多介質(zhì)生物濾池技術(shù)在礦區(qū)生活污水處理中的工程實踐

劉文澤，劉善臣，孟麗新

（琿春紫金礦業(yè)有限公司，吉林 琿春 133314）

隨著中國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，礦山行業(yè)從規(guī)模和數(shù)量上都顯著增加，但礦區(qū)大多分布在遠離城區(qū)的山區(qū)中，礦區(qū)生產(chǎn)生活過程中產(chǎn)生大量生活污水，生活污水未經(jīng)處理直接或間接外排至河流或滲濾地下，會對地表水水質(zhì)以及地下水造成一定污染[1]，特別是在水源地、自然保護區(qū)內(nèi)的礦業(yè)企業(yè)，對河流水體具有不可忽視影響。隨著新環(huán)保法、環(huán)保稅法的施行，排污處罰力度繼續(xù)加大，礦區(qū)污水處理問題已成為中央環(huán)境保護督察對礦山行業(yè)檢查的重中之重，制約了礦山建設(shè)與發(fā)展。因此，礦區(qū)生活污水處理全年穩(wěn)定達標(biāo)問題亟待解決。

目前，礦區(qū)污水處理還大多采用傳統(tǒng)的活性污泥、接觸氧化、MBR等方法［2，3］，這些方法不同程度存在出水水質(zhì)不穩(wěn)定、管理養(yǎng)護復(fù)雜、運行費用高等問題［4-6］。曙光金銅礦綜合考慮處理效果、運行成本、管理養(yǎng)護、使用壽命、系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素，引入多介質(zhì)生物濾池技術(shù)，對礦區(qū)生活污水進行處理，取得了良好效果，可為集團各礦區(qū)污水處理提供示范與工程經(jīng)驗。

1 工程概況

1.1 設(shè)計處理規(guī)模

曙光金銅礦內(nèi)生產(chǎn)、辦公、生活福利設(shè)施完善，組織機構(gòu)健全。主要生產(chǎn)部門有采礦廠、選礦廠、機修廠、變電所、供水泵站、尾礦泵站、化驗室、鍋爐房、浴池、醫(yī)院、宿舍樓、辦公樓等。礦山總?cè)藬?shù)約1000人。生活污水主要來自辦公樓、職工宿舍樓及食堂排水等，其主要特點是排水較集中，污水水質(zhì)、水量變化較大。經(jīng)過對礦區(qū)餐飲、沖廁和工作人員、住宿人員生活用水及污水排放規(guī)律的分析，最終確定本工程的設(shè)計水量為200m3/d。

1.2 設(shè)計進、出水水質(zhì)

綜合考慮礦區(qū)發(fā)展情況和居民的生活水平狀況，參考對吉林省及周邊城市農(nóng)村污水處理設(shè)施運行數(shù)據(jù)的整理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實測結(jié)果，確定污水處理廠進水水質(zhì)。污水廠的出水不外排，出水主要用于生產(chǎn)回用、廠區(qū)灌溉、綠化、道路澆灑等。根據(jù)環(huán)保部門的要求，出水水質(zhì)指標(biāo)需要達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918～2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)，具體進出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計進水水質(zhì)（mg/L）

2 工藝流程

具體工藝流程如圖1所示：自生活區(qū)和辦公區(qū)的生活污水通過污水收集系統(tǒng)輸送至調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池前設(shè)置格柵井，截留去除污水中較大的懸浮物和漂浮物，對水泵和后續(xù)處理單元起保護作用。污水進入調(diào)節(jié)池，均化水質(zhì)水量。調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置污水提升泵，污水提升進入多介質(zhì)生物濾池進行生物處理，多介質(zhì)生物濾池出水作為企業(yè)生產(chǎn)補充水，還可用于廠區(qū)綠化與降塵等回用。

圖1 工藝流程

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

3.1 格柵井

由于礦區(qū)綜合污水含有手紙、塑料袋、菜葉、菜根等漂浮物，進入調(diào)節(jié)池前要先用格柵攔截，以保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行，有效減輕系統(tǒng)處理負(fù)荷，防止水泵損壞，為系統(tǒng)長期正常運行提供保證。格柵井內(nèi)設(shè)置不銹鋼制人工細格柵，柵條間隙為3mm。格柵井尺寸為1.00m×1.00m×3.20m，采用鋼混結(jié)構(gòu)。

3.2 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池的作用是調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，沉淀粗顆粒物，保證生物處理的穩(wěn)定性。考慮到礦區(qū)污水水質(zhì)、水量變化情況，調(diào)節(jié)池的設(shè)計有效容積為80m3，設(shè)置為3格式，鋼混結(jié)構(gòu)。設(shè)置人孔和檢修孔，調(diào)節(jié)沉淀池內(nèi)安裝潛水泵兩臺（1用1備），Q=10m3/h，H=10m，N=0.55kw，并安裝帶浮球的潛水泵，根據(jù)水位變化自動控制。

3.3 多介質(zhì)生物濾池

多介質(zhì)生物濾池是對傳統(tǒng)曝氣生物濾池內(nèi)部的載體進行改進，從曝氣生物濾池構(gòu)造、載體、曝氣方式等方面優(yōu)化形成多介質(zhì)生物濾池[7]，與傳統(tǒng)的生物濾池相比，采用了多種新型合成多孔網(wǎng)泡生物載體，配合特異性微生物附著在載體內(nèi)部，在微曝氣的環(huán)境下，即可實現(xiàn)降解有機物和深度脫氮除磷的效果[8]。此類載體具有比表面積大，接觸均勻，傳質(zhì)速度快，水頭損失低等許多突出的優(yōu)點。不同載體的持水量均為2500%，空隙率98%左右，微孔、大孔、中孔構(gòu)成了多介質(zhì)開孔方式，大孔具有防堵塞的能力，微細孔及中孔的作用是可以固定專用生物酶和微生物制劑，多種活性基因團適合在微孔和中孔中，可與微生物形成化學(xué)鍵，強急性基團是多介質(zhì)生物分子的主要特征，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)多介質(zhì)生物池有良好的固定性和吸附性。微生物和生物載體相結(jié)合主要依靠微生物固化劑的作用。離子結(jié)合、共價結(jié)合、物理吸附是常用的介質(zhì)生物結(jié)合方式，吸附方式的組合使用可增加其牢固性。這些載體的平均濕密度均為1.0g/cm3，與水的密度十分接近，載體在多介質(zhì)生物濾池中呈懸浮狀，不需設(shè)置反沖洗裝置，也無需反沖洗，這樣大大簡化了工藝流程和設(shè)備運行費用，使操作管理更加簡便。多介質(zhì)生物濾池采用標(biāo)準(zhǔn)一體化設(shè)備，不銹鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為10.20m×4.00m×2.40m。采用渦旋風(fēng)機供氧，Q=160m3/h，N=2.20kw，間歇曝氣，風(fēng)機開啟時間為20min/h～30min/h，多介質(zhì)生物濾池設(shè)備中設(shè)置換熱器，接暖氣的回水系統(tǒng)，提高冬季水溫，保證生物活性，為系統(tǒng)冬季安全運行提供保障。

3.4 設(shè)備房

多介質(zhì)生物濾池設(shè)備、風(fēng)機、控制系統(tǒng)等安裝于設(shè)備房內(nèi)，設(shè)備房為鋼架結(jié)構(gòu)，外墻采用阻燃保溫板，設(shè)備房尺寸為16.00m×8.20m×4.50m。室內(nèi)安裝暖氣，暖氣引自礦區(qū)供暖系統(tǒng)，提高室內(nèi)溫度，以保證微生物的活性，可以發(fā)揮足夠的降解作用。

4 處理效果

該污水處理工程于2014年10月完成調(diào)試運行，至今運行效果穩(wěn)定達標(biāo)。2015年～2019年系統(tǒng)平均進、出水水質(zhì)如表2所示。

表2 生活污水處理系統(tǒng)2015年～2019年水質(zhì)監(jiān)測表

當(dāng)多介質(zhì)生物濾池進水SS、COD、BOD5、NH4+-N、TN和TP的平均濃度分別為57.50mg/L、236.95mg/L、149.45mg/L、22.63mg/L、28.74mg/L、1.45mg/L時，平均去除率為87.36%、85.31%、95.24%、84.55%、77.87%、74.14%， 系 統(tǒng) 出 水SS、COD、BOD5、NH4+-N、TN和TP的平均出水濃度為7.27mg/L、34.81mg/L、7.11mg/L、3.50mg/L、6.36mg/L、0.37mg/L，出水水質(zhì)優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水達標(biāo)后主要用于企業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水、綠化、降塵等回用。

5 運行成本

多介質(zhì)生物濾池管理極其簡單，整個處理系統(tǒng)全自動控制，實現(xiàn)無人值守，只需定期查看，無需添加任何藥劑，幾乎不產(chǎn)生剩余污泥，每6個月～12個月維護1次即可。人工成本主要是1周～2周左右定期查看泵和風(fēng)機的運行是否正常。耗電主要是曝氣風(fēng)機與提升水泵，系統(tǒng)間歇運行，曝氣風(fēng)機每天運行8h～12h，水泵每天運行12h，考慮運轉(zhuǎn)電費、兼職管理人工費，經(jīng)計算，該工程直接運行費用為0.18元/m3，僅為傳統(tǒng)工藝的1/2 ～ 1/6[9-11]。

6 結(jié)論與展望

（1）采用多介質(zhì)生物濾池技術(shù)處理礦區(qū)生活污水，處理效果良好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對SS、COD、BOD5、NH4+-N、TN和TP的平均去除率為87.36%、85.31%、95.24%、84.55%、77.87%、74.14%，處理出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）通過開展該工程，徹底改變了礦區(qū)原有化糞池周邊蚊蠅滋生、異味臭味等不良環(huán)境狀況，實現(xiàn)了污水全部回用，不外排，節(jié)約了水資源，避免了對周邊環(huán)境的污染。企業(yè)形象顯著提升。

（3）多介質(zhì)生物濾池技術(shù)凈化效果好、運行低成本、管理維護簡單，可為礦區(qū)新建及改擴建污水處理提供技術(shù)方法和工程經(jīng)驗，為綠色礦區(qū)建設(shè)提供技術(shù)支撐。特別是對于處在水源地和自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、濕地保護區(qū)等水環(huán)境敏感地段的礦山企業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。