煤礦生活污水處理改造AO生物膜+MBR+炭濾工藝

　　煤礦生活污水主要來(lái)自礦工生活區、職工食堂、浴室、單身宿舍及辦公場(chǎng)所排水等，且職工洗浴污水占相當大比重(約70%～80%)，其具有機污染物濃度低、水質(zhì)水量變化較大、可生化條件較差的水質(zhì)特點(diǎn)。某煤礦位于山西省朔州市北部13km處的陶村，生活污水產(chǎn)生量約400m3/d，主要為辦公樓、食堂和洗浴等產(chǎn)生的污水，具有煤礦生活污水水質(zhì)的一般性特點(diǎn)。隨著(zhù)環(huán)保政策日趨嚴格，該礦生活污水需處理后全部回用(不得外排)，原有生活污水處理設施已不能滿(mǎn)足回用對其出水水質(zhì)要求，因此需對其升級改造并提高出水水質(zhì)。

　　1、生活污水處理站現狀

　　1.1 原有工藝流程

　　原有生活污水處理站設計處理能力為480m3/d，采用10mm機械格柵+調節池+初沉池+好氧池+二沉池+二氧化氯消毒的處理工藝，設計出水水質(zhì)執行《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)二級排放標準。原有生活污水處理工藝流程見(jiàn)圖1。

　　1.2 存在的問(wèn)題

　　原有生活污水處理站存在的主要問(wèn)題：

　�、俪醭脸�、好氧池、二沉池、消毒池為地埋式一體化污水處理設備，已使用近10年，設備主體結構破損，滲漏嚴重，接近報廢;

　�、诶�用鹽酸和氯酸鈉化學(xué)反應生成的二氧化氯進(jìn)行消毒，由于鹽酸屬于嚴格管控物資，不易購買(mǎi)，原有消毒設施沒(méi)有運行;

　�、壅{節池有效調節容積為80m3，偏小，不能滿(mǎn)足礦工集中洗浴排水時(shí)的水量調節需求;

　�、苌�活污水處理后大部分外排，不符合生活污水應全部回用不外排的環(huán)保要求;

　�、莞鶕�用水需求，礦方規劃將生活污水處理后回用于沖廁、綠化、選煤廠(chǎng)生產(chǎn)用水及地面灑水，現有處理工藝的出水水質(zhì)不能滿(mǎn)足回用水質(zhì)要求以及《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準，故需提標改造。

　　2、設計規模及進(jìn)、出水水質(zhì)

　　生活污水處理站升級改造規模為480m3/d。通過(guò)對現有生活污水處理站進(jìn)水水質(zhì)化驗分析，并參照同類(lèi)煤礦生活污水水質(zhì)資料以確定設計進(jìn)水水質(zhì)(見(jiàn)表1);生活污水經(jīng)處理后回用于沖廁、綠化、選煤廠(chǎng)生產(chǎn)用水及地面灑水等，不外排。設計出水水質(zhì)執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中道路清掃、綠化、沖廁、洗車(chē)用水水質(zhì)要求的最高指標。

　　3、處理工藝選擇

　　采用AO生物膜+MBR+活性炭過(guò)濾作為該生活污水升級改造項目的處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖2。

　�、僬{節池

　　由于該煤礦生活污水80%左右為洗浴排水，洗浴排水具有集中性、間歇性、水量大的特點(diǎn)，為了調節水量水質(zhì)和合理設計水處理設施規模，保證水處理構筑物運行的連續性、穩定性，需增加調節池的有效調節容積。

　�、谏�化處理工藝選擇

　　AO生物膜兼有生物膜法和活性污泥法二者之長(cháng)，其是在活性污泥工藝的反應池裝設組合填料，反應池內的生物量由懸浮態(tài)污泥和附著(zhù)態(tài)生物膜組成，大幅提高了反應池內生物量，有利于生長(cháng)緩慢的硝化菌的生長(cháng)聚集，增加了系統耐沖擊負荷能力和除污效率，減少污泥產(chǎn)量，不產(chǎn)生污泥膨脹，較適用于現有污水廠(chǎng)的提標改造。AO生物膜工藝同時(shí)具有缺氧段、好氧段微生物相互獨立，各自始終處于最佳生態(tài)環(huán)境中，不受厭氧、好氧環(huán)境交替的抑制作用，缺氧段污水中的有機物可直接作為碳源被反硝化細菌利用，達到同步去除COD和脫氮目的。另外，采用組合填料作為生化反應池內微生物生長(cháng)載體，由于組合填料比表面積較大，反應池中大量生物體附著(zhù)在填料上，而懸浮在池內的生物量并不很高，工藝脫碳、硝化效果好，硝化段的出水SS較低，可不設污泥回流。膜生物反應器(MBR)的過(guò)濾作用使微生物完全被截留在反應器中，實(shí)現了水力停留時(shí)間和污泥齡的徹底分離，系統污泥濃度是傳統活性污泥法的2～3倍，使生物反應器保持較高硝化能力和污染物去除效率，對強化和穩定出水水質(zhì)有重要作用，同時(shí)大大減小了生化池的池容;MBR膜池取代傳統二沉淀，縮短了處理流程，減少了土建工程量和投資。因此AO生物膜一MBR工藝具有有機負荷率高、處理效率高、出水水質(zhì)好、反應器容積小、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步研究表明，低溫、低碳源是影響煤礦污水處理脫氮穩定達標的關(guān)鍵因素，對于A(yíng)O生物膜一MBR工藝可以保證如硝化菌等生長(cháng)緩慢的微生物在系統中截留、富集，強化系統脫氮效果，同時(shí)具有污泥產(chǎn)量少、污泥顆粒較大、易于泥水分離、污泥處理費用相對較低的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，結合該項目進(jìn)、出水水質(zhì)特點(diǎn)和改造用地面積緊張的實(shí)際情況，設計采用AO—MBR作為本項目生化處理工藝。

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　　活性炭作為一種多孔物質(zhì)，比表面積大，能夠迅速吸附前級水處理設施泄漏出來(lái)的小分子有機物等污染性物質(zhì)，對水中異味、膠體及色素、重金屬離子等有較明顯的吸附去除作用，同時(shí)還可去除溶解性COD。另外，活性炭表面通常有各種高低不同的凸起，可為微生物提供適宜的附著(zhù)點(diǎn)，長(cháng)時(shí)間運行后活性炭表面會(huì )附著(zhù)微生物，以生物活性炭的形式實(shí)現對污水的深度處理。研究表明，單純活性炭吸附工藝可降低生化出水的COD，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。

　�、芟�毒

　　紫外線(xiàn)消毒屬于純物理消毒方法，具有簡(jiǎn)單便捷、廣譜高效、無(wú)二次污染、便于管理和實(shí)現自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，常用于生活飲用水消毒，但其不具有持續消毒能力。次氯酸鈉是一種高效、廣譜、安全的強力滅菌消毒藥劑，它與水親和性好，能與水以任意比互溶，易購置儲存，操作安全方便，可在各種環(huán)境及工作狀況下投加，可替代二氧化氯作為小規模煤礦生活污水處理的消毒藥劑。本項目出水回用于沖廁、綠化、選煤廠(chǎng)生產(chǎn)用水及地面灑水等，采用紫外線(xiàn)和次氯酸鈉兩級消毒以保障消毒效果和持續消毒能力。

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　　剩余污泥排至剩余污泥池。由于本項目產(chǎn)生的剩余污泥較少，設計將剩余污泥運至礦井水處理站，依托礦井水污泥處理系統對其進(jìn)行脫水處置。

　　4、主要建(構)筑物改造設計

　　4.1 調節池

　　利用原調節池及原有10mm機械格柵，新建1座有效調節容積為220m的全地下式鋼筋混凝土結構調節池，與原調節池串聯(lián)使用，改造后調節池總有效調節時(shí)問(wèn)為15h。在新建調節池設1臺4kW潛水攪拌器以防止ss沉降;設2臺潛污泵(Q=20m3/h，H=100kPa，N=2.2kW，1用1備)提升污水后依次進(jìn)入毛發(fā)聚集器和生化處理系統。毛發(fā)聚集器完成對粒徑>1mm顆粒物的去除，對MBR膜起到保護作用。

　　4.2 組合池

　　設組合池1座，鋼筋混凝土結構，包括：缺氧池、好氧池、MBR膜池、中間水池、污泥池、離線(xiàn)化學(xué)清洗池、泵坑。

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　　有效容積為80m，HRT=4h，反硝化容積負荷為0.36kgNO_x^-一N/(m3填料·d)，缺氧池懸掛纖維束組合填料，填充率為50%。纖維束組合填料具有比表面積較大、阻力小，布水、布氣性能好，易掛膜和流化、不易阻塞、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。。。缺氧池內設1臺2.2kW潛水攪拌器用于污水混合。

　�、诤醚醭�。

　　有效容積為144m3，HRT=7.2h，好氧池組合填料填充率為60%，BOD容積負荷0.50kg/(m3填料·d)。在填料下方設DN65微孔曝氣軟管曝氣，充氧能力為0.147kg/(m·h)，氧利用率為15%，服務(wù)面積為0.5m2/m。運行過(guò)程中生物膜受上升氣流攪動(dòng)，一方面可為生物膜曝氣供氧，另一方面可控制生物膜再生。根據微生物生長(cháng)情況，可通過(guò)變頻措施調節曝氣量大小，控制生物膜更新速度，使其保持較高活性。曝氣風(fēng)機2臺(1用1備)，Q=3.46m3/min，P=49kPa，N=7.5kW，變頻控制。

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　　尺寸為3.5m×4.2m×4.5m，HRT=3h，設2組膜組器，每個(gè)膜組器選用40簾截留孔徑為0.03m中空纖維膜，單簾有效膜面積為20m，設計產(chǎn)水通量為12.5L/(m2·h)。膜吹掃風(fēng)機2臺(1用1備)，Q=6.05m3/min，P=49.0kPa，N=11kW(變頻)。

　�、躆BR膜離線(xiàn)清洗池。

　　1座，尺寸為1.8m×3.5m×3.0m;中間水池1座，尺寸為2.05m×3.075m×3.6m，主要收集MBR系統產(chǎn)水;污泥池1座，主要儲存剩余污泥，尺寸為2.05m×3.075m×3.6m;污泥池設排泥泵1臺。設泵坑1座，尺寸為2.9m×4.2m×3.0m，泵坑設MBR產(chǎn)反洗泵、硝化液回流泵、活性炭過(guò)濾提升泵。MBR產(chǎn)水泵和反洗泵共用，MBR出水進(jìn)入中間水池，反洗自中間水池取水。MBR產(chǎn)反洗泵2臺(1用1備)，Q=38.5m3/h，H=200kPa，N=3kW，采用恒流量變頻控制。MBR系統采用自動(dòng)化控制運行，程序設計抽8min、停2min自動(dòng)運行，120個(gè)制水周期水反洗一次。過(guò)濾提升泵2臺(1用1備)，Q=21.6m3/h，H=220kPa，N=3kW，其自中間水池取水經(jīng)提升依次通過(guò)活性炭過(guò)濾和消毒后進(jìn)入回用水池。硝化液回流比為200%，設硝化液回流泵2臺(1用1備)，Q=40m3/h，H=100kPa，N2.2kW。硝化液回流泵兼作剩余污泥泵，當系統剩余污泥較多時(shí)，可將剩余污泥排至污泥池。

　　4.3 MBR設備間

　　MBR設備間1座，平面尺寸為9.92m×7.3m，輕鋼結構，設MBR化學(xué)清洗裝置、化學(xué)加藥裝置、值班控制室、配電室。設計進(jìn)水BOD5/TN=2.22，進(jìn)水BOD不能滿(mǎn)足脫氮需求，設乙酸鈉碳源投加裝置1套，可根據運行需要調節乙酸鈉投加量。設化學(xué)除磷裝置1套，PAC(Al2O3，含量為27%)投加量為14mg/L。

　　4.4 原有生活污水處理車(chē)間

　　在原生活污水處理車(chē)間設曝氣風(fēng)機、膜吹掃風(fēng)機、機械格柵、紫外線(xiàn)消毒裝置、活性炭過(guò)濾器、次氯酸鈉消毒裝置。將原直徑為1.8m的石英砂過(guò)濾器改造為活性炭過(guò)濾器，濾速為7.86m/h，反沖洗水洗強度為10L/(m2·s)，顆�；钚蕴苛�徑為0.6～1.2mm，碘吸附值>1000mg/g，濾料厚度為1.8m。設1套管道式紫外線(xiàn)消毒器，處理水量為20m3/h;次氯酸鈉消毒裝置1套，次氯酸鈉投加量為4mg/L(以有效氯計)。

　　4.5 回用水池

　　回用水池有效容積為300m3，設回用水泵2臺(1用1備)，Q=50m3/h，H=460kPa，N=11kW�；钚蕴窟^(guò)濾反洗水泵2臺(1用1備)，Q=90m3/h，H=200kPa，N=15kW。

　　5、運行效果和經(jīng)濟分析

　　該項目于2017年8月開(kāi)工建設，2017年12月竣工，調試期進(jìn)水量為360m3/h，滿(mǎn)足設計進(jìn)水負荷要求，調試期正好處于北方寒冷冬季，但由于生活污水中洗浴水量較大，系統調試運行期間在室外溫度為一30℃的條件下生化池沒(méi)有出現結冰情況;調試1個(gè)月后，組合填料上微生物掛膜良好，委托當地環(huán)境保護監測機構連續5天對該項目進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行了監測，出水水質(zhì)達到或優(yōu)于設計值，具體如表2所示。

　　該工程總投資為340.4萬(wàn)元，其中土建工程投資為143.7萬(wàn)元，設備及其他投資為196.7萬(wàn)元。運行成本為1.19元/m3，其中燃料動(dòng)力費為0.54元/m3，藥劑費為0.11元/m3，工資福利費為0.41元/m3(定員3人，每人工資及福利費為24000元/a計)，活性炭填料每年更換1次，更換費用為0.13元/m3。

　　6、結論

　　采用AO生物膜+MBR+活性炭過(guò)濾作為朔州某煤礦生活污水改造項目的主體處理工藝，該工藝具有流程短、處理效率高、反應器容積小、占地面積小的特點(diǎn)，出水水質(zhì)滿(mǎn)足或優(yōu)于設計出水水質(zhì)要求。該改造工程的成功實(shí)施，可為類(lèi)似小規模煤礦生活污水處理設計和生活污水資源化利用積累經(jīng)驗和提供借鑒。(來(lái)源：煤炭工業(yè)太原設計研究院)