煤礦生活污水處理技術(shù)工程應(yīng)用

趙龍剛

（陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司西卓煤礦，陜西 渭南 715300）

貧油、少氣、相對(duì)富煤是我國(guó)基本國(guó)情，我國(guó)三大化石能源儲(chǔ)量中，煤炭占94%以上，石油和天然氣僅占6%左右，這種能源資源稟賦條件決定了我國(guó)煤炭作為主體能源的地位短時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。生活污水是煤礦污廢水的主要構(gòu)成之一，據(jù)2015年不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)當(dāng)年煤礦礦區(qū)生活污水排放量超過(guò)8億m。污水的資源化利用是解決煤礦區(qū)嚴(yán)重缺水與污水外排污染地表環(huán)境兩難問(wèn)題的唯一途徑。隨著環(huán)保政策的日益嚴(yán)峻，研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)、高效及經(jīng)濟(jì)的生活污水資源化處理技術(shù)具有十分重要的意義。

1 煤礦生活污水特點(diǎn)

煤礦生活污水主要有職工洗浴排水、生活區(qū)排水、辦公區(qū)沖廁排水等。目前，西卓煤礦生活污水受到煤礦生產(chǎn)規(guī)模、地理位置及環(huán)保政策等因素影響，具有顯著的行業(yè)特點(diǎn)。

1.1 水量波動(dòng)較大

煤礦生活污水排放量較小，并且工作人員洗浴及辦公廢水占據(jù)55%以上的比例，此部分水排放時(shí)間約在2 h 內(nèi)完成。因此，水量波動(dòng)較大。

1.2 水質(zhì)波動(dòng)較大

煤礦生活污水中，有機(jī)物濃度低、懸浮物濃度高的洗浴排水與職工生活排水水質(zhì)相差較大，且交錯(cuò)排放，導(dǎo)致水質(zhì)波動(dòng)較大。與市政污水相比，煤礦生活污水有機(jī)物濃度較低，以煤粉為主的懸浮物濃度較高，氨氮及磷濃度偏高。

2 煤礦生活污水處理工藝概述

煤礦生活污水處理中應(yīng)用較多的有氧化溝、生物接觸氧化及厭氧-缺氧-好氧（A/O）工藝。

2.1 氧化溝

氧化溝是傳統(tǒng)活性污泥法的重大改進(jìn)工藝，它具有推流式和完全混合式曝氣池的雙重優(yōu)點(diǎn)，采用低負(fù)荷、高泥齡的運(yùn)行參數(shù)和特有的曝氣設(shè)備——曝氣轉(zhuǎn)刷。氧化溝具有處理效率高、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、剩余污泥少、曝氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行非常方便、可自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，但其能耗較大?；茨系V區(qū)潘一礦采用氧化溝處理生活污水，但相比同步生物氧化池（SBOT），出水指標(biāo)整體較差。

2.2 生物接觸氧化

生物接觸氧化是具有活性污泥法特點(diǎn)的生物膜法，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。生物接觸氧化系統(tǒng)的主體作用物質(zhì)是附著在填料上的生物膜，當(dāng)污水在其表面流動(dòng)時(shí)，有機(jī)污染物由流動(dòng)水層傳遞給附著水層，然后進(jìn)入生物膜內(nèi)部并通過(guò)細(xì)菌的代謝活動(dòng)而被降解，污水得以凈化。生物膜老化后從填料上脫落下來(lái)，形成污泥排出。這種方法具有機(jī)負(fù)荷高、處理時(shí)間短、占地面積小、生物濃度高、污泥產(chǎn)量低、動(dòng)力消耗低、微生物容易馴化培養(yǎng)、可以間歇運(yùn)行、自動(dòng)控制要求低、操作管理方便、不存在污泥膨脹問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。淮南礦區(qū)顧北礦采用該工藝處理生活污水，但相比同步生物氧化池（SBOT），出水指標(biāo)整體也較差。

2.3 A2/O

A/O 工藝是將厭氧、缺氧、好氧三種不同環(huán)境條件和不同種類的微生物菌群有機(jī)配合，能去除有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷功能。污水首先進(jìn)入?yún)捬醭?，與池內(nèi)的回流污泥混合。厭氧池內(nèi)含兼性厭氧菌，其將污水中易生物降解的大分子有機(jī)物分解為小分子的揮發(fā)性脂肪酸。污水自厭氧池流出后，進(jìn)入缺氧池，在缺氧池中，反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮還原為氮?dú)鈴乃腥コ?，?shí)現(xiàn)脫氮。隨后，污水進(jìn)入好氧池，好氧池中硝化細(xì)菌將水中的氨氮分解為硝態(tài)氮，通過(guò)上清液回流至缺氧池。聚磷菌體在好氧池將污水中磷吸收并儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，最終形成剩余污泥，通過(guò)排放剩余污泥的方式除磷。我國(guó)市政污水處理工藝中，A/O（占比53%）工藝已超過(guò)氧化溝等，成為首選工藝。

3 工程設(shè)計(jì)案例

3.1 設(shè)計(jì)水量水質(zhì)

西卓煤礦生活污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為960 m/d，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。主要指標(biāo)有pH、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、氨氮（NH-N）、總磷（TP）和懸浮物（SS）。污水經(jīng)處理后達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920—2020）的城市綠化要求及《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 61/224—2018）的要求，作為綠化用水回用。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

3.2 工藝流程

西卓煤礦生活污水處理站采用“預(yù)處理+生化處理+深度處理”的污水處理路線，如圖1所示。生活污水首先進(jìn)入格柵池，經(jīng)機(jī)械格柵去除較大的懸浮物和漂浮物等固體雜物，然后經(jīng)提升泵提升進(jìn)入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)、調(diào)節(jié)水量，調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水經(jīng)提升泵提升進(jìn)入A/O 生化處理單元。A/O 生化處理后，出水流入二沉池。本工藝配有混合液回流泵、污泥回流泵和污泥泵，需要投加化學(xué)藥劑，即聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。

圖1 工藝流程

A/O 生物脫氮除磷系統(tǒng)的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌組成。在好氧段，硝化菌通過(guò)生物硝化作用，將污泥中的氨氮及有機(jī)氮氨化成的氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化菌通過(guò)生物反硝化作用，將內(nèi)回流帶入的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮?dú)庖萑氪髿庵?，從而達(dá)到脫氮目的；在厭氧段，聚磷菌釋放磷，并吸收低級(jí)脂肪酸等易降解的有機(jī)物，而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通過(guò)剩余污泥的排放將磷除去。通過(guò)A/O 生化處理，BOD、SS 和以各種形式存在的氮和磷將被去除。好氧池主要作用為聚磷菌的吸磷及氨氮的氧化。

二沉池的出水進(jìn)入混凝沉淀池，在此投加混凝劑，使水中細(xì)小懸浮顆粒進(jìn)一步混凝沉淀，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。混凝沉淀池出水自流進(jìn)入轉(zhuǎn)盤過(guò)濾器，濾料截留水中更細(xì)小的顆粒，使水進(jìn)一步凈化。轉(zhuǎn)盤過(guò)濾器出水進(jìn)入清水池，經(jīng)次氯酸鈉消毒后即可達(dá)標(biāo)回用。

本工藝有一處排渣、兩處排泥。機(jī)械格柵的柵渣外運(yùn)處置。A/O 生化處理單元的剩余污泥經(jīng)沉淀池沉淀后與混凝沉淀池污泥一同排入污泥調(diào)理罐，加入藥劑，調(diào)理后由污泥泵泵入疊螺式污泥脫水機(jī)，脫水后的污泥按要求處置。

3.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

格柵集水池尺寸為6.0 m×3.0 m×6.0 m（長(zhǎng)×寬×高），安裝有機(jī)械格柵。調(diào)節(jié)池可以調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，尺寸為10.0 m×7.5 m×5.5 m（長(zhǎng)×寬×高），有效容積為375 m，池內(nèi)安裝攪拌機(jī)及提升泵。

生化處理工藝采用厭氧池、缺氧池及好氧池連建方式，三者也可以調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量。厭氧池尺寸為5.0 m×2.5 m×5.5 m（長(zhǎng)×寬×高），有效容積為62.5 m，池內(nèi)安裝攪拌機(jī)。缺氧池尺寸為5.0 m×2.5 m×5.5 m（長(zhǎng)×寬×高），有效容積為62.5 m，池內(nèi)安裝攪拌機(jī)。好氧池尺寸為5.0 m×6.5 m×5.5 m（長(zhǎng)×寬×高），有效容積為162.5 m，池內(nèi)安裝曝氣裝置，混合液回流泵將池內(nèi)上清液輸送至缺氧池

二沉池尺寸為5.0 m×5.0 m×6.0 m（長(zhǎng)×寬×高）。好氧池出水沉淀后，上清液進(jìn)入深度處理系統(tǒng)，部分剩余污泥回流至厭氧池。從混凝沉淀池來(lái)看，深度處理工藝選用斜管沉淀池，尺寸為10.0 m×3.0 m×6.0 m（長(zhǎng)×寬×高），通過(guò)投加混絮凝劑去除水中剩余的懸浮物。

過(guò)濾間采用框架結(jié)構(gòu)，尺寸為6.0 m×5.0 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高），內(nèi)部安裝1 套轉(zhuǎn)盤過(guò)濾器。清水池兼有消毒及回用水收集作用，尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高），有效容積為96 m。脫泥間采用剩余污泥處理系統(tǒng)，尺寸為6.0 m×6.0 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高），房?jī)?nèi)安裝污泥調(diào)料罐、疊螺式污泥脫水機(jī)1 套。加藥間尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m（長(zhǎng)× 寬× 高），房?jī)?nèi)安裝PAC、PAM 加藥設(shè)備以及碳源投加設(shè)備等。消毒間尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高），房?jī)?nèi)安裝消毒劑溶藥及投加設(shè)備。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦生活污水經(jīng)處理后回用于煤礦生產(chǎn)生活，可以減少新鮮水的取用，同時(shí)減少外排環(huán)境污染。該工程取得了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益，對(duì)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展也有積極的促進(jìn)作用。