煤礦生活污水處理及利用案例分析

肖娟

摘要：蘆村二號(hào)煤礦地處水資源嚴(yán)重匱乏地區(qū)，煤礦用水十分突出，解決煤礦缺水問題的有效途徑除了考慮開發(fā)地下水源外，提高生活污水的重復(fù)利用率也是一個(gè)重要方面。本文以蘆村二號(hào)礦井生活污水處理利用工程實(shí)例為背景，論述了蘆村二號(hào)生活污水處理工藝及回用途徑，為其他類似礦井開展生活污水資源化利用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：生活污水; 水處理; MBR工藝

1 前言

蘆村二號(hào)煤礦地處陜西省延安市。該市是一個(gè)水資源十分貧乏的地區(qū)，長期以來，干旱缺水一直是該市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要制約因素。因此，用水問題成為蘆村二號(hào)煤礦需要重點(diǎn)考慮的因素，除了從地下水源方面考慮外，如何減少生活污水外排量，提高生活污水的重復(fù)利用率，也是解決礦井用水問題的重要途徑。煤礦生活污水經(jīng)處理檢測(cè)達(dá)標(biāo)之后，可以廣泛的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)當(dāng)中[1]，既減少了水污染，又增加了可利用的水資源量，具有明顯的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文從蘆村二號(hào)生活污水處理利用工程實(shí)例出發(fā)，對(duì)其生活污水處理工藝、回用途徑進(jìn)行了詳細(xì)論述，為其他類似礦井開展生活污水資源化利用提供借鑒。

2 生活污水概況

2.1 生活污水水質(zhì)特征

蘆村二號(hào)礦井生活污水主要包括食堂、浴室、洗衣房、單身宿舍以及辦公樓等排放的生活污水，以及礦燈房等生產(chǎn)部門排放的少量生產(chǎn)廢水，主要污染物為CODcr、氨氮、BOD5、SS和總磷等。預(yù)測(cè)蘆村二號(hào)煤礦生活污水主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

2.2 生活污水回用途徑

蘆村二號(hào)煤礦礦井實(shí)際生活污水排放量約為388.3m3/d，考慮到隨著煤礦的發(fā)展，水量可能會(huì)增加，因此確定工業(yè)場(chǎng)地生活污水處理站的設(shè)計(jì)規(guī)模為600m3/d，日工作時(shí)間為24h。根據(jù)煤礦生產(chǎn)用水對(duì)水質(zhì)水量的需求，考慮處理后的生活污水全部回用不外排。生活污水經(jīng)處理后39 m3/d為污水處理站自用水量，120m3/d用于綠化澆灑用水，229.3m3/d用于選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)充水。各用水項(xiàng)目的用水水質(zhì)要求分述如下：

1）場(chǎng)地綠化澆灑用水水質(zhì)需達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2020）的城市綠化和道路清掃標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)見表2;

2）選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)充水應(yīng)達(dá)到《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB50359-2016）中選煤用水的水質(zhì)指標(biāo)要求，主要指標(biāo)見表3;

3 生活污水處理工藝

由蘆村二號(hào)煤礦生活污水的水質(zhì)情況以及各回用途徑的回水的水質(zhì)指標(biāo)可以看出，生活污水處理的重點(diǎn)是水中的懸浮物（SS）、BOD5、氨氮、濁度、大腸埃希氏菌等。

3.1 生活污水處理工藝選擇

由于回用水水質(zhì)要求較高，需采用一級(jí)處理+二級(jí)處理+深度處理的組合工藝才能達(dá)到出水水質(zhì)要求。

一級(jí)處理主要為格柵、沉砂、沉淀等物理方法，主要作用是去除污水中大顆粒的污染物。

二級(jí)處理是污水處理工藝的核心部分，由于生活污水具有良好的可生化性，C、N、P的營養(yǎng)比例均衡，一般采用生物處理法。污水生物處理過程是指利用微生物的新陳代謝把污水中存在的各種溶解態(tài)或膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無害化物質(zhì)[2]。生物法包括活性污泥法，生物濾池兩大類，又以活性污泥法為主。活性污泥法有很多型式，即傳統(tǒng)活性污泥工藝，AB工藝及其變形工藝（SBR工藝 、A/O工藝 、A2/O工藝，氧化溝工藝）。AB法是在常規(guī)活性污泥和兩段活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的生物處理技術(shù)[3]，A段為高負(fù)荷的生物吸附區(qū)，B段為低負(fù)荷處理區(qū)。

深度處理的目的是進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能完全去除的有機(jī)污染物、SS、礦化物、色度、嗅味、病原微生物等。常用的比較成熟的深度處理單元技術(shù)包括介質(zhì)過濾、膜處理、消毒等。

經(jīng)過綜合分析蘆村二號(hào)煤礦生活污水處理站進(jìn)水水質(zhì)水量及需要達(dá)到的回用水水質(zhì)，提出以下兩套方案：

方案一：格柵+A2O工藝+過濾+消毒

工藝耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，相對(duì)成熟、積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)多、運(yùn)行穩(wěn)定;對(duì)有機(jī)物、氮、磷都有較高的去除效率;需設(shè)二沉池、中間水池及過濾器，且過濾器需定期反沖洗，流程及運(yùn)行復(fù)雜，占地面積較大;污泥量較大;投資運(yùn)行成本較低，適用于大型水處理站。

方案二：格柵+內(nèi)置式MBR中水一體化設(shè)備+消毒

內(nèi)置式MBR中水一體化設(shè)備是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)，把膜組件放到生物反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中利用抽吸泵的功率運(yùn)行，達(dá)到過濾液的效果[4]。膜組件前采用A2O生物工藝去除了大部分污染物，降低了膜污染程度，延延長了膜組件使用壽命。該工藝的主要特點(diǎn)是：由于膜的高效過濾作用，出水水質(zhì)好;污泥濃度高，停留時(shí)間長，F(xiàn)/M值低，有機(jī)物降解徹底，剩余污泥產(chǎn)量少，減少了污泥處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān);膜組件代替了二沉池和過濾器，也無需設(shè)中間水池，工藝流程簡(jiǎn)單，易于操作和管理，占地面積小;在進(jìn)水有機(jī)物含量不足時(shí)，可進(jìn)行內(nèi)源反硝化，保證脫氮效果和最終出水水質(zhì);實(shí)現(xiàn)了HRT與SRT的完全分離，膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，易于設(shè)計(jì)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而使管理簡(jiǎn)單易行;更耐低溫，更適用于北方寒冷季節(jié);膜材料價(jià)格相對(duì)較高，初期投資較大，且需要定期更換膜組件;為克服膜污染，需采用膜下曝氣的方式在膜的表面提供一定的錯(cuò)流流速，造成運(yùn)行能耗較高;膜組件運(yùn)行一定時(shí)間后需進(jìn)行清洗。該工藝在適用于中小規(guī)模污水生物處理。

由于蘆村二號(hào)煤礦生活污水量較小，且回用水水質(zhì)要求較高，進(jìn)行綜合考慮，本工程選擇方案二。雖然膜組件的投資成本較高，但也省去了很多基建費(fèi)用。且由于方案二污泥量少，也同時(shí)減少了污泥系統(tǒng)的運(yùn)行成本。膜組件采用市面上較為先進(jìn)的新技術(shù)，達(dá)到低溶解氧，高污泥濃度，最大程度降低了動(dòng)力消耗。設(shè)兩套MBR中水一體化設(shè)備并列運(yùn)行，保證了膜清洗時(shí)不影響生活污水處理站的正常運(yùn)行。

3.2 礦井生活污水處理工藝流程

蘆村二號(hào)煤礦生活污水處理工藝流程見圖1

生活污水流經(jīng)格柵渠后格柵機(jī)將污水中的漂浮物攔截并去除，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池中污水由污水提升泵提升至MBR中水一體化設(shè)備，并依次完成厭氧、缺氧、好氧、膜過濾過程。一體化污水處理設(shè)備出水一部分進(jìn)入綠化水池，經(jīng)消毒后由綠化變頻泵供至室外綠化管網(wǎng)用于綠化澆灑;一部分進(jìn)入選煤廠補(bǔ)水水池，經(jīng)消毒后由選煤廠補(bǔ)水泵輸送至選煤廠。一體化污水處理設(shè)備的剩余污泥則通過污泥回流泵排入污泥池，污泥池內(nèi)污泥經(jīng)泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理后外運(yùn)。

4 運(yùn)行管理效益分析

4.1 運(yùn)行管理

蘆村二號(hào)煤礦生活污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，自動(dòng)停、啟設(shè)備，自動(dòng)加藥、自動(dòng)排泥的全過程監(jiān)控。儀表檢測(cè)系統(tǒng)包括加藥流量、處理流量、水池液位和加藥箱液位進(jìn)水和出水濁度等連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)。操作控制柜設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)二檔;巡視有異常情況時(shí)將系統(tǒng)處于手動(dòng)檔，可直接在柜上操作。

4.2 效益分析

本次對(duì)水處理系統(tǒng)從設(shè)計(jì)理念，工藝流程，設(shè)備選用，平面布局等多個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化，選用了符合國家政策的先進(jìn)節(jié)能設(shè)備。生活污水達(dá)標(biāo)處理后回用于選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)充水、綠化澆灑用水，無外排，回用水量為349.3m3/d，每年可節(jié)約水資源約11.5萬m3，有效地保護(hù)了當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，具有可觀的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益。

5 結(jié)論

生活污水既是一種污染源，也是一種水資源，特別是蘆村二號(hào)煤礦所處的缺水地區(qū)，處理并回收生活污水具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，緩解了當(dāng)?shù)氐挠盟畨毫Γ瑴p輕了環(huán)境負(fù)荷，對(duì)促進(jìn)區(qū)域發(fā)展起到了積極作用。

參考文獻(xiàn)：

1.朱文麗. 試探煤礦生活污水處理與利用[J].山東：山東煤炭科技，2016.

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3.Arsov R，Ribarova I，Nikolov N，et al.Two phase anaerobic technology for domestic wastewater treatment at ambient temperature [J].Water Science and Technology，1999，39（8）：115～122.

4.宋海嬌.MBR工藝在住宅小區(qū)中水回用中應(yīng)用研究[J].臺(tái)州：資源節(jié)約與環(huán)保，2016.