煤礦生活污水處理及利用案例分析

肖娟

摘要：蘆村二號煤礦地處水資源嚴重匱乏地區，煤礦用水十分突出，解決煤礦缺水問題的有效途徑除了考慮開發地下水源外，提高生活污水的重復利用率也是一個重要方面。本文以蘆村二號礦井生活污水處理利用工程實例為背景，論述了蘆村二號生活污水處理工藝及回用途徑，為其他類似礦井開展生活污水資源化利用提供借鑒。

關鍵詞：生活污水; 水處理; MBR工藝

1 前言

蘆村二號煤礦地處陜西省延安市。該市是一個水資源十分貧乏的地區，長期以來，干旱缺水一直是該市經濟社會發展的重要制約因素。因此，用水問題成為蘆村二號煤礦需要重點考慮的因素，除了從地下水源方面考慮外，如何減少生活污水外排量，提高生活污水的重復利用率，也是解決礦井用水問題的重要途徑。煤礦生活污水經處理檢測達標之后，可以廣泛的應用于生活、生產當中[1]，既減少了水污染，又增加了可利用的水資源量，具有明顯的環境效益和經濟效益。本文從蘆村二號生活污水處理利用工程實例出發，對其生活污水處理工藝、回用途徑進行了詳細論述，為其他類似礦井開展生活污水資源化利用提供借鑒。

2 生活污水概況

2.1 生活污水水質特征

蘆村二號礦井生活污水主要包括食堂、浴室、洗衣房、單身宿舍以及辦公樓等排放的生活污水，以及礦燈房等生產部門排放的少量生產廢水，主要污染物為CODcr、氨氮、BOD5、SS和總磷等。預測蘆村二號煤礦生活污水主要水質指標見表1。

2.2 生活污水回用途徑

蘆村二號煤礦礦井實際生活污水排放量約為388.3m3/d，考慮到隨著煤礦的發展，水量可能會增加，因此確定工業場地生活污水處理站的設計規模為600m3/d，日工作時間為24h。根據煤礦生產用水對水質水量的需求，考慮處理后的生活污水全部回用不外排。生活污水經處理后39 m3/d為污水處理站自用水量，120m3/d用于綠化澆灑用水，229.3m3/d用于選煤廠生產補充水。各用水項目的用水水質要求分述如下：

1）場地綠化澆灑用水水質需達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB/T18920-2020）的城市綠化和道路清掃標準，主要指標見表2;

2）選煤廠生產補充水應達到《煤炭洗選工程設計規范》（ GB50359-2016）中選煤用水的水質指標要求，主要指標見表3;

3 生活污水處理工藝

由蘆村二號煤礦生活污水的水質情況以及各回用途徑的回水的水質指標可以看出，生活污水處理的重點是水中的懸浮物（SS）、BOD5、氨氮、濁度、大腸埃希氏菌等。

3.1 生活污水處理工藝選擇

由于回用水水質要求較高，需采用一級處理+二級處理+深度處理的組合工藝才能達到出水水質要求。

一級處理主要為格柵、沉砂、沉淀等物理方法，主要作用是去除污水中大顆粒的污染物。

二級處理是污水處理工藝的核心部分，由于生活污水具有良好的可生化性，C、N、P的營養比例均衡，一般采用生物處理法。污水生物處理過程是指利用微生物的新陳代謝把污水中存在的各種溶解態或膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害化物質[2]。生物法包括活性污泥法，生物濾池兩大類，又以活性污泥法為主。活性污泥法有很多型式，即傳統活性污泥工藝，AB工藝及其變形工藝（SBR工藝 、A/O工藝 、A2/O工藝，氧化溝工藝）。AB法是在常規活性污泥和兩段活性污泥法基礎上發展起來的生物處理技術[3]，A段為高負荷的生物吸附區，B段為低負荷處理區。

深度處理的目的是進一步去除二級處理未能完全去除的有機污染物、SS、礦化物、色度、嗅味、病原微生物等。常用的比較成熟的深度處理單元技術包括介質過濾、膜處理、消毒等。

經過綜合分析蘆村二號煤礦生活污水處理站進水水質水量及需要達到的回用水水質，提出以下兩套方案：

方案一：格柵+A2O工藝+過濾+消毒

工藝耐沖擊負荷能力較強，相對成熟、積累運行經驗多、運行穩定;對有機物、氮、磷都有較高的去除效率;需設二沉池、中間水池及過濾器，且過濾器需定期反沖洗，流程及運行復雜，占地面積較大;污泥量較大;投資運行成本較低，適用于大型水處理站。

方案二：格柵+內置式MBR中水一體化設備+消毒

內置式MBR中水一體化設備是膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢水處理技術，把膜組件放到生物反應器中，在反應器中利用抽吸泵的功率運行，達到過濾液的效果[4]。膜組件前采用A2O生物工藝去除了大部分污染物，降低了膜污染程度，延延長了膜組件使用壽命。該工藝的主要特點是：由于膜的高效過濾作用，出水水質好;污泥濃度高，停留時間長，F/M值低，有機物降解徹底，剩余污泥產量少，減少了污泥處理系統的負擔;膜組件代替了二沉池和過濾器，也無需設中間水池，工藝流程簡單，易于操作和管理，占地面積小;在進水有機物含量不足時，可進行內源反硝化，保證脫氮效果和最終出水水質;實現了HRT與SRT的完全分離，膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，易于設計成自動控制系統，從而使管理簡單易行;更耐低溫，更適用于北方寒冷季節;膜材料價格相對較高，初期投資較大，且需要定期更換膜組件;為克服膜污染，需采用膜下曝氣的方式在膜的表面提供一定的錯流流速，造成運行能耗較高;膜組件運行一定時間后需進行清洗。該工藝在適用于中小規模污水生物處理。

由于蘆村二號煤礦生活污水量較小，且回用水水質要求較高，進行綜合考慮，本工程選擇方案二。雖然膜組件的投資成本較高，但也省去了很多基建費用。且由于方案二污泥量少，也同時減少了污泥系統的運行成本。膜組件采用市面上較為先進的新技術，達到低溶解氧，高污泥濃度，最大程度降低了動力消耗。設兩套MBR中水一體化設備并列運行，保證了膜清洗時不影響生活污水處理站的正常運行。

3.2 礦井生活污水處理工藝流程

蘆村二號煤礦生活污水處理工藝流程見圖1

生活污水流經格柵渠后格柵機將污水中的漂浮物攔截并去除，進入調節池，調節池中污水由污水提升泵提升至MBR中水一體化設備，并依次完成厭氧、缺氧、好氧、膜過濾過程。一體化污水處理設備出水一部分進入綠化水池，經消毒后由綠化變頻泵供至室外綠化管網用于綠化澆灑;一部分進入選煤廠補水水池，經消毒后由選煤廠補水泵輸送至選煤廠。一體化污水處理設備的剩余污泥則通過污泥回流泵排入污泥池，污泥池內污泥經泵輸送至板框壓濾機進行脫水處理后外運。

4 運行管理效益分析

4.1 運行管理

蘆村二號煤礦生活污水處理系統的運行實現了自動控制，自動停、啟設備，自動加藥、自動排泥的全過程監控。儀表檢測系統包括加藥流量、處理流量、水池液位和加藥箱液位進水和出水濁度等連續自動檢測。操作控制柜設有自動、手動二檔;巡視有異常情況時將系統處于手動檔，可直接在柜上操作。

4.2 效益分析

本次對水處理系統從設計理念，工藝流程，設備選用，平面布局等多個方面進行了優化，選用了符合國家政策的先進節能設備。生活污水達標處理后回用于選煤廠生產補充水、綠化澆灑用水，無外排，回用水量為349.3m3/d，每年可節約水資源約11.5萬m3，有效地保護了當地自然環境，具有可觀的經濟、環境、社會效益。

5 結論

生活污水既是一種污染源，也是一種水資源，特別是蘆村二號煤礦所處的缺水地區，處理并回收生活污水具有很好的經濟效益和環境效益，緩解了當地的用水壓力，減輕了環境負荷，對促進區域發展起到了積極作用。

參考文獻：

1.朱文麗. 試探煤礦生活污水處理與利用[J].山東：山東煤炭科技，2016.

2.王凱軍，賈立敏. 城市污水生物處理技術開發與應用[M].北京：化學工業出版社，2001.

3.Arsov R，Ribarova I，Nikolov N，et al.Two phase anaerobic technology for domestic wastewater treatment at ambient temperature [J].Water Science and Technology，1999，39（8）：115～122.

4.宋海嬌.MBR工藝在住宅小區中水回用中應用研究[J].臺州：資源節約與環保，2016.