煤礦生活污水主要來自礦工生活區(qū)、職工食堂、浴室、單身宿舍及辦公場(chǎng)所排水等，且職工洗浴污水占相當(dāng)大比重(約70%～80%)，其具有機(jī)污染物濃度低、水質(zhì)水量變化較大、可生化條件較差的水質(zhì)特點(diǎn)。某煤礦位于山西省朔州市北部13km處的陶村，生活污水產(chǎn)生量約400m3/d，主要為辦公樓、食堂和洗浴等產(chǎn)生的污水，具有煤礦生活污水水質(zhì)的一般性特點(diǎn)。隨著環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，該礦生活污水需處理后全部回用(不得外排)，原有生活污水處理設(shè)施已不能滿足回用對(duì)其出水水質(zhì)要求，因此需對(duì)其升級(jí)改造并提高出水水質(zhì)。

　　1、生活污水處理站現(xiàn)狀

　　1.1 原有工藝流程

　　原有生活污水處理站設(shè)計(jì)處理能力為480m3/d，采用10mm機(jī)械格柵+調(diào)節(jié)池+初沉池+好氧池+二沉池+二氧化氯消毒的處理工藝，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。原有生活污水處理工藝流程見圖1。

　　1.2 存在的問題

　　原有生活污水處理站存在的主要問題：

　　①初沉池、好氧池、二沉池、消毒池為地埋式一體化污水處理設(shè)備，已使用近10年，設(shè)備主體結(jié)構(gòu)破損，滲漏嚴(yán)重，接近報(bào)廢;

　?、诶名}酸和氯酸鈉化學(xué)反應(yīng)生成的二氧化氯進(jìn)行消毒，由于鹽酸屬于嚴(yán)格管控物資，不易購買，原有消毒設(shè)施沒有運(yùn)行;

　?、壅{(diào)節(jié)池有效調(diào)節(jié)容積為80m3，偏小，不能滿足礦工集中洗浴排水時(shí)的水量調(diào)節(jié)需求;

　?、苌钗鬯幚砗蟠蟛糠滞馀牛环仙钗鬯畱?yīng)全部回用不外排的環(huán)保要求;

　?、莞鶕?jù)用水需求，礦方規(guī)劃將生活污水處理后回用于沖廁、綠化、選煤廠生產(chǎn)用水及地面灑水，現(xiàn)有處理工藝的出水水質(zhì)不能滿足回用水質(zhì)要求以及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918―2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，故需提標(biāo)改造。

　　2、設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

　　生活污水處理站升級(jí)改造規(guī)模為480m3/d。通過對(duì)現(xiàn)有生活污水處理站進(jìn)水水質(zhì)化驗(yàn)分析，并參照同類煤礦生活污水水質(zhì)資料以確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)(見表1);生活污水經(jīng)處理后回用于沖廁、綠化、選煤廠生產(chǎn)用水及地面灑水等，不外排。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中道路清掃、綠化、沖廁、洗車用水水質(zhì)要求的最高指標(biāo)。

　　3、處理工藝選擇

　　采用AO生物膜+MBR+活性炭過濾作為該生活污水升級(jí)改造項(xiàng)目的處理工藝，工藝流程見圖2。

　　①調(diào)節(jié)池

　　由于該煤礦生活污水80%左右為洗浴排水，洗浴排水具有集中性、間歇性、水量大的特點(diǎn)，為了調(diào)節(jié)水量水質(zhì)和合理設(shè)計(jì)水處理設(shè)施規(guī)模，保證水處理構(gòu)筑物運(yùn)行的連續(xù)性、穩(wěn)定性，需增加調(diào)節(jié)池的有效調(diào)節(jié)容積。

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　　AO生物膜兼有生物膜法和活性污泥法二者之長，其是在活性污泥工藝的反應(yīng)池裝設(shè)組合填料，反應(yīng)池內(nèi)的生物量由懸浮態(tài)污泥和附著態(tài)生物膜組成，大幅提高了反應(yīng)池內(nèi)生物量，有利于生長緩慢的硝化菌的生長聚集，增加了系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷能力和除污效率，減少污泥產(chǎn)量，不產(chǎn)生污泥膨脹，較適用于現(xiàn)有污水廠的提標(biāo)改造。AO生物膜工藝同時(shí)具有缺氧段、好氧段微生物相互獨(dú)立，各自始終處于最佳生態(tài)環(huán)境中，不受厭氧、好氧環(huán)境交替的抑制作用，缺氧段污水中的有機(jī)物可直接作為碳源被反硝化細(xì)菌利用，達(dá)到同步去除COD和脫氮目的。另外，采用組合填料作為生化反應(yīng)池內(nèi)微生物生長載體，由于組合填料比表面積較大，反應(yīng)池中大量生物體附著在填料上，而懸浮在池內(nèi)的生物量并不很高，工藝脫碳、硝化效果好，硝化段的出水SS較低，可不設(shè)污泥回流。膜生物反應(yīng)器(MBR)的過濾作用使微生物完全被截留在反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和污泥齡的徹底分離，系統(tǒng)污泥濃度是傳統(tǒng)活性污泥法的2～3倍，使生物反應(yīng)器保持較高硝化能力和污染物去除效率，對(duì)強(qiáng)化和穩(wěn)定出水水質(zhì)有重要作用，同時(shí)大大減小了生化池的池容;MBR膜池取代傳統(tǒng)二沉淀，縮短了處理流程，減少了土建工程量和投資。因此AO生物膜一MBR工藝具有有機(jī)負(fù)荷率高、處理效率高、出水水質(zhì)好、反應(yīng)器容積小、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步研究表明，低溫、低碳源是影響煤礦污水處理脫氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素，對(duì)于AO生物膜一MBR工藝可以保證如硝化菌等生長緩慢的微生物在系統(tǒng)中截留、富集，強(qiáng)化系統(tǒng)脫氮效果，同時(shí)具有污泥產(chǎn)量少、污泥顆粒較大、易于泥水分離、污泥處理費(fèi)用相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，結(jié)合該項(xiàng)目進(jìn)、出水水質(zhì)特點(diǎn)和改造用地面積緊張的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用AO―MBR作為本項(xiàng)目生化處理工藝。

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　　活性炭作為一種多孔物質(zhì)，比表面積大，能夠迅速吸附前級(jí)水處理設(shè)施泄漏出來的小分子有機(jī)物等污染性物質(zhì)，對(duì)水中異味、膠體及色素、重金屬離子等有較明顯的吸附去除作用，同時(shí)還可去除溶解性COD。另外，活性炭表面通常有各種高低不同的凸起，可為微生物提供適宜的附著點(diǎn)，長時(shí)間運(yùn)行后活性炭表面會(huì)附著微生物，以生物活性炭的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的深度處理。研究表明，單純活性炭吸附工藝可降低生化出水的COD，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。

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　　紫外線消毒屬于純物理消毒方法，具有簡單便捷、廣譜高效、無二次污染、便于管理和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，常用于生活飲用水消毒，但其不具有持續(xù)消毒能力。次氯酸鈉是一種高效、廣譜、安全的強(qiáng)力滅菌消毒藥劑，它與水親和性好，能與水以任意比互溶，易購置儲(chǔ)存，操作安全方便，可在各種環(huán)境及工作狀況下投加，可替代二氧化氯作為小規(guī)模煤礦生活污水處理的消毒藥劑。本項(xiàng)目出水回用于沖廁、綠化、選煤廠生產(chǎn)用水及地面灑水等，采用紫外線和次氯酸鈉兩級(jí)消毒以保障消毒效果和持續(xù)消毒能力。

　　⑤污泥處置

　　剩余污泥排至剩余污泥池。由于本項(xiàng)目產(chǎn)生的剩余污泥較少，設(shè)計(jì)將剩余污泥運(yùn)至礦井水處理站，依托礦井水污泥處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行脫水處置。

　　4、主要建(構(gòu))筑物改造設(shè)計(jì)

　　4.1 調(diào)節(jié)池

　　利用原調(diào)節(jié)池及原有10mm機(jī)械格柵，新建1座有效調(diào)節(jié)容積為220m的全地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)池，與原調(diào)節(jié)池串聯(lián)使用，改造后調(diào)節(jié)池總有效調(diào)節(jié)時(shí)問為15h。在新建調(diào)節(jié)池設(shè)1臺(tái)4kW潛水?dāng)嚢杵饕苑乐箂s沉降;設(shè)2臺(tái)潛污泵(Q=20m3/h，H=100kPa，N=2.2kW，1用1備)提升污水后依次進(jìn)入毛發(fā)聚集器和生化處理系統(tǒng)。毛發(fā)聚集器完成對(duì)粒徑>1mm顆粒物的去除，對(duì)MBR膜起到保護(hù)作用。

　　4.2 組合池

　　設(shè)組合池1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括：缺氧池、好氧池、MBR膜池、中間水池、污泥池、離線化學(xué)清洗池、泵坑。

　　①缺氧池。

　　有效容積為80m，HRT=4h，反硝化容積負(fù)荷為0.36kgNO_x^-一N/(m3填料?d)，缺氧池懸掛纖維束組合填料，填充率為50%。纖維束組合填料具有比表面積較大、阻力小，布水、布?xì)庑阅芎?，易掛膜和流化、不易阻塞、使用壽命長等特點(diǎn)。。。缺氧池內(nèi)設(shè)1臺(tái)2.2kW潛水?dāng)嚢杵饔糜谖鬯旌稀?/p>

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　　有效容積為144m3，HRT=7.2h，好氧池組合填料填充率為60%，BOD容積負(fù)荷0.50kg/(m3填料?d)。在填料下方設(shè)DN65微孔曝氣軟管曝氣，充氧能力為0.147kg/(m?h)，氧利用率為15%，服務(wù)面積為0.5m2/m。運(yùn)行過程中生物膜受上升氣流攪動(dòng)，一方面可為生物膜曝氣供氧，另一方面可控制生物膜再生。根據(jù)微生物生長情況，可通過變頻措施調(diào)節(jié)曝氣量大小，控制生物膜更新速度，使其保持較高活性。曝氣風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，Q=3.46m3/min，P=49kPa，N=7.5kW，變頻控制。

　　③MBR池。

　　尺寸為3.5m×4.2m×4.5m，HRT=3h，設(shè)2組膜組器，每個(gè)膜組器選用40簾截留孔徑為0.03m中空纖維膜，單簾有效膜面積為20m，設(shè)計(jì)產(chǎn)水通量為12.5L/(m2?h)。膜吹掃風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，Q=6.05m3/min，P=49.0kPa，N=11kW(變頻)。

　?、躆BR膜離線清洗池。

　　1座，尺寸為1.8m×3.5m×3.0m;中間水池1座，尺寸為2.05m×3.075m×3.6m，主要收集MBR系統(tǒng)產(chǎn)水;污泥池1座，主要儲(chǔ)存剩余污泥，尺寸為2.05m×3.075m×3.6m;污泥池設(shè)排泥泵1臺(tái)。設(shè)泵坑1座，尺寸為2.9m×4.2m×3.0m，泵坑設(shè)MBR產(chǎn)反洗泵、硝化液回流泵、活性炭過濾提升泵。MBR產(chǎn)水泵和反洗泵共用，MBR出水進(jìn)入中間水池，反洗自中間水池取水。MBR產(chǎn)反洗泵2臺(tái)(1用1備)，Q=38.5m3/h，H=200kPa，N=3kW，采用恒流量變頻控制。MBR系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制運(yùn)行，程序設(shè)計(jì)抽8min、停2min自動(dòng)運(yùn)行，120個(gè)制水周期水反洗一次。過濾提升泵2臺(tái)(1用1備)，Q=21.6m3/h，H=220kPa，N=3kW，其自中間水池取水經(jīng)提升依次通過活性炭過濾和消毒后進(jìn)入回用水池。硝化液回流比為200%，設(shè)硝化液回流泵2臺(tái)(1用1備)，Q=40m3/h，H=100kPa，N2.2kW。硝化液回流泵兼作剩余污泥泵，當(dāng)系統(tǒng)剩余污泥較多時(shí)，可將剩余污泥排至污泥池。

　　4.3 MBR設(shè)備間

　　MBR設(shè)備間1座，平面尺寸為9.92m×7.3m，輕鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)MBR化學(xué)清洗裝置、化學(xué)加藥裝置、值班控制室、配電室。設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD5/TN=2.22，進(jìn)水BOD不能滿足脫氮需求，設(shè)乙酸鈉碳源投加裝置1套，可根據(jù)運(yùn)行需要調(diào)節(jié)乙酸鈉投加量。設(shè)化學(xué)除磷裝置1套，PAC(Al2O3，含量為27%)投加量為14mg/L。

　　4.4 原有生活污水處理車間

　　在原生活污水處理車間設(shè)曝氣風(fēng)機(jī)、膜吹掃風(fēng)機(jī)、機(jī)械格柵、紫外線消毒裝置、活性炭過濾器、次氯酸鈉消毒裝置。將原直徑為1.8m的石英砂過濾器改造為活性炭過濾器，濾速為7.86m/h，反沖洗水洗強(qiáng)度為10L/(m2?s)，顆?；钚蕴苛綖?.6～1.2mm，碘吸附值>1000mg/g，濾料厚度為1.8m。設(shè)1套管道式紫外線消毒器，處理水量為20m3/h;次氯酸鈉消毒裝置1套，次氯酸鈉投加量為4mg/L(以有效氯計(jì))。

　　4.5 回用水池

　　回用水池有效容積為300m3，設(shè)回用水泵2臺(tái)(1用1備)，Q=50m3/h，H=460kPa，N=11kW。活性炭過濾反洗水泵2臺(tái)(1用1備)，Q=90m3/h，H=200kPa，N=15kW。

　　5、運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)分析

　　該項(xiàng)目于2017年8月開工建設(shè)，2017年12月竣工，調(diào)試期進(jìn)水量為360m3/h，滿足設(shè)計(jì)進(jìn)水負(fù)荷要求，調(diào)試期正好處于北方寒冷冬季，但由于生活污水中洗浴水量較大，系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行期間在室外溫度為一30℃的條件下生化池沒有出現(xiàn)結(jié)冰情況;調(diào)試1個(gè)月后，組合填料上微生物掛膜良好，委托當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)連續(xù)5天對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，出水水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，具體如表2所示。

　　該工程總投資為340.4萬元，其中土建工程投資為143.7萬元，設(shè)備及其他投資為196.7萬元。運(yùn)行成本為1.19元/m3，其中燃料動(dòng)力費(fèi)為0.54元/m3，藥劑費(fèi)為0.11元/m3，工資福利費(fèi)為0.41元/m3(定員3人，每人工資及福利費(fèi)為24000元/a計(jì))，活性炭填料每年更換1次，更換費(fèi)用為0.13元/m3。

　　6、結(jié)論

　　采用AO生物膜+MBR+活性炭過濾作為朔州某煤礦生活污水改造項(xiàng)目的主體處理工藝，該工藝具有流程短、處理效率高、反應(yīng)器容積小、占地面積小的特點(diǎn)，出水水質(zhì)滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求。該改造工程的成功實(shí)施，可為類似小規(guī)模煤礦生活污水處理設(shè)計(jì)和生活污水資源化利用積累經(jīng)驗(yàn)和提供借鑒。(來源：煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院)