煤礦污水處理廠設(shè)計(jì)探討

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為了加強(qiáng)煤礦污水治理，保護(hù)水環(huán)境，新建礦井非常重視環(huán)保建設(shè)，并投入了大量的資金。設(shè)計(jì)部門也對生活污水處理進(jìn)行了多工藝、多方案比較與探索。針對目前煤礦污水處理中有關(guān)建設(shè)規(guī)模和工藝技術(shù)談一些個人的看法。

　　1合理確定建設(shè)規(guī)模

　　對一個礦井來說，需根據(jù)礦井總體規(guī)劃和排水規(guī)劃，分期分批地建設(shè)污水管網(wǎng)和污水處理廠，要根據(jù)水環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，分期實(shí)施，逐步到位。

　?。?）目前部分煤礦工業(yè)場地和居住區(qū)各建一座污水處理廠，兩處征地，重復(fù)建設(shè)，投資增加，運(yùn)行能耗高，管理費(fèi)用高，技術(shù)力量分散，噸水處理成本高。一般來說，礦井工業(yè)場地和居住區(qū)相距不是很遠(yuǎn)，合建一座一定規(guī)模的污水處理廠更合理，考慮從居住區(qū)向工業(yè)場地排水，管道埋設(shè)太深，可在中間設(shè)置污水提升泵站，或者在工業(yè)場地與居住區(qū)中間地段征地建設(shè)污水處理廠。采取合建方式，不但可節(jié)省投資，且可大大降低運(yùn)行成本。

　?。?）目前許多新建礦井設(shè)計(jì)中根據(jù)規(guī)范及全員效率，勞動定員數(shù)量較少，而實(shí)際建成后煤礦招聘大量的勞務(wù)人員，以及隨著煤礦的發(fā)展，涌進(jìn)大批的外來人員，使得煤礦的用水量增加，污水量也隨之增大。因此，對于新建煤礦污水處理廠的設(shè)計(jì)，在建設(shè)規(guī)模時應(yīng)考慮予留系數(shù)。

　?。?）由于煤礦污水水質(zhì)水量變化較大，合理地確定設(shè)計(jì)的污水水量和污水水質(zhì)，直接涉及工程的投資、運(yùn)行費(fèi)用和費(fèi)用效益。生產(chǎn)污水與生活污水通盤考慮，不使留余地過大，避免增加投資、使設(shè)備閑置或低效運(yùn)行。

　　2煤礦污水處理設(shè)計(jì)常用流程

　　一般來說，不同煤礦對出水的要求差異較大，應(yīng)根據(jù)我國環(huán)保部門的要求確定處理程度，以確保出水水質(zhì)。由于生活污水中的氮和磷對水體有富營養(yǎng)化的影響，污水處理要求有脫氮除磷的效果。

　　煤礦污水水質(zhì)與一般城市污水性質(zhì)類似，但不同于城市污水（城市污水中常包括部分工業(yè)廢水）。其特征可概括為：水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度偏低，污水可生化性好，處理難度小。

　　煤礦污水處理廠設(shè)計(jì)時在80年代采用活性污泥法處理工藝的較多，由于污水中有機(jī)物含量太低，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中微生物得不到最低限度的營養(yǎng)物質(zhì)，形不成活性污泥，運(yùn)轉(zhuǎn)不起來。氧化溝污水處理工藝，也存在同樣的問題，回流活性污泥回流不起來，致使原氧化溝系統(tǒng)變成了附加曝氣的帶狀平流沉淀池，達(dá)不到要求的處理目標(biāo)。

　　90年代許多礦井采用二級生物接觸氧化法處理煤礦生活污水，效果很好。此工藝的特點(diǎn)是能適應(yīng)礦區(qū)低濃度、變化大的污水，同時投資省，操作維護(hù)也比活性污泥法簡單，但該法對脫氮除磷效果較差。

　　90年代以來污水生物處理新工藝、新技術(shù)的研究開發(fā)應(yīng)用取得了很大成就，許多新工藝應(yīng)運(yùn)而生，這些新工藝的共同特點(diǎn)是：高效、穩(wěn)定、節(jié)能，并具有脫氮除磷等多功能。較典型的工藝有：

　?。?）A₂/O工藝該工藝是厭氧，缺氧，好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，是70年代由美國專家在厭氧-好氧除磷工藝（A/O）的基礎(chǔ)上開發(fā)的。

　?。?）SBR工藝序列間歇式活性污泥法的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。SBR實(shí)際上是出現(xiàn)最早的活性污泥法，70年代出現(xiàn)于美國，經(jīng)過20年的研究開發(fā)革新，將可變?nèi)莘e活性污泥法過程和生物選擇器原理進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，成為改良型的SBR工藝。

　?。?）BAF工藝即曝氣生物濾池工藝，是90年代初開發(fā)的新型微生物附著型污水處理技術(shù)，能同時完成生物處理與固液分離，通過調(diào)整濾池結(jié)構(gòu)形式而成為具有脫氮除磷功能的組合工藝。

　　3BAF工藝處理煤礦污水

　　3.1工藝流程

　　曝氣生物濾池是最先在歐美發(fā)展起來的在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家廣為流行，近些年來在我國已有數(shù)十家污水處理廠應(yīng)用。如大連、慈溪、新會、楊凌，在山西的煤礦生活污水處理中也有應(yīng)用。

　　該技術(shù)綜合了過濾、吸附和生物代謝等多種凈化作用。污水從濾池底部進(jìn)入濾料層，濾料層下部設(shè)有供氧的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，氣水為同向流。在濾池中，有機(jī)物被微生物氧化分解，NH₃-N被氧化成NO₃-N；另外，由于在堆積的濾料層內(nèi)和微生物膜的內(nèi)部存在厭氧/缺氧環(huán)境，在硝化的同時實(shí)現(xiàn)部分反硝化，從濾池上部的出水可直接排出系統(tǒng)。

　　3.2工藝特點(diǎn)

　　BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統(tǒng)活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）具有較高的生物濃度和較高的有機(jī)負(fù)荷。曝氣生物濾池采用粗糙多孔的球狀濾料，為微生物提供了較佳的生長環(huán)境，易于掛膜及穩(wěn)定運(yùn)行，可在濾料表面和濾料間保持較多的生物量，單位體積內(nèi)微生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性污泥法中的微生物量（可達(dá)10～15g/l），高濃度的微生物量使得BAF的容積負(fù)荷增大，減少了池容積和占地面積，使基建費(fèi)用大大

降低。

　?。?）工藝簡單、出水水質(zhì)好。由于濾料的機(jī)械截留作用以及濾料表面的微生物和代謝中產(chǎn)生的粘性物質(zhì)形成的吸附作用，使得出水的SS很低，一般不超過15mg/l。因進(jìn)行周期性的反沖洗，生物膜得以有效更新，表現(xiàn)為生物膜較薄，活性較高。有時即使生物處理發(fā)生故障，在短期內(nèi)其物理作用機(jī)理仍可保證高質(zhì)量的出水。BAF的處理出水不但可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，同時可用于回用。

　?。?）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。由于整個濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷的變化不象傳統(tǒng)活性污泥那么敏感，同時無污泥膨脹問題。

　?。?）氧的傳輸效率高。曝氣生物濾池中氧的利用率可達(dá)20%-30%，曝氣量明顯低于一般生物處理。其主要原因是：

　　1因?yàn)V料粒徑小，氣泡在上升過程中不斷被切割成小氣泡，加大了氣液接觸面積，提高了氧的利用率；

　　2氣泡在上升過程中，由于濾料的阻擋和分割作用，使氣泡必須經(jīng)過濾料的縫隙，延長了其停留時間，同樣有利于氧的傳質(zhì)；

　　3理論研究表明，BAF中氧氣可直接滲入生物膜，因而加快了氧氣的傳輸速度，減少了供氧量。

　?。?）易掛膜、啟動快。BAF調(diào)試時間短，一般只需7～12天，而且不需接種污泥，采用自然掛膜馴化。由于微生物生長在粗糙多孔的濾料表面，微生物不易流失，使其運(yùn)行管理簡單。BAF在短時間內(nèi)不使用的情況下可關(guān)閉運(yùn)行，一旦通水并曝氣，可在很短時間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，這一特點(diǎn)說明曝氣生物濾池非常適合一些水量變化大的地區(qū)的污水處理。

　?。?）菌群結(jié)構(gòu)合理。傳統(tǒng)活性污泥法中，微生物分布相對均勻，而在BAF中從上到下形成了不同的優(yōu)勢菌種，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一個池子中發(fā)生。

　?。?）自動化程度高。由于相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的自動化設(shè)備如液位傳感器、在線溶氧測定儀、定時器、變頻器及微電腦等產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得曝氣生物濾池系統(tǒng)運(yùn)行管理自動化得以順利實(shí)現(xiàn)。

　　曝氣生物濾池系統(tǒng)可以對進(jìn)水水質(zhì)、水量以及污水中溶解氧濃度進(jìn)行在線檢測，并通過PLC控制系統(tǒng)方便地調(diào)整曝氣時間的長短，控制風(fēng)機(jī)的供氧量，做到優(yōu)化運(yùn)行，PLC系統(tǒng)對濾池進(jìn)行自動反沖洗。

　　（8）脫氮效果好。通過不同功能的濾池組合或同一濾池中的不同功能區(qū)分布，使濾池在除碳的同時可進(jìn)行硝化和反硝化。其原理是通過對兩組濾池或同一座濾池內(nèi)分別人為地造成好氧、兼氧的生物環(huán)境，不僅能去除一般有機(jī)物和懸浮固體，而且具有較好脫氮功能。

　　在一級濾池（C/N池）和二級濾池（N池）中的曝氣階段需要不斷調(diào)節(jié)溶解氧水平，使溶解氧達(dá)到較高水平（約2～3mgO₂/l），而在DN池中使溶解氧達(dá)到較低水平（約0.2～0.5mgO₂/）。

　　BAF工藝的缺點(diǎn)是需要定期反沖洗：

　　隨著過濾的進(jìn)行，濾料表面新產(chǎn)生的生物量越來越多，截留的SS不斷增加，在開始階段濾池水頭損失增加緩慢，當(dāng)固體物質(zhì)積累達(dá)到一定程度，使水頭損失達(dá)到極限水頭損失或?qū)е耂S發(fā)生穿透，此時就必須對濾池進(jìn)行反沖洗，以除去濾床內(nèi)過量的微生物膜及SS，恢復(fù)其處理能力。

　　4BAF工藝的出水回用

　　眾所周知，水資源緊缺已經(jīng)成為世界性問題。我國也同樣面臨水資源短缺的現(xiàn)實(shí)。污水再生利用是提高水資源綜合利用率、緩解水資源短缺矛盾、減輕水體污染、實(shí)現(xiàn)有限水資源的可持續(xù)利用的有效途徑之一。煤礦污水經(jīng)過處理消毒后，可用于綠化、沖洗、工業(yè)用水。采用BAF工藝處理煤礦污水，出水水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于一般傳統(tǒng)生物處理工藝，其出水消毒處理后，就可以作為中水回用。

　　5結(jié)論

　　曝氣生物濾池工藝具有體積小、占地省、效率高、出水水質(zhì)好、流程簡單、操作管理方便等特點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)中央集中控制和現(xiàn)場手動自動控制，經(jīng)過多個工程實(shí)際應(yīng)用，日趨已經(jīng)成熟，其出水經(jīng)消毒處理后可以達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解，目前我國每處理，1m³污水直接投資在1000元左右，而采用BAF工藝處理則可控制在500元左右，且能節(jié)省近4/5的占地面積。煤礦污水水質(zhì)水量變化較大，污染物濃度偏低，污水可生化性好，BAF工藝比較適用。