礦區(qū)生活污水處理過程中多相泥膜耦合生物技術(shù)應(yīng)用

賈海琴

（霍州煤電辛置煤礦環(huán)保節(jié)能中心，山西 霍州 031400）

0 引言

煤礦生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)逐步嚴(yán)格，部分地區(qū)要求污水處理出水水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，而現(xiàn)階段部分煤礦項(xiàng)目采用污水處理工藝以及配置的處理設(shè)施均難以滿足該污水處理排放要求，升級污水處理方案勢在必行[1]。多相泥膜耦合施工技術(shù)屬于礦區(qū)生活污水處理中的典型技術(shù)，基于此，有必要探討多相泥膜耦合生物技術(shù)的應(yīng)用原理，根據(jù)試驗(yàn)檢測結(jié)果考察技術(shù)的可行性，為礦區(qū)生活污水處理提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料的選取

試驗(yàn)水樣取自某煤礦生活污水調(diào)節(jié)池，將一周內(nèi)取樣檢測數(shù)據(jù)的平均值作為水樣的關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)：COD=188.4 mg/L，pH 值為6.87，ρ（氨氮）=23.6 mg/L，ρ（總氮）=31.2 mg/L，ρ（總磷）=6.3 mg/L，微量元素營養(yǎng)液0.1%（微量元素體積分?jǐn)?shù)）。

2 中試工藝流程

礦區(qū)生活污水由處理站內(nèi)格柵井經(jīng)泵打入中試處理系統(tǒng)，先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，再進(jìn)行反硝化總氮脫除，出水流入高密度曝氣生物增濃池膜生物反應(yīng)器，通過出水膜做過濾處理。

3 多相泥膜耦合生物技術(shù)應(yīng)用

3.1 處理工藝

生物濾池、SBR、A/O 法等均是常用的煤礦生活污水處理方法，但此類方法難以保證污水處理水質(zhì)符合地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用效果相對有限，因此亟需研究更具可行性的方法。現(xiàn)階段，多相泥膜耦合生物處理技術(shù)頗具代表性，處理裝置包含生物膜和膜生物反應(yīng)器，融合A/O、MABFT、MBR 多種技術(shù)優(yōu)勢，配合活性污泥法處理礦區(qū)生活污水，可有效去除廢水COD，并取得良好的脫氮除磷效果[2]。

試驗(yàn)采用包含調(diào)節(jié)池、兼氧池、MABFT 池和MBR池的一體化處理裝置。調(diào)節(jié)池有效容積150 L，用于存儲生活污水；反硝化脫氮池有效容積120 L，經(jīng)泵將調(diào)節(jié)池的污水打入兼氧池，由反硝化填料處理；MABFT池的有效容積為200 L，含有高密度生物載體填料及活性污泥，負(fù)責(zé)處理源自于兼氧池的泥水混合物；MBR 池的有效容積為120 L，核心處理裝置為MBR膜組件，由其處理來自于MABFT 池的污水。經(jīng)過各反應(yīng)池的依次處理后，最終排放達(dá)標(biāo)的污水。

3.2 礦區(qū)污水試驗(yàn)條件

進(jìn)水水量為30 L/h，考慮10 d 的調(diào)試器和15 d的運(yùn)行期，進(jìn)行為期25 d 的礦物污水試驗(yàn)，好氧池、兼氧池內(nèi)溶解氧質(zhì)量濃度分別為3～6 mg/L、0.5～1.5 mg/L，向兼氧池內(nèi)補(bǔ)充100 mg/L 的葡萄糖，作為反硝化碳源；兼氧池和MABFT 池的回流量相同，污泥回流至兩池內(nèi)；污水處理質(zhì)量檢驗(yàn)的樣品均取自反應(yīng)池上清液，每日安排一次檢測，最終的水質(zhì)測定結(jié)果取試驗(yàn)過程中每日檢測結(jié)果的平均值。

3.3 現(xiàn)場中試試驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 COD 的去除

食堂清洗廢水和生活沖洗水屬于礦區(qū)生活污水的COD 主要來源渠道，污染物有兩條路徑：一是到達(dá)兼氧池內(nèi)，作為碳源供反硝化菌進(jìn)行脫氮；二是到達(dá)MABFT 池和MBR 池，供好氧菌的繁殖。不同反應(yīng)池在不同試驗(yàn)時間的COD 數(shù)值，如圖1 所示。

圖1 各反應(yīng)池內(nèi)COD 數(shù)值隨時間的變化

根據(jù)圖1 可知：污水COD 為150～220 mg/L，在污水處理全過程中，生化池COD 在調(diào)試期均有所降低，COD 經(jīng)各反應(yīng)池的處理后表現(xiàn)出逐步降低的變化趨勢，調(diào)試期結(jié)束后，平均出水COD 為22.3 mg/L，通過與原始狀態(tài)下的COD 進(jìn)行對比可知其去除率達(dá)到88.5%。MABFT 池中微生物處理礦區(qū)生活污水后仍留有部分無法去除的污染物，隨著污水進(jìn)入MBR池，在此反應(yīng)池的膜過濾作用下可被深度去除，因此最終處理好的礦物生活污水的污染物含量大幅降低[3]。并且，兼氧段即可去除60%的COD，表明此反應(yīng)池的反硝化效果良好。

3.3.2 氮污染物的去除

礦區(qū)生活污水中氨氮污染物的清理主要發(fā)生于好氧段，氧氣充足時，硝化菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，去除污染物。各反應(yīng)池的污水氨氮質(zhì)量濃度變化情況，如圖2 所示。

圖2 各反應(yīng)池內(nèi)氨氮質(zhì)量濃度值隨時間的變化

根據(jù)圖2 可知：兼氧池中氨氮質(zhì)量濃度為6～10 mg/L，與MBR 池污泥回流從而稀釋原水以及回流物中存在硝化菌有關(guān)，可在兼氧池內(nèi)去除部分氨氮物質(zhì)；經(jīng)過MABFT 反應(yīng)池的處理后，氨氮質(zhì)量濃度進(jìn)一步降低至1.0 mg/L，去除率超過95%，原因在于此反應(yīng)池內(nèi)的填料可富集微生物，因大量微生物參與至污水處理中，提高了氨氮的去除率。

在礦區(qū)生活污水處理末期測定各反應(yīng)池內(nèi)氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮的濃度。兼氧池、MABFT 池、MBR池的出水總氮質(zhì)量濃度分別為11.0、5.6、4.7 mg/L，反應(yīng)池內(nèi)氨氮氧化為硝態(tài)氮，降低了亞硝態(tài)氮的質(zhì)量濃度，化學(xué)反應(yīng)條件良好時可以將其控制在總氮濃度的10%以內(nèi)。MABFT 反應(yīng)池的填料內(nèi)部存在兼氧區(qū)和厭氧區(qū)，反硝化菌因內(nèi)部存在缺氧條件而快速生長，因而可在一定程度上去除總氮。

基于多相泥膜耦合生物技術(shù)的處理系統(tǒng)對礦區(qū)生活污水的總氮去除率約為80%，相比傳統(tǒng)污水處理工藝而言具有更良好的總氮去除效果。

3.3.3 總磷的去除

總磷的排放標(biāo)準(zhǔn)不可超過1.0 mg/L。在采用多相泥膜耦合生物技術(shù)時，除磷主要通過聚磷菌進(jìn)行，主要原理為：分好氧和厭氧兩種條件，聚磷菌分別吸收磷、釋放磷，加速合成微生物細(xì)胞物質(zhì)。測定進(jìn)水、出水的總磷含量，根據(jù)測定結(jié)果評價多相泥膜耦合生物技術(shù)在除磷中的應(yīng)用效果，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 進(jìn)水、出水的總磷變化

礦區(qū)生活污水中含有較多的清洗水，總磷質(zhì)量濃度主要集中在5～8 mg/L，總磷濃度較高。通過多相泥膜耦合生物技術(shù)處理礦區(qū)生活污水后，總磷質(zhì)量濃度最低降至0.7 mg/L，去除率約為89%，表明多相泥膜耦合生物技術(shù)具有良好的總磷去除效果。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

1）礦區(qū)生活污水實(shí)測COD=150～220 mg/L、ρ（NH3-N）=20～32 mg/L、ρ（TP）=5～8mg/L，采用多相泥膜耦合生物技術(shù)處理后，出水實(shí)測結(jié)果為COD＜30 mg/L，氨氮質(zhì)量濃度＜1.5 mg/L，總氮質(zhì)量濃度＜5.0 mg/L，總磷質(zhì)量濃度＜1.0 mg/L。

2）各反應(yīng)池均可去除一定量的礦區(qū)生活污水污染物，其中MABFT 池的填料可富集活性污泥，加快污染物質(zhì)的去除速度，總氮去除率達(dá)到95%，總磷去除率達(dá)到89%。

3）多相泥膜耦合生物技術(shù)采用“兼氧－MABFTMBR”的處理流程，可有效處理礦區(qū)生活污水，出水達(dá)到地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 展望

1）生物膜對耦合工藝的強(qiáng)化效果值得肯定，但尚有較大的進(jìn)步空間，需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的研究，在去除率、運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化等方面尋找突破口，研發(fā)更具可行性的反應(yīng)裝置，充分發(fā)揮出耦合工藝在污水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢。

2）BER 集電解法的氧化還原能力和生物膜的微生物附著特性于一體，能夠較好地去除污水中的氯化物、含重金屬離子等污染物，但此工藝的應(yīng)用受制于掛膜方式、電極材料。在未來的技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)重點(diǎn)研究電化學(xué)相關(guān)技術(shù)，優(yōu)化BER 中生物膜去除技術(shù)，提升BER 的污水處理性能。

3）生物膜-膜處理耦合工藝是融合多項(xiàng)污水處理工藝的綜合形式，在處理礦區(qū)生活污水中有良好的應(yīng)用效果，但膜性能問題仍有待研究，未來應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注生物膜的掛膜和生長管理，豐富生物膜的類型以及膜處理工藝，強(qiáng)化工藝耦合效果，提高礦區(qū)生活污水處理水平，將膜工藝推廣至其它污水處理工作中。