煤矿生活污水处理技术工程应用

2022-10-13赵龙刚

中国资源综合利用 2022年9期

赵龙刚

（陕西陕煤澄合矿业有限公司西卓煤矿，陕西渭南 715300）

贫油、少气、相对富煤是我国基本国情，我国三大化石能源储量中，煤炭占94%以上，石油和天然气仅占6%左右，这种能源资源禀赋条件决定了我国煤炭作为主体能源的地位短时间内不会改变。生活污水是煤矿污废水的主要构成之一，据2015年不完全统计，我国当年煤矿矿区生活污水排放量超过8亿m。污水的资源化利用是解决煤矿区严重缺水与污水外排污染地表环境两难问题的唯一途径。随着环保政策的日益严峻，研究和开发先进、高效及经济的生活污水资源化处理技术具有十分重要的意义。

1 煤矿生活污水特点

煤矿生活污水主要有职工洗浴排水、生活区排水、办公区冲厕排水等。目前，西卓煤矿生活污水受到煤矿生产规模、地理位置及环保政策等因素影响，具有显著的行业特点。

1.1 水量波动较大

煤矿生活污水排放量较小，并且工作人员洗浴及办公废水占据55%以上的比例，此部分水排放时间约在2 h 内完成。因此，水量波动较大。

1.2 水质波动较大

煤矿生活污水中，有机物浓度低、悬浮物浓度高的洗浴排水与职工生活排水水质相差较大，且交错排放，导致水质波动较大。与市政污水相比，煤矿生活污水有机物浓度较低，以煤粉为主的悬浮物浓度较高，氨氮及磷浓度偏高。

2 煤矿生活污水处理工艺概述

煤矿生活污水处理中应用较多的有氧化沟、生物接触氧化及厌氧-缺氧-好氧（A/O）工艺。

2.1 氧化沟

氧化沟是传统活性污泥法的重大改进工艺，它具有推流式和完全混合式曝气池的双重优点，采用低负荷、高泥龄的运行参数和特有的曝气设备——曝气转刷。氧化沟具有处理效率高、耐冲击负荷能力强、运行稳定可靠、剩余污泥少、曝气系统简单、运行非常方便、可自动控制等优点，但其能耗较大。淮南矿区潘一矿采用氧化沟处理生活污水，但相比同步生物氧化池（SBOT），出水指标整体较差。

2.2 生物接触氧化

生物接触氧化是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具两者的优点。生物接触氧化系统的主体作用物质是附着在填料上的生物膜，当污水在其表面流动时，有机污染物由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜内部并通过细菌的代谢活动而被降解，污水得以净化。生物膜老化后从填料上脱落下来，形成污泥排出。这种方法具有机负荷高、处理时间短、占地面积小、生物浓度高、污泥产量低、动力消耗低、微生物容易驯化培养、可以间歇运行、自动控制要求低、操作管理方便、不存在污泥膨胀问题等优点。淮南矿区顾北矿采用该工艺处理生活污水，但相比同步生物氧化池（SBOT），出水指标整体也较差。

2.3 A2/O

A/O 工艺是将厌氧、缺氧、好氧三种不同环境条件和不同种类的微生物菌群有机配合，能去除有机物，实现脱氮除磷功能。污水首先进入厌氧池，与池内的回流污泥混合。厌氧池内含兼性厌氧菌，其将污水中易生物降解的大分子有机物分解为小分子的挥发性脂肪酸。污水自厌氧池流出后，进入缺氧池，在缺氧池中，反硝化细菌将硝态氮还原为氮气从水中去除，实现脱氮。随后，污水进入好氧池，好氧池中硝化细菌将水中的氨氮分解为硝态氮，通过上清液回流至缺氧池。聚磷菌体在好氧池将污水中磷吸收并储存于细胞内，最终形成剩余污泥，通过排放剩余污泥的方式除磷。我国市政污水处理工艺中，A/O（占比53%）工艺已超过氧化沟等，成为首选工艺。

3 工程设计案例

3.1 设计水量水质

西卓煤矿生活污水处理站设计规模为960 m/d，设计进水水质如表1所示。主要指标有pH、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、氨氮（NH-N）、总磷（TP）和悬浮物（SS）。污水经处理后达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2020）的城市绿化要求及《陕西省黄河流域污水综合排放标准》（DB 61/224—2018）的要求，作为绿化用水回用。

表1 设计进水水质

3.2 工艺流程

西卓煤矿生活污水处理站采用“预处理+生化处理+深度处理”的污水处理路线，如图1所示。生活污水首先进入格栅池，经机械格栅去除较大的悬浮物和漂浮物等固体杂物，然后经提升泵提升进入调节池，均衡水质、调节水量，调节池内的污水经提升泵提升进入A/O 生化处理单元。A/O 生化处理后，出水流入二沉池。本工艺配有混合液回流泵、污泥回流泵和污泥泵，需要投加化学药剂，即聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）。

图1 工艺流程

A/O 生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成。在好氧段，硝化菌通过生物硝化作用，将污泥中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化菌通过生物反硝化作用，将内回流带入的硝酸盐转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物，而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放将磷除去。通过A/O 生化处理，BOD、SS 和以各种形式存在的氮和磷将被去除。好氧池主要作用为聚磷菌的吸磷及氨氮的氧化。

二沉池的出水进入混凝沉淀池，在此投加混凝剂，使水中细小悬浮颗粒进一步混凝沉淀，达到净化水质的目的。混凝沉淀池出水自流进入转盘过滤器，滤料截留水中更细小的颗粒，使水进一步净化。转盘过滤器出水进入清水池，经次氯酸钠消毒后即可达标回用。

本工艺有一处排渣、两处排泥。机械格栅的栅渣外运处置。A/O 生化处理单元的剩余污泥经沉淀池沉淀后与混凝沉淀池污泥一同排入污泥调理罐，加入药剂，调理后由污泥泵泵入叠螺式污泥脱水机，脱水后的污泥按要求处置。

3.3 主要构筑物及设备

格栅集水池尺寸为6.0 m×3.0 m×6.0 m（长×宽×高），安装有机械格栅。调节池可以调节水质和水量，尺寸为10.0 m×7.5 m×5.5 m（长×宽×高），有效容积为375 m，池内安装搅拌机及提升泵。

生化处理工艺采用厌氧池、缺氧池及好氧池连建方式，三者也可以调节水质和水量。厌氧池尺寸为5.0 m×2.5 m×5.5 m（长×宽×高），有效容积为62.5 m，池内安装搅拌机。缺氧池尺寸为5.0 m×2.5 m×5.5 m（长×宽×高），有效容积为62.5 m，池内安装搅拌机。好氧池尺寸为5.0 m×6.5 m×5.5 m（长×宽×高），有效容积为162.5 m，池内安装曝气装置，混合液回流泵将池内上清液输送至缺氧池

二沉池尺寸为5.0 m×5.0 m×6.0 m（长×宽×高）。好氧池出水沉淀后，上清液进入深度处理系统，部分剩余污泥回流至厌氧池。从混凝沉淀池来看，深度处理工艺选用斜管沉淀池，尺寸为10.0 m×3.0 m×6.0 m（长×宽×高），通过投加混絮凝剂去除水中剩余的悬浮物。

过滤间采用框架结构，尺寸为6.0 m×5.0 m×4.5 m（长×宽×高），内部安装1 套转盘过滤器。清水池兼有消毒及回用水收集作用，尺寸为6.0 m×4.0 m×4.5 m（长×宽×高），有效容积为96 m。脱泥间采用剩余污泥处理系统，尺寸为6.0 m×6.0 m×4.5 m（长×宽×高），房内安装污泥调料罐、叠螺式污泥脱水机1 套。加药间尺寸为6.0 m×4.0 m×4.5 m（长× 宽× 高），房内安装PAC、PAM 加药设备以及碳源投加设备等。消毒间尺寸为6.0 m×4.0 m×4.5 m（长×宽×高），房内安装消毒剂溶药及投加设备。