礦區生活污水處理過程中多相泥膜耦合生物技術應用

賈海琴

（霍州煤電辛置煤礦環保節能中心，山西 霍州 031400）

0 引言

煤礦生活污水的排放標準逐步嚴格，部分地區要求污水處理出水水質達到地表水Ⅳ類標準，而現階段部分煤礦項目采用污水處理工藝以及配置的處理設施均難以滿足該污水處理排放要求，升級污水處理方案勢在必行[1]。多相泥膜耦合施工技術屬于礦區生活污水處理中的典型技術，基于此，有必要探討多相泥膜耦合生物技術的應用原理，根據試驗檢測結果考察技術的可行性，為礦區生活污水處理提供技術參考。

1 試驗材料的選取

試驗水樣取自某煤礦生活污水調節池，將一周內取樣檢測數據的平均值作為水樣的關鍵水質參數：COD=188.4 mg/L，pH 值為6.87，ρ（氨氮）=23.6 mg/L，ρ（總氮）=31.2 mg/L，ρ（總磷）=6.3 mg/L，微量元素營養液0.1%（微量元素體積分數）。

2 中試工藝流程

礦區生活污水由處理站內格柵井經泵打入中試處理系統，先進入調節池，再進行反硝化總氮脫除，出水流入高密度曝氣生物增濃池膜生物反應器，通過出水膜做過濾處理。

3 多相泥膜耦合生物技術應用

3.1 處理工藝

生物濾池、SBR、A/O 法等均是常用的煤礦生活污水處理方法，但此類方法難以保證污水處理水質符合地表水Ⅳ類水質標準，應用效果相對有限，因此亟需研究更具可行性的方法。現階段，多相泥膜耦合生物處理技術頗具代表性，處理裝置包含生物膜和膜生物反應器，融合A/O、MABFT、MBR 多種技術優勢，配合活性污泥法處理礦區生活污水，可有效去除廢水COD，并取得良好的脫氮除磷效果[2]。

試驗采用包含調節池、兼氧池、MABFT 池和MBR池的一體化處理裝置。調節池有效容積150 L，用于存儲生活污水；反硝化脫氮池有效容積120 L，經泵將調節池的污水打入兼氧池，由反硝化填料處理；MABFT池的有效容積為200 L，含有高密度生物載體填料及活性污泥，負責處理源自于兼氧池的泥水混合物；MBR 池的有效容積為120 L，核心處理裝置為MBR膜組件，由其處理來自于MABFT 池的污水。經過各反應池的依次處理后，最終排放達標的污水。

3.2 礦區污水試驗條件

進水水量為30 L/h，考慮10 d 的調試器和15 d的運行期，進行為期25 d 的礦物污水試驗，好氧池、兼氧池內溶解氧質量濃度分別為3～6 mg/L、0.5～1.5 mg/L，向兼氧池內補充100 mg/L 的葡萄糖，作為反硝化碳源；兼氧池和MABFT 池的回流量相同，污泥回流至兩池內；污水處理質量檢驗的樣品均取自反應池上清液，每日安排一次檢測，最終的水質測定結果取試驗過程中每日檢測結果的平均值。

3.3 現場中試試驗結果

3.3.1 COD 的去除

食堂清洗廢水和生活沖洗水屬于礦區生活污水的COD 主要來源渠道，污染物有兩條路徑：一是到達兼氧池內，作為碳源供反硝化菌進行脫氮；二是到達MABFT 池和MBR 池，供好氧菌的繁殖。不同反應池在不同試驗時間的COD 數值，如圖1 所示。

圖1 各反應池內COD 數值隨時間的變化

根據圖1 可知：污水COD 為150～220 mg/L，在污水處理全過程中，生化池COD 在調試期均有所降低，COD 經各反應池的處理后表現出逐步降低的變化趨勢，調試期結束后，平均出水COD 為22.3 mg/L，通過與原始狀態下的COD 進行對比可知其去除率達到88.5%。MABFT 池中微生物處理礦區生活污水后仍留有部分無法去除的污染物，隨著污水進入MBR池，在此反應池的膜過濾作用下可被深度去除，因此最終處理好的礦物生活污水的污染物含量大幅降低[3]。并且，兼氧段即可去除60%的COD，表明此反應池的反硝化效果良好。

3.3.2 氮污染物的去除

礦區生活污水中氨氮污染物的清理主要發生于好氧段，氧氣充足時，硝化菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，去除污染物。各反應池的污水氨氮質量濃度變化情況，如圖2 所示。

圖2 各反應池內氨氮質量濃度值隨時間的變化

根據圖2 可知：兼氧池中氨氮質量濃度為6～10 mg/L，與MBR 池污泥回流從而稀釋原水以及回流物中存在硝化菌有關，可在兼氧池內去除部分氨氮物質；經過MABFT 反應池的處理后，氨氮質量濃度進一步降低至1.0 mg/L，去除率超過95%，原因在于此反應池內的填料可富集微生物，因大量微生物參與至污水處理中，提高了氨氮的去除率。

在礦區生活污水處理末期測定各反應池內氨氮、硝態氮、亞硝態氮的濃度。兼氧池、MABFT 池、MBR池的出水總氮質量濃度分別為11.0、5.6、4.7 mg/L，反應池內氨氮氧化為硝態氮，降低了亞硝態氮的質量濃度，化學反應條件良好時可以將其控制在總氮濃度的10%以內。MABFT 反應池的填料內部存在兼氧區和厭氧區，反硝化菌因內部存在缺氧條件而快速生長，因而可在一定程度上去除總氮。

基于多相泥膜耦合生物技術的處理系統對礦區生活污水的總氮去除率約為80%，相比傳統污水處理工藝而言具有更良好的總氮去除效果。

3.3.3 總磷的去除

總磷的排放標準不可超過1.0 mg/L。在采用多相泥膜耦合生物技術時，除磷主要通過聚磷菌進行，主要原理為：分好氧和厭氧兩種條件，聚磷菌分別吸收磷、釋放磷，加速合成微生物細胞物質。測定進水、出水的總磷含量，根據測定結果評價多相泥膜耦合生物技術在除磷中的應用效果，結果如圖3 所示。

圖3 進水、出水的總磷變化

礦區生活污水中含有較多的清洗水，總磷質量濃度主要集中在5～8 mg/L，總磷濃度較高。通過多相泥膜耦合生物技術處理礦區生活污水后，總磷質量濃度最低降至0.7 mg/L，去除率約為89%，表明多相泥膜耦合生物技術具有良好的總磷去除效果。

4 結論與展望

4.1 結論

1）礦區生活污水實測COD=150～220 mg/L、ρ（NH3-N）=20～32 mg/L、ρ（TP）=5～8mg/L，采用多相泥膜耦合生物技術處理后，出水實測結果為COD＜30 mg/L，氨氮質量濃度＜1.5 mg/L，總氮質量濃度＜5.0 mg/L，總磷質量濃度＜1.0 mg/L。

2）各反應池均可去除一定量的礦區生活污水污染物，其中MABFT 池的填料可富集活性污泥，加快污染物質的去除速度，總氮去除率達到95%，總磷去除率達到89%。

3）多相泥膜耦合生物技術采用“兼氧－MABFTMBR”的處理流程，可有效處理礦區生活污水，出水達到地表水Ⅳ類水質標準。

4.2 展望

1）生物膜對耦合工藝的強化效果值得肯定，但尚有較大的進步空間，需要在現有技術的基礎上做進一步的研究，在去除率、運行參數優化等方面尋找突破口，研發更具可行性的反應裝置，充分發揮出耦合工藝在污水處理中的應用優勢。

2）BER 集電解法的氧化還原能力和生物膜的微生物附著特性于一體，能夠較好地去除污水中的氯化物、含重金屬離子等污染物，但此工藝的應用受制于掛膜方式、電極材料。在未來的技術發展中，應重點研究電化學相關技術，優化BER 中生物膜去除技術，提升BER 的污水處理性能。

3）生物膜-膜處理耦合工藝是融合多項污水處理工藝的綜合形式，在處理礦區生活污水中有良好的應用效果，但膜性能問題仍有待研究，未來應重點關注生物膜的掛膜和生長管理，豐富生物膜的類型以及膜處理工藝，強化工藝耦合效果，提高礦區生活污水處理水平，將膜工藝推廣至其它污水處理工作中。