3,堆积密度0.45~0.53 g/cm3,水分≤5%,灰分8%~12%,pH 8~10。每隔3~5 d 冲洗1 次,冲洗强度12~14 L/(s˙m2),历时3~5 min。配备反冲洗泵2 台,1 用1 备,型号为KLW300-235A,流量970 m3/h,扬程15 m,功率45 kW。

(3)清水池。设计流量4 500 m3/d,停留时间3.2 h,有效容积600 m3,池数1 座。平面尺寸12.50 m×12.50 m,池高3.90 m,地上0.45 m,地下3.45 m。安装清水提升泵2 台,1 用1 备,型号为KLW150-315A,流量200 m3/h,扬程32 m,功率30 kW,负责向电厂供水。

(4)消毒设备。采用ClO2消毒工艺,ClO2投加量小于5 mg/L。消毒设施主要为ClO2发生器,选用BH-1000 型ClO2发生器1 台。

(5)加药设备。根据工艺设计,在多介质滤池前加入PAC 药剂,投加量小于10 mg/L。选用SFJ1500型加药设备1 套,配2 台加药计量泵。

4 运行效果及经济分析

经较长时间的运行,系统设施运行良好,处理水质稳定。出水有关指标为COD≤16.5 mg/L,BOD≤3mg/L,SS≤6 mg/L,pH 8.04 左右,氨氮≤0.95 mg/L。

设计生活污水处理水量4 500 m3 /d,工程投资861.2 万元。其中设备投资176.223 万元;土建费用434.378 3 万元,材料及其他费用250.598 7 万元。劳动定员12 人,员工平均年工资按30 000 元/人计,人工费为0.22 元/m3; 当地电价为0.52 元/(kW˙h),实际每小时平均耗电110 kW˙h,电费为0.30 元/m3;PAC 药剂价格1.3 元/kg,投加量按10 mg/L 计,药剂费为0.013 元/m3;盐酸药剂价格0.8 元/kg 计,氯酸钠药剂价格4.0 元/kg 计,生产1 g ClO2需要盐酸2.2 g和氯酸钠4.4 g,ClO2投加量按5 mg/L 水计算,消毒费为0.096 8 元/m3;设备总投资1 762 230 元,按设备投资3%计取维修费为0.032 元/m3; 设备折旧每年按投资的10%计,土建折旧按30 a 计,折旧费为0.19 元/m3;活性炭滤池3 年换1 次,每次需要6 万元,活性炭成本为0.012 元/m3。总计水处理成本为0.88元/m3。

生活污水处理后作为电厂循环冷却补充水,可减少深井水的使用量,深井水取水费用当地价格1.5元/t,则每年产生的经济效益为(1.5-0.88)×4 500×365=1 018 350 元,即101.835 万元/a。随着我国深井水价格的不断调整,效益将更为显著。

5 结论

该方法适应煤矿生活污水水质特点,运行稳定,易于管理。煤矿生活污水经该方法处理后的出水水质优于地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求,可作为电厂循环冷却水系统的补充水。

原标题:煤矿生活污水资源化处理技术

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