多相泥膜耦合工藝處理煤礦生活污水的中試研究

王紅美

（霍州煤電集團(tuán)云廈建筑工程有限公司，山西 霍州 031400）

在我國煤礦開采生活區(qū)產(chǎn)生有大量生活污水，生活污水中SS濃度較高，COD濃度較低，同時污水中還存在一些乳化油、苯類的有機(jī)污染物。當(dāng)前對于煤礦生活污水的處理工藝有兼氧、AAO、氧化溝、SBR、MBBR、MBR等，隨著生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，要求對污水處理中心進(jìn)行升級提標(biāo)和擴(kuò)容，但存在著增加占地困難、不能停運(yùn)、改造后運(yùn)行費(fèi)用增高等問題?；诩嫜?、MABFT、MBR等生物處理工藝的基礎(chǔ)上提出了多相泥膜耦合處理工藝，該處理工藝是生物膜法和活性污泥兩大工藝耦合而成，發(fā)揮了兩種處理方法的優(yōu)勢，又避免了各自的劣勢，揚(yáng)長避短，提升了整體的效率。在實驗室理論研究的基礎(chǔ)上，采用中試試驗來考察分析多相泥膜耦合處理工藝在霍州煤電集團(tuán)團(tuán)柏煤礦生活污水的可行性及去除效果[1-6]。

1 材料與方法

1.1 水樣來源及水質(zhì)

本次多相泥膜藕合處理工藝中試試驗水樣取自團(tuán)柏煤礦生活污水格柵井，水質(zhì)情況如下：pH= 6.98，COD為189.5 mg/L，SS為83.1 mg/L，總氮為32.3 mg/L，總磷為7.4 mg/L，氨氮為24.7 mg/L，水質(zhì)數(shù)據(jù)為連續(xù)15 d檢測平均值。

1.2 處理工藝及反應(yīng)器設(shè)計

為有效提高煤礦生活污水營養(yǎng)型污染物去除效果，基于A/O、MABFT、MBR等生物處理工藝構(gòu)建了多相泥膜耦合工藝，處理流程為“兼氧+MABFT+MBR”，如圖1。

圖1 多相泥膜耦合工藝中試處理流程示意圖

多相泥膜耦合工藝中試一體化裝置包括調(diào)節(jié)池、兼氧池、MABFT池和MBR池四大部分，如圖2。

圖2 多相泥膜耦合工藝中試一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖

中試處理裝置及材料配置如圖3，將煤礦生活污水儲存在130 L大小的調(diào)節(jié)池中；由污水泵抽送至100 L大小的兼氧池中，兼氧池中布設(shè)有30%的兼氧反硝化填料，兼氧池兼具污泥回流反硝化作用；兼氧池泥水混合物流入180 L大小的MABFT池，MABFT池中含有高密度生物載體填料及活性污泥；最后污水經(jīng)100 L大小的MBR池（含MBR膜組件）處理，檢測過到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放。

圖3 中試處理裝置及材料配置

1.3 試驗運(yùn)行條件

煤礦生活污水處理中試試驗設(shè)計為兩個階段：第一階段為調(diào)試期，時間為10 d；第二個階段為運(yùn)行期，時間為15 d。試驗進(jìn)水水量設(shè)定為30 L/h；兼氧池內(nèi)溶解氧控制在0.5～1.5 mg/L；好氧池內(nèi)溶解氧控制在2～5 mg/L；在兼氧池內(nèi)補(bǔ)充80 mg/L葡萄糖作為外加反硝化碳源；MBR池設(shè)置有污泥回流機(jī)構(gòu)（污泥回流比1:1），回流到兼氧池和MABFT池中；取各反應(yīng)池上清液進(jìn)行多次水質(zhì)測定取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 多相泥膜耦合工藝對COD的去除

煤礦生活污水中COD來源為生活污水、食堂清洗污水、少量礦井有機(jī)污染物污水。采用多相泥膜耦合工藝處理煤礦生活污水后，各生化反應(yīng)池內(nèi)COD的變化情況如圖4。從圖4數(shù)據(jù)可知，煤礦生活污水COD濃度處于145～215 mg/L的范圍內(nèi)，經(jīng)多相泥膜耦合工藝處理過程中各生化反應(yīng)池內(nèi)的COD濃度在1～10 d呈現(xiàn)為逐漸下降趨勢，COD在兼氧池、MABFT池、MBR池內(nèi)中被逐步去除，MABFT池內(nèi)污泥總濃度達(dá)到7.9 g/L，調(diào)試期結(jié)束后出水水質(zhì)COD=21.2 mg/L，去除率達(dá)到88.81%，這一數(shù)據(jù)表明在兼氧段COD的去除率達(dá)可到60%，反硝化效果顯著。

圖4 COD濃度變化情況

2.2 多相泥膜耦合工藝對氮污染物的去除

煤礦生活污水中的氮污染物主要在好氧段被硝化菌氧化去除。采用多相泥膜耦合工藝處理煤礦生活污水后，各生化反應(yīng)池內(nèi)氨氮的變化情況如圖5。

從圖5數(shù)據(jù)可知，在兼氧池中氨氮濃度維持在6.5～9.5 mg/L。原因分析如下：（1）MBR池回流污泥中的硝化菌仍具有硝化作用；（2）MBR池回流污泥對原水的稀釋影響。因此，在兼氧池中部分氨氮污染物被去除。

圖5 氨氮污染物變化情況

經(jīng)MABFT處理后，氨氮濃度均維持在0.8～1.2 mg/L左右，氨氮去除率達(dá)到96.2%左右。原因分析如下：（1）MABFT內(nèi)置有富集微生物的高密度填料；（2）MABFT池內(nèi)污泥濃度較高。二者都可以有效提高氨氮的去除效率。

在多相泥膜耦合工藝處理的后期，對各生化反應(yīng)池內(nèi)的總氮濃度及氮元素形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明：兼氧池、MABFT池、MBR池出水總氮濃度分別為10.3 mg/L、5.2 mg/L、4.6 mg/L；兼氧池氮元素形態(tài)主要為氨氮占總氮的52.4%，硝態(tài)氮占總氮的43.2%，亞硝態(tài)氮占總氮的4.4%；MABFT池氮元素形態(tài)主要為硝態(tài)氮占總氮的77.7%，氨氮占總氮的17.2%，亞硝態(tài)氮占總氮的5.1%；MBR池氮元素形態(tài)主要為硝態(tài)氮占總氮的65.3%，氨氮占總氮的30.4%，亞硝態(tài)氮占總氮的4.3%。從整體分析可知，煤礦生活污水經(jīng)多相泥膜耦合工藝處理后，出水總氮去除率可達(dá)81%，去除效果較為理想。

2.3 多相泥膜耦合工藝對總磷的去除

《城市污水再生利用：工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：污水中總磷的排放標(biāo)準(zhǔn)為≦1.0 mg/L，地表水Ⅳ類水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)中總磷更是要求≦0.3 mg/L。生物除磷的原理：在好氧條件下，磷被微生物吸收合成細(xì)胞，通過排泥得到去除。對多相泥膜耦合工藝處理前后的進(jìn)水、出水水質(zhì)中的總磷濃度進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果表明：經(jīng)多相泥膜耦合工藝處理后，煤礦生活污水總磷濃度從6～8 mg/L左右降低到0.75 mg/L，出水總磷濃度去除率達(dá)到了90.5%，總磷去除效果理想。多相泥膜耦合工藝中，MABFT池內(nèi)含有大量的微生物，在曝氣充足的狀態(tài)下，微生物不斷吸收磷合成細(xì)胞，有效保障了工藝的除磷效果。

3 結(jié)論

通過在霍州煤電集團(tuán)團(tuán)柏煤礦進(jìn)行的多相泥膜耦合處理工藝中試試驗研究，得出以下結(jié)論：（1）基于兼氧、MABFT、MBR等生物處理工藝優(yōu)點的多相泥膜耦合工藝處理煤礦生活污水的方案是可行的，效果理想，出水水質(zhì)COD、氨氮、總氮、總磷濃度分別為21.2 mg/L、0.8～1.2 mg/L、4.7 mg/L、0.75 mg/L，出水水質(zhì)符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）處理工藝中MABFT池內(nèi)的填料可大幅度提高活性污泥富集程度，氨氮去除率達(dá)96.2%，總磷去除率達(dá)總磷90.5%去除效果。（3）處理工藝對生活污水總氮去除率可達(dá)81%。