煤礦污水處理廠設計探討
為了加強煤礦污水治理，保護水環(huán)境，新建礦井非常重視環(huán)保建設，并投入了大量的資金。設計部門也對生活污水處理進行了多工藝、多方案比較與探索。針對目前煤礦污水處理中有關建設規(guī)模和工藝技術談一些個人的看法。
1合理確定建設規(guī)模
對一個礦井來說，需根據(jù)礦井總體規(guī)劃和排水規(guī)劃，分期分批地建設污水管網和污水處理廠，要根據(jù)水環(huán)境保護的目標，分期實施，逐步到位。
（1）目前部分煤礦工業(yè)場地和居住區(qū)各建一座污水處理廠，兩處征地，重復建設，投資增加，運行能耗高，管理費用高，技術力量分散，噸水處理成本高。一般來說，礦井工業(yè)場地和居住區(qū)相距不是很遠，合建一座一定規(guī)模的污水處理廠更合理，考慮從居住區(qū)向工業(yè)場地排水，管道埋設太深，可在中間設置污水提升泵站，或者在工業(yè)場地與居住區(qū)中間地段征地建設污水處理廠。采取合建方式，不但可節(jié)省投資，且可大大降低運行成本。
（2）目前許多新建礦井設計中根據(jù)規(guī)范及全員效率，勞動定員數(shù)量較少，而實際建成后煤礦招聘大量的勞務人員，以及隨著煤礦的發(fā)展，涌進大批的外來人員，使得煤礦的用水量增加，污水量也隨之增大。因此，對于新建煤礦污水處理廠的設計，在建設規(guī)模時應考慮予留系數(shù)。
（3）由于煤礦污水水質水量變化較大，合理地確定設計的污水水量和污水水質，直接涉及工程的投資、運行費用和費用效益。生產污水與生活污水通盤考慮，不使留余地過大，避免增加投資、使設備閑置或低效運行。
2煤礦污水處理設計常用流程
一般來說，不同煤礦對出水的要求差異較大，應根據(jù)我國環(huán)保部門的要求確定處理程度，以確保出水水質。由于生活污水中的氮和磷對水體有富營養(yǎng)化的影響，污水處理要求有脫氮除磷的效果。
煤礦污水水質與一般城市污水性質類似，但不同于城市污水（城市污水中常包括部分工業(yè)廢水）。其特征可概括為：水質水量變化較大，污染物濃度偏低，污水可生化性好，處理難度小。
煤礦污水處理廠設計時在80年代采用活性污泥法處理工藝的較多，由于污水中有機物含量太低，在運轉過程中微生物得不到*低限度的營養(yǎng)物質，形不成活性污泥，運轉不起來。氧化溝污水處理工藝，也存在同樣的問題，回流活性污泥回流不起來，致使原氧化溝系統(tǒng)變成了附加曝氣的帶狀平流沉淀池，達不到要求的處理目標。
90年代許多礦井采用二級生物接觸氧化法處理煤礦生活污水，效果很好。此工藝的特點是能適應礦區(qū)低濃度、變化大的污水，同時投資省，操作維護也比活性污泥法簡單，但該法對脫氮除磷效果較差。
90年代以來污水生物處理新工藝、新技術的研究開發(fā)應用取得了很大成就，許多新工藝應運而生，這些新工藝的共同特點是：高效、穩(wěn)定、節(jié)能，并具有脫氮除磷等多功能。較典型的工藝有：
（1）A2/O工藝 該工藝是厭氧 ,缺氧 , 好氧生物脫氮除磷工藝的簡稱，是70年代由美國專家在厭氧-好氧除磷工藝（A/O）的基礎上開發(fā)的。
（2）SBR工藝序列間歇式活性污泥法的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。SBR實際上是出現(xiàn)*早的活性污泥法，70年代出現(xiàn)于美國，經過 20年的研究開發(fā)革新，將可變容積活性污泥法過程和生物選擇器原理進行有機結合，成為改良型的SBR工藝。
（3）BAF工藝 即曝氣生物濾池工藝，是90年代初開發(fā)的新型微生物附著型污水處理技術，能同時完成生物處理與固液分離，通過調整濾池結構形式而成為具有脫氮除磷功能的組合工藝。
3BAF工藝處理煤礦污水
3.1工藝流程
曝氣生物濾池是*先在歐美發(fā)展起來的在歐美和日本等發(fā)達國家廣為流行，近些年來在我國已有數(shù)十家污水處理廠應用。如大連、慈溪、新會、楊凌，在山西的煤礦生活污水處理中也有應用。
該技術綜合了過濾、吸附和生物代謝等多種凈化作用。污水從濾池底部進入濾料層，濾料層下部設有供氧的曝氣系統(tǒng)進行曝氣，氣水為同向流。在濾池中，有機物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆積的濾料層內和微生物膜的內部存在厭氧/缺氧環(huán)境，在硝化的同時實現(xiàn)部分反硝化，從濾池上部的出水可直接排出系統(tǒng)。
3.2工藝特點
BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統(tǒng)活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優(yōu)點：
（1）具有較高的生物濃度和較高的有機負荷。曝氣生物濾池采用粗糙多孔的球狀濾料，為微生物提供了較佳的生長環(huán)境，易于掛膜及穩(wěn)定運行，可在濾料表面和濾料間保持較多的生物量，單位體積內微生物量遠遠大于活性污泥法中的微生物量（可達10~15g/l），高濃度的微生物量使得BAF的容積負荷增大，減少了池容積和占地面積，使基建費用大大
降低。
（2）工藝簡單、出水水質好。由于濾料的機械截留作用以及濾料表面的微生物和代謝中產生的粘性物質形成的吸附作用，使得出水的SS很低，一般不超過15mg/l。因進行周期性的反沖洗，生物膜得以有效更新，表現(xiàn)為生物膜較薄，活性較高。有時即使生物處理發(fā)生故障，在短期內其物理作用機理仍可保證高質量的出水。BAF的處理出水不但可以滿足排放標準，同時可用于回用。
（3）抗沖擊負荷能力強。由于整個濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機負荷、水力負荷的變化不象傳統(tǒng)活性污泥那么敏感，同時無污泥膨脹問題。
（4）氧的傳輸效率高。曝氣生物濾池中氧的利用率可達20%-30%，曝氣量明顯低于一般生物處理。其主要原因是：1因濾料粒徑小，氣泡在上升過程中不斷被切割成小氣泡，加大了氣液接觸面積，提高了氧的利用率；2氣泡在上升過程中，由于濾料的阻擋和分割作用，使氣泡必須經過濾料的縫隙，延長了其停留時間，同樣有利于氧的傳質；3理論研究表明，BAF中氧氣可直接滲入生物膜，因而加快了氧氣的傳輸速度，減少了供氧量。
（5）易掛膜、啟動快。BAF調試時間短，一般只需7~12天，而且不需接種污泥，采用自然掛膜馴化。由于微生物生長在粗糙多孔的濾料表面，微生物不易流失，使其運行管理簡單。BAF在短時間內不使用的情況下可關閉運行，一旦通水并曝氣，可在很短時間內恢復正常運行，這一特點說明曝氣生物濾池非常適合一些水量變化大的地區(qū)的污水處理。
（6）菌群結構合理。傳統(tǒng)活性污泥法中，微生物分布相對均勻，而在BAF中從上到下形成了不同的優(yōu)勢菌種，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一個池子中發(fā)生。
（7）自動化程度高。由于相關工業(yè)技術的發(fā)展，一些先進的自動化設備如液位傳感器、在線溶氧測定儀、定時器、變頻器及微電腦等產品的出現(xiàn)，使得曝氣生物濾池系統(tǒng)運行管理自動化得以順利實現(xiàn)。
曝氣生物濾池系統(tǒng)可以對進水水質、水量以及污水中溶解氧濃度進行在線檢測，并通過 PLC 控制系統(tǒng)方便地調整曝氣時間的長短，控制風機的供氧量，做到優(yōu)化運行，PLC系統(tǒng)對濾池進行自動反沖洗。
（8）脫氮效果好。通過不同功能的濾池組合或同一濾池中的不同功能區(qū)分布，使濾池在除碳的同時可進行硝化和反硝化。其原理是通過對兩組濾池或同一座濾池內分別人為地造成好氧、兼氧的生物環(huán)境，不僅能去除一般有機物和懸浮固體，而且具有較好脫氮功能。
在**濾池（C/N池）和二級濾池（N池）中的曝氣階段需要不斷調節(jié)溶解氧水平，使溶解氧達到較高水平（約2~3mgO2/l），而在DN池中使溶解氧達到較低水平（約0.2~0.5mgO2/）。
BAF工藝的缺點是需要定期反沖洗：
隨著過濾的進行，濾料表面新產生的生物量越來越多，截留的SS不斷增加，在開始階段濾池水頭損失增加緩慢，當固體物質積累達到一定程度，使水頭損失達到極限水頭損失或導致SS 發(fā)生穿透，此時就必須對濾池進行反沖洗，以除去濾床內過量的微生物膜及 SS，恢復其處理能力。
4BAF工藝的出水回用
眾所周知，水資源緊缺已經成為世界性問題。我國也同樣面臨水資源短缺的現(xiàn)實。污水再生利用是提高水資源綜合利用率、緩解水資源短缺矛盾、減輕水體污染、實現(xiàn)有限水資源的可持續(xù)利用的有效途徑之一。煤礦污水經過處理**后，可用于綠化、沖洗、工業(yè)用水。采用BAF工藝處理煤礦污水，出水水質穩(wěn)定，優(yōu)于一般傳統(tǒng)生物處理工藝，其出水**處理后，就可以作為中水回用。
5結論
曝氣生物濾池工藝具有體積小、占地省、效率高、出水水質好、流程簡單、操作管理方便等特點，實際運行中可以實現(xiàn)中央集中控制和現(xiàn)場手動自動控制，經過多個工程實際應用，日趨已經成熟，其出水經**處理后可以達到中水回用的標準。據(jù)了解，目前我國每處理,1m3 污水直接投資在1000元左右，而采用BAF工藝處理則可控制在500元左右，且能節(jié)省近4/5的占地面積。煤礦污水水質水量變化較大，污染物濃度偏低，污水可生化性好,BAF工藝比較適用。
作 者 簡 介
殷同偉，**工程師,1964年出生，女。1986年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學煤化工專業(yè)。現(xiàn)任中煤國際工程集團南京設計研究院環(huán)保所所長，主要從事煤礦、電廠環(huán)境影響評價及煤礦礦井水、生活污水處理等環(huán)保工程設計。
