Ⅰ 煤礦污水處理廠設計的探討
為了加強煤礦污水治理，保護水環境，新建礦井非常重視環保建設，並投入了大量的資金。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模和工藝技術談一些個人的看法。
1合理確定建設規模
對一個礦井來說，需根據礦井總體規劃和排水規劃，分期分批地建設污水管網和污水處理廠，要根據水環境保護的目標，分期實施，逐步到位。
（1）目前部分煤礦工業場地和居住區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，礦井工業場地和居住區相距不是很遠，合建一座一定規模的污水處理廠更合理，考慮從居住區向工業場地排水，管道埋設太深，可在中間設置污水提升泵站，或者在工業場地與居住區中間地段征地建設污水處理廠。採取合建方式，不但可節省投資，且可大大降低運行成本。
（2）目前許多新建礦井設計中根據規范及全員效率，勞動定員數量較少，而實際建成後煤礦招聘大量的勞務人員，以及隨著煤礦的發展，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，對於新建煤礦污水處理廠的設計，在建設規模時應考慮予留系數。
（3）由於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，不使留餘地過大，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，應根據我國環保部門的要求確定處理程度，以確保出水水質。由於生活污水中的氮和磷對水體有富營養化的影響，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，但不同於城市污水（城市污水中常包括部分工業廢水）。其特徵可概括為：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年代採用活性污泥法處理工藝的較多，由於污水中有機物含量太低，在運轉過程中微生物得不到最低限度的營養物質，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，迴流活性污泥迴流不起來，致使原氧化溝系統變成了附加曝氣的帶狀平流沉澱池，達不到要求的處理目標。
90年代以來污水生物處理新工藝、新技術的研究開發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、穩定、節能，並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實際上是出現最早的活性污泥法，70年代出現於美國，經過20年的研究開發革新，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
曝氣生物濾池是最先在歐美發展起來的在歐美和日本等發達國家廣為流行，近些年來在我國已有數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，由於在堆積的濾料層內和微生物膜的內部存在厭氧/缺氧環境，在硝化的同時實現部分反硝化，從濾池上部的出水可直接排出系統。
3.2工藝特點
BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優點：
（1）具有較高的生物濃度和較高的有機負荷。曝氣生物濾池採用粗糙多孔的球狀濾料，為微生物提供了較佳的生長環境，易於掛膜及穩定運行，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於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，減少了池容積和佔地面積，使基建費用大大
降低。
（2）工藝簡單、出水水質好。由於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，表現為生物膜較薄，活性較高。有時即使生物處理發生故障，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准，同時可用於回用。
（3）抗沖擊負荷能力強。由於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活性污泥那麼敏感，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%，曝氣量明顯低於一般生物處理。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，由於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，同樣有利於氧的傳質；
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，採用自然掛膜馴化。由於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，一旦通水並曝氣，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的污水處理。
（6）菌群結構合理。傳統活性污泥法中，微生物分布相對均勻，而在BAF中從上到下形成了不同的優勢菌種，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一個池子中發生。
（7）自動化程度高。由於相關工業技術的發展，一些先進的自動化設備如液位感測器、在線溶氧測定儀、定時器、變頻器及微電腦等產品的出現，使得曝氣生物濾池系統運行管理自動化得以順利實現。
曝氣生物濾池系統可以對進水水質、水量以及污水中溶解氧濃度進行在線檢測，並通過PLC控制系統方便地調整曝氣時間的長短，控制風機的供氧量，做到優化運行，PLC系統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。
在一級濾池（C/N池）和二級濾池（N池）中的曝氣階段需要不斷調節溶解氧水平，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/）。
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、實現有限水資源的可持續利用的有效途徑之一。煤礦污水經過處理消毒後，可用於綠化、沖洗、工業用水。採用BAF工藝處理煤礦污水，出水水質穩定，優於一般傳統生物處理工藝，其出水消毒處理後，就可以作為中水回用。
曝氣生物濾池工藝具有體積小、佔地省、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中央集中控制和現場手動自動控制，經過多個工程實際應用，日趨已經成熟，其出水經消毒處理後可以達到中水回用的標准。據了解，目前我國每處理，1m3污水直接投資在1000元左右，而採用BAF工藝處理則可控制在500元左右，且能節省近4/5的佔地面積。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。
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