王睿,闫东杰(北京云水浩瑞环境科技有限公司,北京 100195)
根据国内外危险废物综合处置场的运行实践,危险废物主要采用的处理工艺有:物理/化学处理、稳定化/固化处理、焚烧处理、安全填埋处理[1]。由于危险废物种类繁多、处理工艺流程多样化,因此危废处置中心产生的废水具有水量变化大、污染物成分复杂的特点,且含有大量铬、铅、汞、铜、锌等重金属离子,处理难度较大[2]。目前国内典型的危废处置场污水处理工艺包括“物化+生化+过滤”组合工艺[3],生化部分采用的主要工艺有A2O、MBR[4]等,处理效果良好,处理后均能满足《城市污水再生利用工业用水水质》标准,可进行再生利用。本文以某危险废物处置中心的废水处理工程为例,从废水水质、处理工艺和单体构筑物设计等方面进行了分析和探讨,以期为同类项目的建设提供借鉴和参考。
危废处置中心分两期建设,废水处理设施为一、二期共用,在危废处置中心一期建设时一次性建成。由于生产废水水质较复杂,且水质波动较大,初期雨水发生在项目所在地频率低,故考虑将生产废水和初期雨水分置处理。生活污水则作为碳源补充在生产废水生化系统中,以改善生产废水的可生化性。
通过水量平衡计算,本项目主要废水水量如表1所示,废水处理站预测水量为719.49 m3/d,废水处理站设计规模确定为750 m3/d。
表1 主要废水产生量一览表
一期废水来源主要为焚烧车间碱液循环排污水、暂存库废水、预处理车间废水、车间地面冲洗水、生活污水及厂区受污染的初期雨水。二期废水来源新增物化车间废水,物化车间废水为经过处理后的外收废液。本项目的生产废水、初期雨水和生活污水主要含重金属、SS、BOD5和CODCr。根据本工程特点,并结合我公司国内外同类工程经验,废水处理站废水设计水质如表2所示。
表2 废水水质一览表
废水处理出水达到GB/T 19923—2005中工艺与产品用水指标后全部回用不外排。其中一类污染物执行GB 8978—1996。
由于生产废水水质、生活污水和初期雨水水质不同,因此采用不同的污水处理系统。
生产废水:除了重金属超标外,其有机物浓度较高,需生化处理,因此生产废水采用“物化处理+生化处理+反渗透系统”工艺。
生活污水:主要污染物为有机物,且生化性较好,将其作为碳源加入生产废水处理系统中,采用生化处理工艺。反渗透产生的浓缩液进入蒸发系统,蒸发冷凝水与反渗透产水回用于生产。蒸发残渣外委填埋处理。
初期雨水:主要是重金属、油脂、有机物及SS超标,初期雨水采用“物化处理(沉淀池) +强氧化+过滤+膜系统”工艺;若经物化强氧化处理后初期雨水CODcr仍较高,可进入生产废水生化系统处理和过滤后,再进入膜系统。
废水处理工艺流程如图1所示,浓水部分工艺流程如图2所示。
图1 废水处理工艺流程图
图2 反渗透浓水蒸发工艺流程图
废水处理站设计处理能力确定为750 m3/d。其中生产废水物化处理能力540 m3/d,生化处理处理能力550 m3/d,初期雨水物化处理能力180 m3/d,超滤系统的处理能力180 m3/d。反渗透系统的处理能力500 m3/d,蒸发系统处理能力60 m3/d。
(1)生产废水调节池及提升泵。设生产废水调节池一座,钢筋砼结构,设计尺寸11 m×5 m×5 m,有效水深4.5 m,停留时间12.1 h。提升泵选用WQ20-10-2.2型潜水 污水泵2台(一用一备),Q=22 m3/h,H=10 m,N=2.2 kW。
(2)污染区初期雨水收集池。设污染区雨水收集池1座,钢筋砼结构,设计尺寸33.6 m×20 m×4.5 m, 有 效 水 深3 m。V有效=2 016 m3(其 中 含 初 期 雨 水 1 260 m3+消防事故水756 m3),提升泵选用WQ10-15-1.5型潜水污水 泵2台(一用一备),Q=10 m3/h,H=15 m,N=1.5 kW。
(3)废水物化处理系统一(供生产废水用)。处理能力:540 m3/d =22.5 m3/h;包括:加酸反应池、氧化反应池、加碱反应池、DTCR反应池、絮凝反应池和斜板沉淀池。
①加酸反应池。设加酸反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.5 m×2.5 m×2.7 m,有效水深2.2 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
②氧化反应池。设氧化反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.5 m×2.5 m×2.7 m,有效水深2.2 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
③斜管沉淀池一。设斜管沉淀池1座,钢筋砼结构,设计尺寸8 m×2.5 m×5.0 m,表面负荷1 m3/(m2·h),斜管长L=1 000(倾角60°),沉淀时间120 min。
④加碱反应池。设加碱反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.5 m×2.5 m×2.7 m,有效水深2.2 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
⑤ DTCR反应池。设DTCR反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.5 m×2.5 m×2.7 m,有效水深2.2 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
⑥絮凝反应池。絮凝反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.5 m×2.5 m×2.8 m,有效水深2.3 m,配絮凝搅拌机1台,外缘线速度0.7~0.8 m/s,N=0.55 kW。
⑦斜管沉淀池二。设斜管沉淀池1座,钢筋砼结构,设计尺寸8 m×2.5 m×5.0 m,表面负荷1 m3/(m2·h),斜管长L=1 000(倾角60°),沉淀时间120 min。
(4)废水物化处理系统二(供初期雨水用)。处理能力:180 m3/d =7.5 m3/h;包括:加碱反应池、DTCR反应池、絮凝反应池和斜板沉淀池。
①加碱反应池。设加碱反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.0 m×2.0 m×2.0 m,有效水深1.7 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
②DTCR反应池。设DTCR反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.0 m×2.0 m×2.0 m,有效水深1.7 m,配ZJ-700型搅拌机1台,转速85 r/min,功率N=3.0 kW。
③絮凝反应池。设絮凝反应池1座,钢筋砼结构,设计尺寸2.0 m×2.0 m×2.0 m,有效水深1.7 m,配絮凝搅拌机1台,外缘线速度0.7~0.8 m/s,N=0.55 kW。
④斜管沉淀池。设斜管沉淀池1座,钢筋砼结构,设计尺寸5.0 m×2.0 m×5.0 m,表面负荷0.75 m3/(m2·h),斜管长L=1 000(倾角60°),沉淀时间120 min。
(5)均质池。设均质池1座,钢筋砼结构,设计尺寸5.0 m×2.5 m×5.0 m,有效水深3.8 m。提升泵选用CDL20-3型超滤进水泵2台(一用一备),Q=22.5 m3/h,H=28 m,N=4.0 kW。
(6)生化处理系统。处理能力:550 m3/d =22.9 m3/h;包括:厌氧池、缺氧池、好氧池、混凝沉淀池及MBR池。
①厌氧池。厌氧池2座合建,钢筋砼结构,每座设计尺寸14.0 m×7.0 m×5.0 m,有效水深4.3 m,总有效容积842.8 m3,水力停留时间36.8 h。
②缺氧池。缺氧池2座合建,钢筋砼结构,每座设计尺寸7.0 m×7.0 m×5.0 m,有效水深4.2 m,总有效容积411.6 m3,水力停留时间18 h。每池配QJB2.2/6-260/3-980/C/S型潜水搅拌机1台,叶片转速980 r/min,叶片直径260 mm,电机功率N=2.2 kW。设缺氧池回流泵2台,Q=23 m3/h,H=12.5 m,N=3 kW。
③好氧池。好氧池2座合建,钢筋砼结构,每座设计尺寸16 m×7.0 m×5.0 m,有效水深4.1 m,总有效容积910.2 m3,水力停留时间40 h。设好氧池回流 泵2台,Q=50 m3/h,H=15 m,N=7.5 kW。容 积 负荷0.5 kgBOD5/(m3·d),采用立体弹性填料,填料总容积555 m3,配罗茨鼓风机3台,两用一备,每台Q= 8.09 m/min,H=53.9 kPa,N=15 kW。汽水比46∶1。
④混凝沉淀池。设加酸反应池2座,钢筋砼结构,设计尺寸2 m×2 m×2.3 m,有效水深1.8 m,配絮凝搅拌机1台,外缘线速度0.7~0.8 m/s,N=0.55 kW。
设斜管沉淀池2座,钢筋砼结构,设计尺寸5.0 m× 2 m×5.0 m,表面负荷1 m3/(m2·h),斜管长L=1 000 (倾角60°),沉淀时间120 min。
⑤MBR反应池。选用MBR膜生物反应池2座,钢筋砼结构,每座设计尺寸:L×B×H=7 000 mm× 4 000 mm×5 000 mm,有效水深3.5 m,停留时间8.6 h;供气量18 m3/min;平板膜设计膜通量10 L/(m2·h),总膜面积2 100 m2,配抽吸泵2台,(1用1备)Q=24 m3/h,H=10 m,N=4 kW。配回流泵1台Q=20 m3/h,H=10 m,N=3 kW。
(7)超滤系统(供初期雨水用)。处理能力:180 m3/d= 7.5 m3/h;包括:多介质过滤器、超滤正洗水箱、超滤反洗水箱和自动投药系统。
①多介质过滤器。设ID1500×4020型多介质过滤器1台,石英砂滤层厚度1.35 m,白煤滤层0.5 m,运行流速4.2 m/h;配反洗水泵1台,Q=65 m3/h,H=20 m,N=11 kW。
②超滤装置。选用中空纤维,膜材质:PVDF(聚偏氟乙烯),膜丝过滤形式:外压式,膜通量(L/(m2·h))= 30 L/(m2·h),膜表面积:40 m2,取7支。
UF清洗水箱1座,设计尺寸:ID1100×1365 mm,UF清 洗水泵1台,配CDL30-20-2型 清洗泵1台,Q=24 m3/h,H=27 m,N=3 kW。
UF反洗水箱1座,设计尺寸:ID1100×1365 mm,UF反洗水泵1台,Q=8 m3/h,H=23 m,N=1.5 kW。
③自动投药系统。自动加药器4套,制备介质:次氯酸钠、盐酸、亚硫酸氢钠和阻垢剂,加药罐尺寸:ID450×720 mm;配套计量泵功率:16 W。
(8)卷式RO(反渗透)系统(供生产废水和生活污水用)。
①中间水箱。中间水箱1座,设计尺寸:ID2400× 2500 mm,玻璃钢材质;配RO进水泵CDL12-62台,1用1备,每台Q=22.5 m3/h,H=47 m,N=5.5 kW。
②保安过滤器。设10 μm型保安过滤器2台,配CDL16-12型RO高压泵1台,Q=22.5 m3/h,H=141 m,N=15 kW。
③反渗透装置。选用卷式抗污染膜,膜规格: 8 040,膜通量(L/(m2·h))=10 L/(m2·h),产水率60%,膜表面积:32.5 m2,取64支,2∶1排列。
RO清洗水箱1座,设计尺寸:ID1100×1365 mm,RO清洗水泵1台,配CDL30-20-2型清洗泵1台,Q=36 m3/h,H=16 m,N=3 kW。
④自动投药系统。自动加药器4套,制备介质:次氯酸钠、盐酸、亚硫酸氢钠和阻垢剂,加药罐尺寸:ID 450×720 mm;配套计量泵功率:16 W。
(9) DTRO(碟管式反渗透)系统。处理规模:200 t/d, 产水率70%。膜规格:MFT-SRO90,膜通量(L/(m2·h))= 8.5 L/(m2·h),每支膜表面积:11.22 m2,取90支。
(10)三效蒸发系统。蒸发器蒸发量:60 t/d。
(11)回用水系统。设清水回用池1座,钢筋砼结构,设计尺寸:6.6 m×6.6 m×4.0 m(有效水深3.5 m)。配WQ25-30-5.5型 回 用 水 泵2台,1用1备,每 台Q=25 m3/h,H=30 m,N=5.5 kW。
(12)污泥处置系统。污泥产量:16 m3/d,设污泥浓缩池1座,钢筋砼结构,设计尺寸4.5 m×4.5 m×5.0 m;污泥提升泵选用DFGG30-1型螺杆泵2台,1用1备,Q=5 m3/h,H=60 m,N=2.2 kW。
污泥脱水采用XAZ30/800-UK型厢式压滤机1台,有效过滤面积30 m2,配W-1/7型空压机1台,Q=1 m3/min,H=0.7 MPa,N=7.5 kW。
(13)回用水系统。设回用水池一座,钢筋砼结构,设计尺寸15 m×6 m×5 m,有效水深4.5 m,停留时间12.6 h。提升泵选用WQ20-10-2.2型潜水污水泵2台(一用一备),Q=35 m3/h,H=30 m,N=7.5 kW。
废水处理车间分为厂房和处理水池两部分。厂房平面尺寸为60 m×30 m,层高7 m,钢结构。内设加药间、风机房、压滤机房、膜处理车间、值班室、工具间、配电室及废水处理设备间等。
(1)本工程工艺设计根据来水性质的不同,将生活污水、初期雨水及生产废水进行分别收集及分质处理,不仅提高了废水处理的效率,而且节约了工程投资。
(2)生产废水采用“两级混凝沉淀+A2O+MBR+RO”工艺,出水达到GB/T 19923—2005后回用于前端生产工艺,不外排。膜系统产生的浓液进行蒸发结晶,基本实现了零排放。