丰台铝业水处理站优化方案.docx
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丰台铝业水处理站优化方案
山西丰台集团有限公司
矿井水和生活水处理站
优化方案
业主：
山西丰台集团有限公司
受托方：
山西某环保科技有限公司
山西某环保科技有限公司
1、项目概况
1.1废水处理站项目简介
1.1.1矿井水处理站简介
矿井水处理站设计规模为1400m3/d（70m3/h，每天以20h计）。
处理工艺采用“迷宫斜板沉淀器+全自动过滤器+多介质过滤器+超滤+反渗透”。
工艺流程图如图1.1所示。
污泥
PAM
PAC
反冲洗废水
污泥
泥饼外运处理
来水
调节池
迷宫斜板沉淀器
全自动过滤器
超滤
回流槽
反冲集体水池
污泥池
污泥浓缩池
污泥脱水机
浓水外排
多介质过滤器
出水回用
反渗透
图1.1矿井水处理站工艺流程图
调节池收集井下废水，以及全自动过滤器的反冲洗废水，均衡水质水量，大量悬浮物预沉淀。
调节池的废水经提升泵输送至迷宫斜板沉淀器，沉淀后进入全自动过滤器。
出水过滤后进入超滤系统，经深度过滤后，超滤出水再进入反渗透系统，出水回用于厂区，浓水直接外排。
调节池污泥、迷宫斜板沉淀器沉泥收集于污泥池，再通过污泥泵送至污泥脱水系统。
1.1.2生活水处理站简介
生活水处理站设计规模为200m3/d（10m3/h，每天以20h计）。
处理工艺采用“厌氧/缺氧+好氧+沉淀池+MBR膜系统+活性炭过滤器”。
工艺流程图如图1.2所示。
反冲洗废水
反冲洗水
污泥回流
外排
来水
调节池
厌氧/缺氧
好氧
沉淀池
MBR膜池
活性炭过滤器
污泥池
委外处理
图1.2生活污水处理站工艺流程图
生活污水经管网收集后进入污水处理厂格栅间，在格栅间去除较大的块状漂浮物后进入调节池，在调节池内均衡水质水量后，由污水提升泵将污水送入A/O池。
A/O池是该工艺的关键单元，分为缺氧、好氧两个阶段，COD、BOD、NH3-N等大部分污染物在本单元去除后自流至沉淀池，经沉淀池固液分离后，上清液重力流入中间水池并经中间水池提升泵提升至MBR膜池。
MBR膜池过滤后，出水进入活性炭过滤器，进一步过滤，出水消毒外排。
处理过程中所产生的剩余污泥进入污泥池，污泥委外处理。
1.2废水处理站运行存在的问题
1.2.1矿井水处理站存在的问题
根据现场调研，矿井水处理站存在的主要问题如下：
（1）系统深度处理采用超滤+反渗透工艺，处理流程繁琐，运营成本高。
（2）反渗透浓水直接排放，不满足环保政策要求。
（3）药剂投加随意，不能根据实际水质情况，精准投加药剂，保证絮凝沉淀单元出水水质稳定。
（4）缺乏专业的设备维护保养，部分设备存在跑冒滴漏现象，设备故障率高。
（5）运营人员专业基础差，加之缺乏必要仪器和专用工具，现有技术力量无法支持水处理系统的正常运转，更无法保证出水稳定达标。
1.2.2生活污水处理站存在的问题
根据现场调研，生活水处理站主要存在的问题如下：
（1）MBR组件产水能力低于设计要求，需要恢复其膜通量或更换膜组件。
（2）生化系统出水直接外排，不满足环保政策要求。
（3）二级处理采用A/O生化处理工艺，由于运营人员缺乏专业知识，专业运维能力，对故障的判除能力差。
除上述问题外，矿井水处理站和生活污水处理站还存在以下共性问题：
（1）缺乏专业的设备维护保养，设备故障率高。
（2）运营人员专业基础差，加之缺乏必要仪器和专用工具，现有技术力量无法支持水处理系统的正常运转，更无法保证出水稳定达标。
二、废水处理站改造方案
2.1矿井水处理站改造方案
针对矿井水处理站目前存在的主要问题，结合现有现状实际。
对矿井水处理站主要进行如下技术改造（如图2.1）：
①更换现有中空纤维膜为陶瓷平板膜；
②反渗透系统作为应急处理单元，在紧急状态下启动。
图2.1改造后的矿井水处理工艺流程图
2.1.1更换现有超滤膜系统
超滤膜的应用范围极其广泛，基本上涉及过滤的行业都可以用到的过滤设备。
工业用水中用于分离细菌、热源、胶体、悬浮杂质及大分子有机物。
超滤技术已在电力、钢铁、化工、煤矿等工业废水处理领域得到较多应用。
超滤膜根据膜材料的不同分为：
无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜。
有机膜：
主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。
根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。
有机中空纤维膜与无机平板陶瓷膜的性能对比见表2.1。
表2.1中空纤维膜与平板陶瓷膜对比表
项目
中空纤维膜
平板陶瓷膜
组成
聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等高分子材料
氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛等无机陶瓷料
材质
塑料
陶瓷
过滤精度
高
高
抗污染性能
一般
较高
能耗
低
较低
寿命
一般
较长
通量
大
较稳定
产水率
高
高
反洗难易
较难
较易
应用实例
城市污水回收，自来水、地下水除菌除浊净化
化工、矿井水深度处理、纳米材料、中药制备等
由于矿井水处理主要功能为去除悬浮颗粒物，所以在选用超滤膜组件时，一方面要保证出水水质，即过滤精度和膜通量等；另一方面要考虑运行成本，即使用能耗、寿命、抗污染性能等。
平板机陶瓷膜，以陶瓷骨架组成，表面为100级别的镀膜，更符合矿井水的污染物的构成。
无机陶瓷膜对煤粉煤渣类无机物拦截效果非常好，对石油类污染物及二价离子均有较好的拦截效果，并具有耐酸碱、耐冲洗、耐高温低温等优势。
清洗时也不需要特殊的药剂养护，拥有更长的使用寿命和更佳的通量。
本项目推荐将现有中空纤维膜超滤系统更换为陶瓷平板膜超滤系统。
2.1.2现有反渗透作为应急处理系统
反渗透系统由反渗透膜（RO）、高压泵及为保护反渗透膜而设置的精密过滤器组成。
反渗透是一种以压力梯度为动力的膜分离过程，可有效的去除水中的溶解盐类，胶体，细菌和有机物，反渗透过程是自然渗透的逆过程，在使用过程中，为产生反渗透过程，需用水泵将含盐水溶液施加压力，以克服其自然渗透压，从而使水透过反渗透膜而将水中溶解盐类等杂质阻止在反渗透膜的另一侧，同时为防止原水中溶解盐类杂质，在膜表面聚焦，运行时，浓水应不断的冲洗膜表面，并将浓水中及膜面上的杂质带出，从而实现反渗透除盐净化的全过程。
近些年来，反渗透工艺被各行业广泛接受。
反渗透膜技术在电厂锅炉补给水、电子、半导体行业超纯水处理、化工及制药行业的纯水处理、食品、饮料、饮用水处理、海水、苦咸水淡化、冶金、轻工业、电镀及皮革等行业的废水处理等行业内得到了广泛应用。
但是在反渗透处理过程中会有大约25%左右的浓水需要排放，这部分水含有大量的无机盐，直接外排会造成环境违法行为。
本项目主要是将矿井水处理中地表Ⅲ类水标准。
矿井水是在煤矿开采过程中排放的被污染的地下水，其主要污染物为SS、COD、石油类。
污染物主要为大分子状态形式存在，在经过超滤后去除率已经达到90%以上，出水水质可满足回用和排放标准。
再经过反渗透处理后出水水质虽然进一步提高，但浓水直接排放反而造成了环境污染。
因此本项目建议，保留原有反渗透系统作为应急处理系统，在矿井水受到不可预见的污染时紧急启动保证出水水质达标，少部分浓水可单独收集处理。
2.2生活水处理工艺改造方案
针对现状生活污水处理站主要存在的问题，结合现有现状实际。
对生活污水处理站主要进行如下技术改造（如图2.1）：
①将生活污水处理站出水引至选煤厂回用；
②增加碳源投加装置；
③增加高效菌投加装置；
④更换MBR膜组器。
图2.2改造后的工艺流程图
2.2.1出水回用
根据环保政策要求，煤矿生活污水处理后用于选煤厂补水、洒水、绿化等，不准外排。
本项目提出的生活污水处理站出水指标要达到地表Ⅲ类水质标准，已远远超出选煤厂补水、洒水、绿化等要求的回用水要求，甚至部分指标优于现行的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。
现有的“厌氧/缺氧+好氧+沉淀池+MBR膜系统+活性炭过滤器”系统在运行稳定的情况下，出水水质也只能到达地表Ⅴ类水质标准，要真正达到地表Ⅲ类水质标准需要增加生物滤池、生态塘等工艺，新增系统造价高，运行不稳定。
本次改造将生活污水处理站出水送至选煤厂回用。
2.2.2增加碳源投加系统
煤矿生活污水多为洗浴废水，COD含量低，碳源不足，营养失衡，导致项目使用的生化处理系统中活性污泥浓度低，不能正常高效运行，从而直接影响出水水质。
根据矿井生活污水运营经验，在处理站设置碳源投加系统。
可根据现场进水实际情况，定量的投加碳源，确保生化系统的稳定性。
2.2.3增加高效菌系统
活性污泥法工艺，普遍存在水质、水温等条件变化时，工艺运行不稳定，污泥中硝化细菌占比较少（小于5％），在污泥中难以占有绝对优势，污泥硝化活性低。
一般矿井水生活污水处理生化系统氨氮负荷小于0.03kgNH3-N/kgMLSS·d，工艺调控需要很长时间，稳定达标难度较大。
物化处理方法（例如折点加氯方法等）运行费用较大。
增加硝化滤池投资成本也较大。
本方案推荐的高效菌系统，采用全自动生物培育装置和特制的营养剂，通过精准的自动化控制，持续培育高活性的硝化菌液，来加快硝化反应启动的速度，快速增加曝气池内硝化细菌的数量和活性，解决曝气池内硝化细菌活性不足，氨氮排放不稳定，有毒物质排入造成硝化功能丧失，或者随着排泥量增大而造成硝化菌流失等问题。
可保证污水站出水氨氮稳定的达标排放，尤其在北方污水站冬季运行时能维持曝气池较高的硝化菌数量和硝化活性，提升氨氮运行负荷，保障系统氨氮去除效果。
一般污泥硝化负荷0.03～0.05kgNH3-N/（kgMLVSS·d），采用硝化菌培育一体化装置，污泥的硝化负荷可增长至0.06～0.1kgNH3-N/（kgMLVSS·d），出水水质稳定达标。
2.2.4更换现有膜组件
现有MBR膜组件产水能力远低于设计要求，并难以恢复其膜通量，需对其进行改造。
MBR是将膜分离技术和生物反应器的生物降解作用集于一体的生物化学反应系统。
它以超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的沉淀池实现泥水分高。
该系统具有处理能力强、固液分离效率高、出水水质好、占地空间小、运行管理简单等特点。
MBR分离膜组件结构形式多样，较为常用的为有机中空纤维膜和有机平板膜两大类，性能对比见表2.2。
表2.2中空纤维膜与有机平板膜对比表
项目
有机平板膜
有机中空纤维膜
抗污染能力
强
弱
机械强度
高
低，易断丝
清洗周期
长
短
清洗方式
在线清洗即可
需要离线冲洗
使用寿命
长
短
综上所述，在运行过程中有机中空纤维膜容易断丝，堵塞，并清洗困难，而平板有机膜具有结构紧凑、膜易更换、较易清洗等优点。
因此，建议将现有的有机中空纤维膜更换为有机平板膜。
三、委外运营服务方案
3.1委外运营的必要性
改造后的矿井水和生活水处理系统专业性强，操作难度大，运行过程中经常出现多种不确定因素，需要做出专业应对。
因此，我们建议贵公司引入专业公司进行委外运营，以确保改造优化后的系统能够真正发挥出应有的效果。
专业化运营的好处如下：
（1）规范设施运营
公司依托校企联合实验室，可为企业提供长期的技术支持，帮助企业优化环保流程，建立长效机制。
通过我公司的专业化、规范化运营和管理，确保企业完全实现达标排放。
（2）降低环保成本
通过对企业水处理运营过程的精准测试、精细化管理以及药剂等消耗品的集中采购等，大幅降低企业环保运营成本。
（3）规避环境风险
通过运营合同，运营方明确承诺对自身原因导致的环境违法行为负全责，包括但不限于承担罚款及其他连带责任，最大程度免除了企业面临的技术、法律等各种环境风险，真正为企业分忧解难。
（4）促进政企互信
通过专业人做专业事，利用运营方的人脉资源和政策解读能力，提升企业与政府有关部门的沟通质量，建立良好的政府与企业监管与被监管的关系，从而维护股东核心利益。
需要强调，当前环保形势异常严峻，企业面临的环境风险严重。
近期吕梁市水质国家考核全国排名倒数第一。
2019年5月9日，山西省水污染防治工作领导小组办公室下发通知，对吕梁市进行区域限批并挂牌督办。
可以预见，一场力度极大、范围极广的大检查将会很快启动，如不能满足要求将会受到极重的行政处罚。
毋容置疑，山西华晋煤焦集团有限责任公司作为吕梁地方重要的煤炭企业之一，必然是国家环保监管的重中之重，企业万万不可侥幸。
为帮助企业弥补专业不足，确保稳定达标，柳林县环保局自去年以来积极推广专业化委外运营。
鉴于此，作为我省标杆公司的华晋集团，我们建议，贵公司顺应形势，主动作为，带头推行专业化委外运营，为当地企业树立典范。
3.2运营服务内容
公司可为委托方提供包括运营、咨询、特色等四大类11个子项23小项的菜单式服务。
客户可根据自身情况，选择服务项目，量身定制一揽子环保解决方案。
表3.1山西某公司服务内容一览表
服务等级
服务项目
服务内容
备注
核心服务
方案设计
1.企业环保问题诊断；
2.企业水处理一揽子解决方案设计与实施。
标配
运营维护
1.派遣专业人员规范并主持委托方处理厂的操作；
2.进行水处理设备的维修和保养；
3.协同委托方建立和完善水处理设施运行管
理制度；
4.进行日常巡检；
5.及时发现并处理水处理设施的运行故障。
标配
特色服务
远程监控平台
1.建立环保运营远程管理平台，运行数据实时查询、历史数据分析、异常工况智能预报警、运行数据分析；
2.实现污水处理厂设备运行情况、进出水水量、水质的实时监控；
3.利用大数据平台优化水处理厂工艺和运行操作，实现技术上的不断进步。
选配
长期技术支持
校企联合实验室，及同可研单位、设计单位的长期合作，为企业提供技术支持和服务，帮企业解决技术难题，提升环保水平。
标配
法律支持
指导委托方法律顾问（或委托运营方专业法务人员）协同处理环境违法事宜，协助委托方起草、审核环保方面的法律文书，进行法律责任辩护和维权。
选配
延伸服务
环保培训
1.水处理设施操作和监控的技术培训；
2.水处理设施常见故障排除及培训；
3.环保政策、法规与标准培训；
4.公司环保制度培训。
标配
风控支持
1.指导委托方建立环保管理标准和制度，并协同实施；为委托方环境信息公开提供专业咨询和支持；
2.指导委托方完成水厂运行隐患排查。
标配
高端咨询
监管应对
协同委托方应对各级政府及环保部门水处理业务的环保检查，并进行后续整改。
标配
政策咨询
1.指导委托方及时研判并正确响应政府和环保监管部门在水处理方面的政策要求；
2.提供环保政策及法律法规的咨询服务，做好委托方与政府及环保部门之间的沟通工作。
标配
环保建议
结合委托方的实际情况和企业战略，为委托方优化环保管理方案，指导委托方削减环保成本、降低环境风险。
标配
环保应急
协同委托方建立健全环境应急工作体系，指导委托方正确控制环境事故势态，正确处理环境应急业务。
选配
四、费用估算
4.1改造费用估算
项目改造工程包括矿井水处理站改造和生活水处理站改造，改造费用总额为224万元，见表4-1。
表4-1改造费用估算
项目
名称
金额（万元）
备注
1
矿井水处理站改造
135
2
生活污水处理站改造
89
3
总计
224
4.2运营费用估算
委托运营费用概算主要包含委托运营期产生的药剂费、人工费、化验费、改造费用摊销等其他费用，不含污泥外运处置费、动力费、水费、采暖费等。
矿井水处理厂处理量按1400m3/d，生活污水处理厂处理量200m3/d，均以30天/月计算费用。
运行费用基于运营期为5年进行测算，主要费用见下表。
表4-2运营概算汇总表
序号
项目
费用（元/月）
说明
1
矿井水厂运行费用
325,589
2
生活水厂运行费用
63,282
3
改造分费用摊销
37,333
224万按照60个月摊销
总计
426,204
表4-3矿井水厂运行费用
序号
名称
金额
说明
（元/月）
一
药剂费用
43,310
二
人工费
117,100
三
化验费
24,000
四
办公、交通费
34,400
五
维护保养费
28,500
六
管理费
19,785
七
运行费合计
267,095
八
利润
40,064
七×15%
九
税金
18,430
（七+八）×6%
十
总计
325,589
七+八+九
注：
处理量按1400m3/d，每月按30天计。
表4-4生活水厂运行费用
序号
名称
金额
说明
（元/月）
一
药剂费用
8,168
二
人工费
16,000
三
化验费
5,800
四
办公、交通费
10,100
五
维护保养费
8,000
六
管理费
3,845
七
运行费合计
51,913
八
利润
7,787
七×15%
九
税金
3,582
（七+八）×6%
十
总计
63,282
七+八+九
注：
处理量按200m3/d，每月按30天计。
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