煤礦污水處理廠設(shè)計(jì)探討
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(duì)生活污水處理進(jìn)行了多工藝、多方案比較與探索。針對(duì)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(gè)人的看法。
1合理確定建設(shè)規(guī)模
對(duì)一個(gè)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。
?。?span lang="EN-US">1）目前部分煤礦工業(yè)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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。
?。?span lang="EN-US">2）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(dòng)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(duì)于新建煤礦污水處理廠的設(shè)計(jì)，在建設(shè)規(guī)模時(shí)應(yīng)考慮予留系數(shù)。
?。?span lang="EN-US">3）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(duì)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(duì)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(shí)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*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(jí)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(shí)投資省，操作維護(hù)也比活性污泥法簡單，但該法對(duì)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：
?。?span lang="EN-US">1）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。
（2）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)*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。
?。?span lang="EN-US">3）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(shí)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*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(huì)、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(shí)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)：
（1）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。
（2）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(shí)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(shí)可用于回用。
?。?span lang="EN-US">3）抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。由于整個(gè)濾池中分布著較高濃度的微生物，其對(duì)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(shí)無污泥膨脹問題。
?。?span lang="EN-US">4）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(shí)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。
（5）易掛膜、啟動(dòng)快。BAF調(diào)試時(shí)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(shí)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(shí)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。
?。?span lang="EN-US">6）菌群結(jié)構(gòu)合理。傳統(tǒng)活性污泥法中，微生物分布相對(duì)均勻，而在BAF中從上到下形成了不同的優(yōu)勢(shì)菌種，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一個(gè)池子中發(fā)生。
?。?span lang="EN-US">7）自動(dòng)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(dòng)化設(shè)備如液位傳感器、在線溶氧測(cè)定儀、定時(shí)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(dòng)化得以順利實(shí)現(xiàn)。
曝氣生物濾池系統(tǒng)可以對(duì)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(cè)，并通過 PLC 控制系統(tǒng)方便地調(diào)整曝氣時(shí)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(duì)濾池進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。
?。?span lang="EN-US">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(shí)可進(jìn)行硝化和反硝化。其原理是通過對(duì)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**濾池（C/N池）和二級(jí)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?span lang="EN-US">SS 發(fā)生穿透，此時(shí)就必須對(duì)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**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**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(chǎng)手動(dòng)自動(dòng)控制，經(jīng)過多個(gè)工程實(shí)際應(yīng)用，日趨已經(jīng)成熟，其出水經(jīng)**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。
作 者 簡 介
殷同偉，**工程師,1964年出生，女。1986年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)煤化工專業(yè)?，F(xiàn)任中煤國際工程集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院環(huán)保所所長，主要從事煤礦、電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)及煤礦礦井水、生活污水處理等環(huán)保工程設(shè)計(jì)。
