張卿監(jiān)

（南乙環(huán)境工程（上海）有限公司，上海 200120）

“十八大”以來，綠色發(fā)展理念逐步深入人心，礦業(yè)全面落實(shí)“五位一體”總體布局，堅(jiān)持“兩山理論”，積極貫徹落實(shí)新發(fā)展理念，推動(dòng)全面建設(shè)綠色礦山[1]。在我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)中，煤在其中占據(jù)著舉足輕重的地位[2]。然而，不容忽視的是煤礦所處的地理位置往往比較偏遠(yuǎn)，煤礦嚴(yán)重缺水和嚴(yán)控污水外排，踐行“兩山理論”的問題亟待解決。煤礦區(qū)生活污水來源復(fù)雜，主要特征為C/N 低、水中富含大量表面活性劑和污水含油量高等[3]；同時(shí)，由于煤礦區(qū)的工作性質(zhì)，污水往往存在短時(shí)負(fù)荷沖擊大的現(xiàn)狀，對相關(guān)污水廠處理工藝的抗沖擊負(fù)荷能力提出了極高的要求。

因公司發(fā)展需要和現(xiàn)行相關(guān)法律法規(guī)的要求，山西某煤礦擬將廠區(qū)內(nèi)主廣場生活污水站提標(biāo)改造，改造完成后用于處理整個(gè)廠區(qū)的生活污水。根據(jù)現(xiàn)場勘察情況和水質(zhì)要求，利舊污水處理池為地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，新增缺氧罐、好氧罐、沉淀池為地上碳鋼結(jié)構(gòu)，處理后的出水達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)后回用。

1 生活污水處理站提標(biāo)改造

1.1 提標(biāo)改造主要建設(shè)內(nèi)容

主要處理構(gòu)筑物有格柵井（利舊改造）、調(diào)節(jié)池（利舊改造）、厭氧池（利舊改造）、新增地上碳鋼缺氧池、新增地上碳鋼好氧池、MBR 池（利舊改造）、新增地上碳鋼沉淀池、清水產(chǎn)水池（利舊改造）、污泥池（利舊改造）、風(fēng)機(jī)房、新建輕鋼結(jié)構(gòu)加藥間、新建鋼結(jié)構(gòu)好氧車間、新建鋼結(jié)構(gòu)缺氧車間、污泥脫水間（利舊改造）、值班室（利舊改造）、配電室（利舊改造）等。

1.2 提標(biāo)改造污水處理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.2.1 設(shè)計(jì)水量

本次提標(biāo)改造工程擬將該生活污水處理站處理能力由500 m3/d 擴(kuò)容到1 000 m3/d，出水水質(zhì)由一級(jí)A 提標(biāo)至地表Ⅳ類。但結(jié)合煤礦生活污水短時(shí)負(fù)荷沖擊大的現(xiàn)實(shí)，本工程設(shè)計(jì)處理能力Q=50 m3/h、總處理量Qd=1 200 m3/d，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間24 h 連續(xù)運(yùn)行。

1.2.2 出水水質(zhì)要求

根據(jù)本次提標(biāo)改造業(yè)主方要求，處理后的污水執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，主要限值見表1。

表1 系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)表

1.3 煤礦生活污水處理工藝流程

采用A2O+MBBR+MBR 處理工藝作為本次提標(biāo)改造的處理工藝，工藝流程見圖1。

圖1 煤礦生活污水處理工藝流程圖

2 主要構(gòu)、建筑物及設(shè)備選型

2.1 格柵井

格柵井作為接納整個(gè)煤礦生物污水的來水渠道，在其中放置了兩套轉(zhuǎn)鼓格柵，一用一備，并將集水井與其共建。格柵井采用鋼混結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)流量Q=50 m3/h，渠寬480 mm，渠深4 300 mm；轉(zhuǎn)鼓格柵的主要功能為截除污水中漂浮物，本工藝中采用FUELMICRO 的回轉(zhuǎn)格柵，設(shè)計(jì)參數(shù)為寬B=480 mm，柵隙b=5 mm，格柵傾角70°，渠深4.3 m，功率1.1 kW。而回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵工作原理是在電機(jī)減速器的驅(qū)動(dòng)下，耙齒鏈進(jìn)行逆水流方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。耙齒鏈運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)備的上部時(shí)，由于槽輪和彎軌的導(dǎo)向，使每組耙齒之間產(chǎn)生相對自清運(yùn)動(dòng)，絕大部分固體物質(zhì)靠重力落下。另一部分則依靠清掃器的反向運(yùn)動(dòng)把粘在耙齒上的雜物清掃干凈[4]。

2.2 調(diào)節(jié)池

經(jīng)過格柵井處理后的來水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量，配置攪拌系統(tǒng)，目的保證系統(tǒng)進(jìn)水穩(wěn)定，減少水量和水質(zhì)波動(dòng)帶來的沖擊。本次提標(biāo)改造過程中，將原來調(diào)節(jié)池2 座、復(fù)用水池1 座、中間水池1 座、水解池1 座，二級(jí)濾池1 座改造為調(diào)節(jié)池；設(shè)計(jì)停留時(shí)間為12 h，同時(shí)內(nèi)設(shè)可提升曝氣器6 個(gè)、調(diào)節(jié)池提升泵4 臺(tái)（2 用2 備）、在線液位計(jì)1 套（液位指示，與提升泵控制連鎖）、電磁流量計(jì)1 套（提升泵流量指示及累計(jì)）。

2.3 A2/O 生化池

A2/O 脫氮除磷工藝，即厭氧-缺氧-好氧活性污泥法，也稱A-A-O 工藝，它是在A2/O 除磷工藝基礎(chǔ)上增設(shè)了一個(gè)缺氧池。并將好氧池出流的部分混合液回流至缺氧池，該工藝具有降解有機(jī)物，降低廢水COD、BOD5、NH3-N 的功能[5]。A2/O 生化池的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：外形尺寸3 m×3 m×6.5 m，A 池6 座、O 池10 座；設(shè)計(jì)停留時(shí)間t=18 h，同時(shí)內(nèi)設(shè)混合液回流泵2 臺(tái)（設(shè)計(jì)參數(shù)Q=170 m3/h，H=10 m，N=7.5 kW）、曝氣風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（設(shè)計(jì)參數(shù)Q=6.1 m3/min，P=60 kPa，N=11 kW）、潛水?dāng)嚢铏C(jī)6 臺(tái)（設(shè)計(jì)參數(shù)N=1.1 kW，配套導(dǎo)桿及起吊裝置）和缺氧提升泵2 臺(tái)（1 用1 備，設(shè)計(jì)參數(shù)Q=50 m3/h，H=15 m，N=3 kW）。同時(shí)，本次提標(biāo)改造工程中將O 池與MBBR 流化床工藝相結(jié)合，本設(shè)計(jì)采用廣泛、成熟可靠的內(nèi)循環(huán)式三相生物流化床，具有流動(dòng)阻力小，減少供氣量從而降低運(yùn)行費(fèi)用；反應(yīng)器起始流化容易，降低了操作難度；同時(shí)由于結(jié)構(gòu)緊湊，可減少所占空間及地面[6]。通過前期實(shí)驗(yàn)（表2），最終確定選取MBBR 填料并將其填充率設(shè)置為30%（設(shè)計(jì)參數(shù)堆積密度100 kg/m3，孔隙率＞85%）。

2.4 二沉池

二沉池的主要功能為將生化系統(tǒng)出水進(jìn)行泥水分離，同時(shí)將沉淀后的部分污泥回流至調(diào)節(jié)池，補(bǔ)充生化系統(tǒng)中的污泥量。二沉池采用碳鋼結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為6.5 m×2.2 m×3.5 m、同時(shí)內(nèi)設(shè)2 臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵（1 用1 備）。

2.5 MBR 膜池

由于煤礦工人的飲食結(jié)構(gòu)屬于高油結(jié)構(gòu)飲食，所以生活污水的含油量很高，故在二沉池后需要加一組MBR 膜池。MBR 膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactor，MBR）是將膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的生物反應(yīng)系統(tǒng)[7]。該系統(tǒng)具有處理能力強(qiáng)、固液分離效率高、出水水質(zhì)好、占地空間小、運(yùn)行管理簡單等特點(diǎn)[8]。MBR 膜池中設(shè)置清水池1 座（設(shè)計(jì)尺寸5.7 m×4.5 m×4.5 m，設(shè)計(jì)停留時(shí)間2 h），其中包含MBR 膜組2 組（設(shè)計(jì)參數(shù)膜面積2 700 m2，膜通量18.5 L/m2，材質(zhì)為PVDF 中空纖維膜）、MBR 產(chǎn)水泵2 臺(tái)（1 用1 備、設(shè)計(jì)參數(shù)Q=60 m3/h，H=12 m，N=5.5 kW）、MBR 反洗泵2 臺(tái)（1 用1 備、設(shè)計(jì)參數(shù)Q=100 m3/h，H=6 m，N=7.5 kW）、MBR 風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（1 用1 備、設(shè)計(jì)參數(shù)Q=13 m3/min，H=40 kPa，N=15 kW）。

2.6 污泥處理系統(tǒng)

污泥處理系統(tǒng)中設(shè)置一座污泥池，主要功能為污泥儲(chǔ)存、提升至板框壓濾機(jī)處理，設(shè)計(jì)參數(shù)為3.6 m×2.7 m×4.5 m。內(nèi)設(shè)氣動(dòng)隔膜泵2 臺(tái)（1 用1 備）、XMGZ30/800-U 板框壓濾機(jī)1 臺(tái)。

3 運(yùn)行效果分析

3.1 原水水質(zhì)分析

原水水質(zhì)波動(dòng)較大，這與之前所述煤礦廢水水質(zhì)的典型特征一致。其中具有明顯波動(dòng)的污染物種類為化學(xué)需氧量COD、生化需氧量BOD5與總磷TP，進(jìn)水質(zhì)量濃度分別為403.42 mg/L±52.95 mg/L、153.42 mg/L±24.86 mg/L 和4.28 mg/L±0.45 mg/L，波動(dòng)比例達(dá)到了13.12%、16.20%和10.61%；其余水質(zhì)指標(biāo)氨氮和總氮亦有明顯波動(dòng)，進(jìn)水質(zhì)量濃度分別為6.43 mg/L±0.56 mg/L 和15.00 mg/L±1.32 mg/L，波動(dòng)比例為8.7%和8.85%。推測出現(xiàn)這種波動(dòng)的主要原因?yàn)椋旱V主要實(shí)行倒班制，極易出現(xiàn)峰谷用水現(xiàn)象。

3.2 A2/O 處理效果分析

污水經(jīng)過厭氧/缺氧/好氧交替后最終由好氧端出水，出水污染物指標(biāo)COD、BOD5、氨氮、總磷和總氮分別為54.08 mg/L±9.24 mg/L、18.24 mg/L±1.68 mg/L、0.50 mg/L±0.03mg/L、2.22 mg/L±0.14mg/L、13.54 mg/L±1.23 mg/L，去除率分別為86.59%、88.11%、92.20%、48.10%和6.63%。表明該段工藝對COD 和氨氮去除效果明顯，去除率基本接近90%左右，但對TP 和TN的去除率表現(xiàn)則一般，推測主要原因是進(jìn)水COD 不足，而聚磷菌和反硝化菌在競爭中處于相對劣勢。

3.3 MBBR 處理效果分析

MBBR 段出水污染物指標(biāo)COD、BOD5及氨氮、總磷和總氮質(zhì)量濃度分別為26.23 mg/L±3.02 mg/L、8.11 mg/L±0.60 mg/L、0.49 mg/L±0.02 mg/L、1.57 mg/L±0.22mg/L、6.43 mg/L±0.72 mg/L，去除率分別為93.49%、94.71%、92.24%、63.28%和55.59%。經(jīng)過MBBR 段的處理后TP 和TN 的去除率有明顯的上升，推測其原因?yàn)镸BBR 膜的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)建處理外部好氧、內(nèi)部厭氧的結(jié)構(gòu)，在該部分中，聚磷菌和反硝化菌在MBBR 填料上分區(qū)定殖，在不同含氧量的地方分別進(jìn)行不同種的污染物去除。

3.4 MBR 處理效果分析

MBR 段出水污染物指標(biāo)COD、BOD5及氨氮、總磷、總氮質(zhì)量濃度分別為7.65 mg/L±1.76 mg/L、3.77 mg/L±0.77 mg/L、0.05 mg/L±0.002 mg/L、0.24 mg/L±0.05 mg/L、1.45 mg/L±0.30 mg/L，去除率分別為98.10%、97.54%、99.23%、94.47%和89.95%。經(jīng)過MBR 段處理后的污水已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該部分由于采用了PVDF 中空纖維膜，避免了傳統(tǒng)MBR 膜生物反應(yīng)器需要頻繁清洗的問題，產(chǎn)水能耗低，不需投加混凝劑，助凝劑等化學(xué)藥劑，降低了運(yùn)行成本[9]。同時(shí)強(qiáng)化了污水處理效果，對煤礦污水處理的提標(biāo)改造具有明顯的助力。同時(shí)，浸沒安裝在膜生物反應(yīng)池中的MBR 膜裝置對泥水混合液進(jìn)行過濾處理，進(jìn)一步去除SS、油、大腸桿菌等。見圖2。

圖2 煤礦生活廢水污染物去除效果

4 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 運(yùn)行電費(fèi)分析

經(jīng)過提標(biāo)改造后的污水處理電氣化設(shè)備電機(jī)功率如表3 所示。

表3 污水處理部分電機(jī)功率表

根據(jù)表3 所示，本項(xiàng)目電機(jī)裝機(jī)功率約219 kW，運(yùn)行功率147 kW，電費(fèi)運(yùn)行費(fèi)用為每噸水2.35 元（電費(fèi)按1 元/kW·h 計(jì)）。

4.2 藥劑運(yùn)行成本

運(yùn)行過程中需要使用的藥劑主要集中為PAC、PAM、NaOH、葡萄糖、除磷劑和陽離子PAM，其作用與價(jià)格如下所示：

1）PAC：PAC 的投加量為100 mg/L，PAC售價(jià)為4 元/kg，每噸廢水的PAC 費(fèi)用為每噸水0.400 元；

2）PAM：PAM 的投加量為5 mg/L，PAM 售價(jià)為40 元/kg，每噸廢水的PAM費(fèi)用為0.200 元；

3）NaOH：由于本項(xiàng)目用于pH 調(diào)節(jié)藥劑用量極少，預(yù)計(jì)每噸廢水藥劑費(fèi)用約0.200 元；

4）葡萄糖：用于補(bǔ)充碳源，預(yù)計(jì)每噸廢水藥劑費(fèi)用約0.40 元；

5）除磷劑：預(yù)計(jì)每噸廢水藥劑費(fèi)用約0.50 元；

6）陽離子PAM：脫泥用，預(yù)計(jì)每噸廢水藥劑費(fèi)用約0.20 元。

每噸廢水處理費(fèi)用總計(jì)為1.9 元。

5 結(jié)論

1）選擇A2O+MBBR+MBR 的組合工藝作為本次提標(biāo)改造的主體工藝，充分發(fā)揮各種工藝的技術(shù)優(yōu)勢，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；

2）通過運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析，從電費(fèi)與藥劑成本考慮，噸水電費(fèi)成本達(dá)到2.35 元（電費(fèi)按1 元/kW·h 計(jì)），藥劑成本為噸水1.9 元；

3）提標(biāo)改造后，處理過的污水可回用至煤礦的生產(chǎn)用水，可有效緩解煤礦缺水的狀況；同時(shí)，污水零排放也符合國家政策導(dǎo)向性，具有示范作用；

4）本工藝各處理單元充分利用了原有設(shè)備，改造后的處理設(shè)備集成度高，自動(dòng)化程度高，可有效提高處理效率與運(yùn)行成本。