煤礦生活污水處理技術工程應用

趙龍剛

（陜西陜煤澄合礦業有限公司西卓煤礦，陜西 渭南 715300）

貧油、少氣、相對富煤是我國基本國情，我國三大化石能源儲量中，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煤炭作為主體能源的地位短時間內不會改變。生活污水是煤礦污廢水的主要構成之一，據2015年不完全統計，我國當年煤礦礦區生活污水排放量超過8億m。污水的資源化利用是解決煤礦區嚴重缺水與污水外排污染地表環境兩難問題的唯一途徑。隨著環保政策的日益嚴峻，研究和開發先進、高效及經濟的生活污水資源化處理技術具有十分重要的意義。

1 煤礦生活污水特點

煤礦生活污水主要有職工洗浴排水、生活區排水、辦公區沖廁排水等。目前，西卓煤礦生活污水受到煤礦生產規模、地理位置及環保政策等因素影響，具有顯著的行業特點。

1.1 水量波動較大

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55%以上的比例，此部分水排放時間約在2 h 內完成。因此，水量波動較大。

1.2 水質波動較大

煤礦生活污水中，有機物濃度低、懸浮物濃度高的洗浴排水與職工生活排水水質相差較大，且交錯排放，導致水質波動較大。與市政污水相比，煤礦生活污水有機物濃度較低，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

氧化溝是傳統活性污泥法的重大改進工藝，它具有推流式和完全混合式曝氣池的雙重優點，采用低負荷、高泥齡的運行參數和特有的曝氣設備——曝氣轉刷。氧化溝具有處理效率高、耐沖擊負荷能力強、運行穩定可靠、剩余污泥少、曝氣系統簡單、運行非常方便、可自動控制等優點，但其能耗較大。淮南礦區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的生物膜法，兼具兩者的優點。生物接觸氧化系統的主體作用物質是附著在填料上的生物膜，當污水在其表面流動時，有機污染物由流動水層傳遞給附著水層，然后進入生物膜內部并通過細菌的代謝活動而被降解，污水得以凈化。生物膜老化后從填料上脫落下來，形成污泥排出。這種方法具有機負荷高、處理時間短、占地面積小、生物濃度高、污泥產量低、動力消耗低、微生物容易馴化培養、可以間歇運行、自動控制要求低、操作管理方便、不存在污泥膨脹問題等優點。淮南礦區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、好氧三種不同環境條件和不同種類的微生物菌群有機配合，能去除有機物，實現脫氮除磷功能。污水首先進入厭氧池，與池內的回流污泥混合。厭氧池內含兼性厭氧菌，其將污水中易生物降解的大分子有機物分解為小分子的揮發性脂肪酸。污水自厭氧池流出后，進入缺氧池，在缺氧池中，反硝化細菌將硝態氮還原為氮氣從水中去除，實現脫氮。隨后，污水進入好氧池，好氧池中硝化細菌將水中的氨氮分解為硝態氮，通過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存于細胞內，最終形成剩余污泥，通過排放剩余污泥的方式除磷。我國市政污水處理工藝中，A/O（占比53%）工藝已超過氧化溝等，成為首選工藝。

3 工程設計案例

3.1 設計水量水質

西卓煤礦生活污水處理站設計規模為960 m/d，設計進水水質如表1所示。主要指標有pH、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、氨氮（NH-N）、總磷（TP）和懸浮物（SS）。污水經處理后達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（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準》（DB 61/224—2018）的要求，作為綠化用水回用。

表1 設計進水水質

3.2 工藝流程

西卓煤礦生活污水處理站采用“預處理+生化處理+深度處理”的污水處理路線，如圖1所示。生活污水首先進入格柵池，經機械格柵去除較大的懸浮物和漂浮物等固體雜物，然后經提升泵提升進入調節池，均衡水質、調節水量，調節池內的污水經提升泵提升進入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，硝化菌通過生物硝化作用，將污泥中的氨氮及有機氮氨化成的氨氮轉化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化菌通過生物反硝化作用，將內回流帶入的硝酸鹽轉化成氮氣逸入大氣中，從而達到脫氮目的；在厭氧段，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物，而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通過剩余污泥的排放將磷除去。通過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。

二沉池的出水進入混凝沉淀池，在此投加混凝劑，使水中細小懸浮顆粒進一步混凝沉淀，達到凈化水質的目的。混凝沉淀池出水自流進入轉盤過濾器，濾料截留水中更細小的顆粒，使水進一步凈化。轉盤過濾器出水進入清水池，經次氯酸鈉消毒后即可達標回用。

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

3.3 主要構筑物及設備

格柵集水池尺寸為6.0 m×3.0 m×6.0 m（長×寬×高），安裝有機械格柵。調節池可以調節水質和水量，尺寸為10.0 m×7.5 m×5.5 m（長×寬×高），有效容積為375 m，池內安裝攪拌機及提升泵。

生化處理工藝采用厭氧池、缺氧池及好氧池連建方式，三者也可以調節水質和水量。厭氧池尺寸為5.0 m×2.5 m×5.5 m（長×寬×高），有效容積為62.5 m，池內安裝攪拌機。缺氧池尺寸為5.0 m×2.5 m×5.5 m（長×寬×高），有效容積為62.5 m，池內安裝攪拌機。好氧池尺寸為5.0 m×6.5 m×5.5 m（長×寬×高），有效容積為162.5 m，池內安裝曝氣裝置，混合液回流泵將池內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×寬×高）。好氧池出水沉淀后，上清液進入深度處理系統，部分剩余污泥回流至厭氧池。從混凝沉淀池來看，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×寬×高），通過投加混絮凝劑去除水中剩余的懸浮物。

過濾間采用框架結構，尺寸為6.0 m×5.0 m×4.5 m（長×寬×高），內部安裝1 套轉盤過濾器。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×寬×高），有效容積為96 m。脫泥間采用剩余污泥處理系統，尺寸為6.0 m×6.0 m×4.5 m（長×寬×高），房內安裝污泥調料罐、疊螺式污泥脫水機1 套。加藥間尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m（長× 寬× 高），房內安裝PAC、PAM 加藥設備以及碳源投加設備等。消毒間尺寸為6.0 m×4.0 m×4.5 m（長×寬×高），房內安裝消毒劑溶藥及投加設備。

4 結語

煤礦生活污水經處理后回用于煤礦生產生活，可以減少新鮮水的取用，同時減少外排環境污染。該工程取得了良好的環境效益和社會效益，對黃河流域高質量發展也有積極的促進作用。