洛阳某机车厂主要承担检修内燃、电力机车, 检修和谐型及DJ1型大功率交流电力机车、制造机车关键大部件和铁路工程机械整机制造等生产任务。公司属机车修理行业, 分别有解体车间清洗用的含油碱性废水、其他机加含油废水及冲洗厕所等生活污水。既有废水处理站于1997年投入运行, 基本保证了工厂生产废水的达标排放。目前公司生产品种和产量都发生了很大的变化, 生产排水的状况有了很大的变化 (包括水量和水质) , 同时废水处理站相关设施和设备经过十多年运行存在严重老化和腐蚀现象, 使废水的处理效果大幅降低, 直接影响着再生水的水质指标, 本次改造要求出水达到《铁路回用水水质标准》 (TB/T 3007-2000) 中道路绿化、冲洗等相关要求。

　　 根据废水处理站近几年监测数据, 2010年最高月份排水量为1 534m³/d, 平均水量为1 171m³/d, 日变化系数1 534/1 171=1.30;2011年最高月份排水量为1 332m³/d, 平均水量为1 079m³/d, 日变化系数1 332/1 079=1.23。依据现状废水排放量, 考虑企业扩大生产规模, 适当预留一定的发展余量, 一期工程建设规模确定为1 500m³/d, 按照规划要求考虑远期城轨公司的废水接入等因素, 二期工程建设规模确定为3 000m³/d。

　　 对2011年1~12月的进、出水水质进行分析见表1。既有废水处理工艺见图1。

　　 废水处理站设施和设备存在主要问题如下:

　　 (1) 解体车间作为用水大户, 排放的废水中含有大量的碱性洗涤剂, 而且排放周期不规律, 采用人工投加酸液的方式具有明显的滞后性且药剂投加量大。

　　 (2) 在调节隔油池首段投加MgSO₄·7H₂O, 碱性条件下脱色、去除重金属, 与磷、氨氮形成MAP (鸟粪石) , 引起隔油池配水穿孔管堵塞严重, 污泥沉淀量加大。

　　 (3) 由于污泥自然干化所需周期较长, 调节隔油沉淀池、气浮池排泥不及时, 导致系统出水COD、SS升高。在池子末端设PVC蜂窝斜管有助于提高悬浮物的沉淀分离效果, 长期运行存在斜管上淤积污泥的问题。

　　 (4) 快滤池滤料板结情况比较严重, 单冲水洗, 效果较差。

　　 (5) 现状处理工艺对氨氮等指标无去除效果。

　　 (6) 废水处理系统全部采用人工控制, 工人劳动强度大。

　　 为降低工程投资, 保障废水处理效果, 既有废水处理设施应适当补强后充分利用, 改造内容包括: (1) 改造调节隔油沉淀池撇油、排泥设施, 增加斜板气洗设施; (2) 增加自动酸液投加装置, 控制进水pH在合理范围内, 暂停投加硫酸镁; (3) 修改快滤池冲洗方式, 由单独水洗修改为气水联合冲洗 (先气后水) ; (4) 由于场地紧张, 选用占地面积较小, 氨氮去除效果较好的CAST作为生化处理工艺, 提高系统处理效率。

　　 改造后工艺流程见图2。

　　 本次改造拆除原有格栅井和进水泵房, 利用场地西侧原有空地新建。土建规模按Q=3 000m³/d设计, 安装回转式机械粗、细格栅各1台, 进水泵房尺寸:B×L×H=5m×10m×7.8m, 具备一定的水量调节能力。设置中和液投加点, 集水池采用穿孔空气管搅拌, 配套2台鼓风机 (安装在鼓风机房) , 1用1备, 单台性能Q=1.15m³/min, H=6m, N=5.5kW, 池内壁贴玻化砖防腐。利用既有提升泵站潜水排污泵。

　　 原隔油沉淀池池首和池尾均设有污泥斗, 采用链条式刮油刮泥机配合静水压力排泥管排泥, 由于污泥干化场处理能力不足, 池内含油污泥板结严重, 实际排泥情况很不理想, 只能每年定期放空后, 人工清淤。池内浮油层较厚, 机械式除油机撇油效果欠佳。

　　 改造后链条式刮油刮泥机继续利用, 拆除静力排泥管, 在池前段和尾端集泥斗共设置6套机械排泥设备, 每套排泥设备配备2台排泥泵, 单台性能Q=15m³/h, H=7 m, N=1kW。在出水段的斜板下方设计空气冲洗设施, 气源由快滤池冲洗风机供给。在隔油池高水位处设置水平集油管, 池外设置两座集油井, 除油及排泥周期调整为1~2次/d。增加PAC加药泵2台, 改造加药管路, 投药点位于隔油池出水管道上。更换池末端气浮池进水泵, 将原有3台处理功率为Q=100 m³/h, H=7.5 m, N=5.5kW的出水潜污泵, 更换为Q=40 m³/h, H=10m, N=2.2kW的3台潜污泵, 2用1备。

　　 在一级气浮池进水段增加在线pH计, 在二级气浮池首段增加混凝剂投加点, 排渣及排泥周期调整为1次/d。适当进行池体加固, 气浮池底部管道改造, 解决经常堵塞问题, 更换溶气释放器, 增加溶气泵1台。

　　 近期工程设2座, 远期增加2座, 每座平面尺寸为16m×11.2m, 水深H=5m, 总高度5.8m。污泥负荷F_w=0.06kgBOD₅/ (kgMLSS·d) , 泥龄15天, 污泥产率1.18 kgDS/kgBOD₅, 供气量9 710m³/d。为提高主反应区活性微生物量, 适应机车厂废水水量、水质排放间歇性较强的特点, 在生物反应区设置弹性立体填料区, 填充比约为20%。为降低臭味对工厂办公环境的影响, 全池采取密闭措施, 采用鼓风机, 高空排放。

　　 单池每天运行6个周期, 每周期长4h, 其中进水/反应时段2h, 沉淀时段1h, 滗水时段1h。排泥时段选择在滗水后期, 每池每周期排泥时间约30min。

　　 中间提升泵站土建按Q=3 000m³/d设计, 设备按Q=1 500m³/d安装。平面尺寸:5m×10m, 地下2.7m, 地上0.9m。作为中水处理系统的原水水池, 内设可提升不堵塞式离心潜水污水泵3台, 作为快滤池的进水泵, 2用1备, 单台性能Q=40m³/h, 扬程H=10m, N=2.2kW。

　　 加药间建于中间提升泵站上方, 将絮凝剂投加于网格反应池进水管, 进行絮凝反应。絮凝剂最大投加量:Q=40mg/L, 絮凝剂类型为聚氯化铝, 调制次数1~3次/d, 需干燥剂60kg/d, 配液浓度10%。

　　 增加网格反应池1座, 实现生化池出水在进入快滤池前进行微絮凝, 设计规模3 000m³/d, 停留时间15min。平面尺寸4.5m×3m, 地下3.25m, 地上1.6m。

　　 将原先的进水、出水、反洗进水、反洗出水阀门更换为电动阀门;增加鼓风机和气洗管道。修改快滤池冲洗方式, 由单独水洗修改为气水联合冲洗, 后水洗强度为8L/ (s·m²) , 利用原有冲洗水泵完成水洗;增加气洗风机2台, 1用1备, 性能Q=6.26m³/min, H=5 m, N=11 kW, 气洗强度为15L/ (s·m²) , 冲洗风机安装于鼓风机房内。将配套阀门由手动更换为电动或气动控制。

　　 土建尺寸:L×B=5m×5m, 有效水深3m, 停留时间22.8h。安装潜水搅拌器1台, 旋转式撇水器1台。

　　 土建尺寸L×B=10 m×6.5 m。干污泥量Q=1 172kgDS/d, 进泥量78.5 m³/d, 进泥含水率98%。卧螺离心机2台, 单机处理能力2~20m³/h, 配用电机功率22kW。近期运行时间5~6h/d, 远期运行时间10~12h/d。絮凝剂投配系统1套, 投药能力为0.5~1.0kg/h, 储药罐容量3.5m³。

　　 另外根据水质情况设置网格反应池助凝剂 (聚丙烯酰胺) 投加点, 投加量1 mg/L, 近期投加量1.5m³/d。制备设备与污泥脱水间共用。

　　 消毒间利用部分既有消毒间, 增加原料及储罐间, 配备二氧化氯发生器2台, 单套设备有效氯产率500g/h, 消毒液直接投加到清水池。

　　 项目于2016年1月进入调试、改造阶段, 由于隔油池油泥较多, 气浮池溶气效果差, 气浮池出水石油类平均值为27mg/L, 对后续生化池调试造成严重影响, 各项出水指标均不正常, 5月底隔油池水平集油管和气浮池溶气释放系统改造完成后, 气浮池出水石油类指标在6.23~10.6mg/L, CAST池微生物培养步入正轨, 由于隔油、气浮系统停留时间较长, 实际进入CAST池的有机物浓度偏低, 导致系统活性污泥培养缓慢, 后续通过减少气浮池药剂投加量, 降低生化池曝气强度等手段, 实现污泥浓度的基本稳定, 进入10月后除悬浮物外, 其他各项指标达到设计要求, 将快滤池冲洗周期由48h, 调整为24h后, 悬浮物指标基本满足设计值, 但存在小幅波动。初步分析为上半年气浮池出水油泥较多, 滤池滤料存在轻度污染和板结的问题, 建议在工厂生产淡季, 通过全部更换滤料的方式, 实现出水水质稳定。2016年10~12月水质监测数据见表2。

　　 同类机车厂废水处理站, 一般以pH和石油类为特有污染物, 核心工艺多以隔油、气浮为主, 提升改造工程增加生化处理工序重点针对COD、氨氮、TP等指标, 既有处理设施一般停留时间较长, 对有机物的去除效果明显, 一定程度上造成后续生化设施的碳源不足, 可以通过降低气浮设施投药量或调节隔油池单格运行的手段, 提高进入生化池的有机物浓度。

　　 工厂废水排放受生产任务安排, 造成废水水量和水质波动非常大, 对于保持生化池的污泥浓度稳定冲击很大, 通过在反应池内填充填料, 可以维持较高的污泥龄, 生物相相对稳定, 具有较高微生物量和耐冲击负荷能力。