MBR工藝用于露天礦生活污水處理工程實(shí)例

摘 要：某露天煤礦生活污水產(chǎn)生量約800m3/d。采用以“機(jī)械格柵 + 旋流沉砂 + 溶氣氣浮 + 豎流沉淀 + MBR”為主體的處理工藝進(jìn)行處理。目前，出水經(jīng)處理后可以穩(wěn)定達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)系統(tǒng)的工程概況、工藝流程、設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行效果進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：露天礦;生活污水;MBR

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.048

0 引言

MBR工藝即膜生物反應(yīng)器，由膜分離系統(tǒng)和生物處理系統(tǒng)組成，常見(jiàn)的組合形式是一體化工藝，也就是將膜組件放置于生物處理系統(tǒng)內(nèi)部，被處理污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，其中大部分污染物被活性污泥降解，在抽吸泵營(yíng)造的壓差作用下，通過(guò)膜過(guò)濾出水。其工藝特點(diǎn)是污泥濃度高，占地緊湊，自動(dòng)化程度高。MBR工藝在工業(yè)廢水和生活污水的處理中都有廣泛研究和應(yīng)用[1～10]。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某煤礦屬于內(nèi)蒙地區(qū)露天煤礦區(qū)，不產(chǎn)生礦井水，但因地上作業(yè)較多，管理人員及工人數(shù)近千人，有較多生活污水產(chǎn)生。煤礦生活污水來(lái)源是職工辦公區(qū)污水、職工居住區(qū)污水及食堂污水。因其職工工作及就餐按照倒班制運(yùn)作，故廢水的水質(zhì)和水量都具有一定的沖擊性。北方的高油飲食結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致其污水含油量較高。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水中含有一定濃度的有機(jī)物和表面活性劑，并含有較多含量的油類(lèi)物質(zhì)，污染物指標(biāo)以CODCr、BOD5、濁度、NH3-N和動(dòng)植物油為主。污水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模800m3/d。《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)CODCr和動(dòng)植物油沒(méi)有要求，考慮到提高污水回用品質(zhì)，將CODCr的排放標(biāo)準(zhǔn)定為50mg/L，將動(dòng)植物油的排放標(biāo)準(zhǔn)定為5mg/L。

設(shè)計(jì)進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

2 處理工藝描述

2.1 機(jī)械格柵

生活污水由于來(lái)源種類(lèi)多，排水綜合管理水平不高，故其中會(huì)夾雜大量的生活垃圾，這些生活垃圾無(wú)法被生物處理降解，所以需要在系統(tǒng)前端對(duì)其進(jìn)行截留。機(jī)械格柵選用細(xì)格柵，利用其5mm間隙，對(duì)其中的雜物進(jìn)行有效的攔截。

2.2 旋流沉砂

由于礦區(qū)污水點(diǎn)源分散，匯集路徑分布廣泛，在收集過(guò)程中，會(huì)混入一部分泥砂。泥砂進(jìn)入系統(tǒng)后會(huì)造成沉積，破壞設(shè)備原有功能并造成磨損。旋流沉砂器的作用是，利用水力旋流模型，實(shí)現(xiàn)泥砂的加速沉淀效果，將其從污水中分離出來(lái)，保證后續(xù)系統(tǒng)不受其影響。旋流沉砂比平流沉砂的效率更高。

2.3 溶氣氣浮

污水含有的動(dòng)植物油類(lèi)物質(zhì)，會(huì)影響生化系統(tǒng)對(duì)溶解氧的利用，油類(lèi)物質(zhì)濃度過(guò)高時(shí)，還會(huì)影響MBR膜的過(guò)濾效果。溶氣氣浮工藝是通過(guò)向水中供入高壓空氣，在常壓條件下釋放，形成的微小氣泡可將污水中的絕大多數(shù)油類(lèi)物質(zhì)以及一部分懸浮物去除。

2.4 豎流沉淀

污水經(jīng)過(guò)前序處理，其殘留污染物基本是溶解性污染物，但污染物濃度仍處于較高水平。為降低后續(xù)生化系統(tǒng)的壓力，特設(shè)置豎流沉淀工藝，通過(guò)聚凝劑和絮凝劑的綜合作用，可將污水中一部分溶解性有機(jī)物加以去除。

2.5 MBR工藝

MBR系統(tǒng)選用中空纖維膜，平均孔徑僅為0.1μm。MBR膜可以截留活性污泥，提高系統(tǒng)容積效率，可以避免活性微生物的流失，使得系統(tǒng)的污泥齡延長(zhǎng)，有利于微生物尤其是硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，廢水中的有機(jī)物在反應(yīng)器內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí)間，最終得以分解去除。MBR膜還有一定的細(xì)菌截留作用，對(duì)大腸桿菌的去除率可達(dá)到99%。系統(tǒng)末端配套消毒設(shè)施。

具體的工藝流程如圖1所示。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 機(jī)械格柵

格柵安裝于調(diào)節(jié)池內(nèi)的格柵渠。調(diào)節(jié)池1座，采用鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為12m×6m×4.5m，總?cè)莘e324m3;格柵渠1座，采用鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為3.5m×1.2m×3m，總?cè)莘e12.6m3。設(shè)置有機(jī)械格柵2臺(tái)（1用1備），回轉(zhuǎn)格柵，304不銹鋼材質(zhì)，單臺(tái)寬度1m，柵條間隙5mm;提升泵3臺(tái)（2用1備），單級(jí)臥式離心泵，鑄鐵材質(zhì)，單臺(tái)Q=20m3/h，H=25m，N=2.2kW;超聲波液位計(jì)1套。

3.2 旋流沉砂

設(shè)置有旋流沉砂器1臺(tái)，處理能力50m3/h，碳鋼防腐材質(zhì)，池徑1.8m，氣提負(fù)荷2m3/min;配套提砂器和螺旋輸送機(jī)。

3.3 溶氣氣浮

設(shè)置有溶氣氣浮機(jī)1套，處理能力50m3/h，總體尺寸為10m×2.8m

×2.8m，絮凝反應(yīng)區(qū)尺寸2.8m×1.4m×2.8m，溶氣釋放區(qū)尺寸2.8m×0.8m×1.6m，碳鋼防腐材質(zhì);溶氣水泵2臺(tái)（1用1備），鑄鐵材質(zhì)，單臺(tái)Q=25m3/h，H=50m，N=7.5kW;空壓機(jī)1臺(tái)，功率N=1.5kW，配套溶氣罐1套;刮渣機(jī)1臺(tái)，鏈條中心距4m，寬度2.8m，N=0.75kw;另配套加藥裝置1套。

3.4 豎流沉淀

豎流沉淀池2座，采用鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為φ4.5m×7m，表面負(fù)荷1.1m/h;設(shè)置有PAC加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h;設(shè)置有PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力100L/h;系統(tǒng)配置2臺(tái)電動(dòng)閘閥，程序設(shè)定自動(dòng)排泥。

3.5 MBR系統(tǒng)

MBR一體化反應(yīng)池1座，采用碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸為15m×5m×

5m，總?cè)莘e375m3，分缺氧區(qū)和好氧區(qū);缺氧區(qū)配套攪拌機(jī)，304不銹鋼材質(zhì)，BOD污泥負(fù)荷0.13kgBOD/（kg·d），污泥濃度4500mg/L，配套曝氣器;膜通量18L/（m2·h），單簾面積20m2，配套穿孔管曝氣裝置;抽吸泵2臺(tái)（1用1備），鑄鐵材質(zhì)，單臺(tái)Q=35m3/h，H=10m，N=3kW;污泥泵2臺(tái)（1用1備），鑄鐵材質(zhì)，單臺(tái)Q=10m3/h，H=8m，N=0.75kW;反洗泵2臺(tái)（1用1備），鑄鐵材質(zhì)，單臺(tái)Q=20m3/h，H=20m，N=2.2kW;配置清洗加藥系統(tǒng)及超聲波液位計(jì)1套;配置溶氧儀1套;在系統(tǒng)末端配置二氧化氯投加系統(tǒng)，以保證產(chǎn)水用作飲用水的余氯需求，設(shè)備有效氯產(chǎn)量400g/h，配套鹽酸、次氯酸鈉PE儲(chǔ)罐、計(jì)量加藥泵、卸料泵、射流器、增壓泵、余氯檢測(cè)儀等。

3.6 污泥處理系統(tǒng)

污泥濃縮池1座，采用鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為4.5m×4.5m×5m，總?cè)莘e100m3;設(shè)置有氣動(dòng)隔膜泵2臺(tái)（1用1備），單臺(tái)Q=15m3/h，H=60m，配套消音器，空壓機(jī)，儲(chǔ)氣罐，膜片材質(zhì)為PTFE，外殼材質(zhì)為鋁合金;PAM加藥裝置1套，藥液容量200L，加藥能力200L/h;板框壓濾機(jī)1臺(tái)，過(guò)濾面積70m2，自動(dòng)壓緊、保壓，手動(dòng)拉板，配套明流接液槽;槽型履帶輸送機(jī)，長(zhǎng)度5m，寬400mm，功率N=3.0kw，材質(zhì)為碳鋼防腐，皮帶材質(zhì)為耐腐蝕橡膠;傾斜無(wú)軸螺旋輸送機(jī)，傾斜角度20度，輸送量5m3/h，長(zhǎng)度5m，功率N=3.0kw，材質(zhì)為碳鋼防腐。

4 運(yùn)行效果分析

調(diào)試階段向生化系統(tǒng)引入當(dāng)?shù)厣钗鬯幚韽S的剩余污泥，按污泥培養(yǎng)方法進(jìn)行悶曝、低負(fù)荷過(guò)水、正常負(fù)荷過(guò)水等步驟。根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)試完成后，污泥濃度控制在8000mg/L[11]，溶解氧維持在1.5～2mg/L[12]，系統(tǒng)已經(jīng)具備了良好的降解效果。正式運(yùn)行開(kāi)始后，正值夏季，水量基本滿負(fù)荷，操作人員對(duì)連續(xù)日平均污染物濃度監(jiān)測(cè)進(jìn)行了30日記錄。在此期間，進(jìn)水CODCr基本維持在400mg/L，高峰波動(dòng)至460mg/L，系統(tǒng)去除率維持在90%左右;進(jìn)水BOD5基本維持在200mg/L，高峰波動(dòng)至220mg/L，系統(tǒng)去除率維持在95%左右;進(jìn)水NH3-N基本維持在40mg/L，高峰波動(dòng)至48mg/L，系統(tǒng)去除率維持在80～83%;進(jìn)水濁度（NTU）穩(wěn)定在180，出水濁度（NTU）穩(wěn)定在5;進(jìn)水動(dòng)植物油濃度穩(wěn)定在35mg/L，出水動(dòng)植物油濃度穩(wěn)定在1mg/L。CODCr、BOD5、NH3-N的運(yùn)行處理效果見(jiàn)圖2～圖4。

MBR生化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，間歇運(yùn)行的穩(wěn)定產(chǎn)水量在28m3/h，跨膜壓差穩(wěn)定在0.015～0.03MPa;污水原水進(jìn)水濁度（NTU）為180，經(jīng)過(guò)溶氣氣浮及豎流沉淀后濁度（NTU）穩(wěn)定在20，經(jīng)由生化系統(tǒng)處理并過(guò)濾后，濁度（NTU）穩(wěn)定在5;污水原水進(jìn)水動(dòng)植物油濃度為35mg/L，經(jīng)過(guò)溶氣氣浮及豎流沉淀后動(dòng)植物油濃度穩(wěn)定在2mg/L，經(jīng)由生化系統(tǒng)處理和MBR膜過(guò)濾后，植物油濃度穩(wěn)定在1mg/L。經(jīng)評(píng)估，此含油濃度不會(huì)對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)生較大污染，長(zhǎng)期運(yùn)行后可通過(guò)清洗恢復(fù)膜的性能。

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，膜的維護(hù)性清洗是穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，要能夠?qū)⒔^大部分污染物都被清洗，以下三點(diǎn)需要重點(diǎn)要求。第一，要有足夠的反沖洗水量，保證整個(gè)膜系統(tǒng)內(nèi)都充滿反洗藥劑。本項(xiàng)目反沖水量應(yīng)達(dá)到10m3/h;第二，要保證沖洗時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，反洗的周期設(shè)定在每72h一次是最佳狀態(tài)（此時(shí)跨膜壓差接近0.03MPa），每次反洗15～20min，第三，先堿洗后酸洗，以保證污染物能夠在酸堿交替環(huán)境下得到充分清洗。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，堿性三次后進(jìn)行一次酸洗是最佳狀態(tài)。

MBR生化系統(tǒng)的主要進(jìn)出水指標(biāo)（月平均值）見(jiàn)表2。

5 經(jīng)濟(jì)分析

項(xiàng)目建設(shè)投資420萬(wàn)元，日常運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)（日耗電量803kW·h）、藥劑費(fèi)（日消耗藥劑167元）、人工費(fèi)（定員2人，總?cè)招?00元），每日運(yùn)行直接費(fèi)用為1.41元/m3。項(xiàng)目產(chǎn)水約能替代煤礦一部分外購(gòu)水，按外購(gòu)水4元/m3計(jì)算，日節(jié)省費(fèi)用為2072元，年節(jié)省費(fèi)用為75.63萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

采用以機(jī)械格柵+旋流沉砂+溶氣氣浮+MBR的工藝處理北方露天煤礦的生活污水，最終出水CODCr小于50mg/L，BOD5小于15mg/L，NH3-N小于10mg/L，濁度（NTU）小于5，滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中的道路清掃、消防用水標(biāo)準(zhǔn)。MBR膜由于浸泡在活性污泥中，所以容易受到污染，在運(yùn)行中選擇合適的清洗藥劑以及合理的清洗周期，是系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)水平并且穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

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作者簡(jiǎn)介：張猛（1984-），男，山東青島人，碩士研究生，工程師，國(guó)家注冊(cè)環(huán)保工程師，國(guó)家注冊(cè)給排水工程師，主要從事水處理工藝的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)、水資源綜合利用等。