礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

顧良波

（山西國環(huán)環(huán)境工程有限公司，山西 太原 030006）

引言

在礦井持續(xù)發(fā)展的背景下，生產(chǎn)、生活用水持續(xù)增加，并逐漸呈現(xiàn)出一定程度的用水緊張問題，但是既往應(yīng)用的污水設(shè)施和技術(shù)較為落后，導(dǎo)致污水處理效果不良，不能全面滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)，基于此，應(yīng)該積極更新礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)，提升其中的處理效果，將經(jīng)過處理的水應(yīng)用于實(shí)際，從而起到緩解用水緊張以及提升水資源利用率的作用，由此可見，針對礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)，在煤礦中的應(yīng)用策略進(jìn)行分析具有重要意義

1 既往凈化處理技術(shù)及不足之處

1.1 凈化處理技術(shù)

1.1.1 混凝

礦井水內(nèi)包含的懸浮物，通常情況下體積較大，需要采用聚合氯化鋁進(jìn)行處理，同時(shí)應(yīng)用水泵進(jìn)行混合。

1.1.2 反應(yīng)沉淀

在此過程中主要使用循環(huán)反應(yīng)池，但是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的污泥易導(dǎo)致堵塞，進(jìn)而形成排泥不暢的現(xiàn)象，且污泥難以有效處理。

1.1.3 沉淀及澄清

沉淀處理模式為斜管沉淀，該處理方式具有耗能較小的優(yōu)勢，但是出現(xiàn)堵塞情況的可能性較大，下部污泥不易清理。進(jìn)行澄清操作時(shí)，需要使用水力循環(huán)澄清池，動(dòng)力消耗較低，操作便捷，維護(hù)工作簡潔，但需要較大的占地面積。

1.1.4 過濾

濾池為重力式無閥濾池，可自動(dòng)開展反沖洗操作，操作過程及維修環(huán)節(jié)均具有較強(qiáng)的便捷性，多層濾料的組成包括無煙煤、石英砂、鵝卵石等[1]。

1.1.5 消毒

主要應(yīng)用二氧化氯進(jìn)行消毒。

1.2 不足之處

水質(zhì)和水量即使已經(jīng)經(jīng)過處理的，也難以符合既定的要求，同時(shí)礦尾水油類物質(zhì)難以徹底清除。

2 礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)

采用凈化處理技術(shù)針對礦尾水以及生活廢水實(shí)施凈化處理的過程中，主要應(yīng)用原理為污水生物脫氮，即為處于好氧環(huán)境中，使用硝化反應(yīng)的模式，將氨氮氧化處理，并使其轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}，再選擇應(yīng)用缺氧環(huán)境開展反硝化反應(yīng)處理，加速硝酸鹽的異化進(jìn)程，使其還原成為氣態(tài)氮，并實(shí)現(xiàn)有效的清除操作。由此可見，生物脫氮工藝的應(yīng)用需要經(jīng)過缺氧及好氧等兩個(gè)階段。

2.1 生物脫氧反應(yīng)

在新鮮污水尚未經(jīng)過處理時(shí)，其中的含氮化合物主要為有機(jī)氮和氨態(tài)物兩個(gè)類型，有機(jī)氮之中包含氨基酸、蛋白質(zhì)、氨類有機(jī)物、尿素以及硝基化合物等。受到微生物作用的影響，含氮的化合物可以分階段出現(xiàn)三個(gè)不同的反應(yīng)，分別是“氨化反應(yīng)”、“硝化反應(yīng)”以及“反硝化反應(yīng)”，與此同時(shí)，氨化菌作用可以大幅度的影響有機(jī)氮化合物，并使其實(shí)現(xiàn)分解以及轉(zhuǎn)化，之后構(gòu)成氨態(tài)氮，在此過程中發(fā)生的反應(yīng)為“氨化反應(yīng)”。在硝化菌作用的影響之下，氨態(tài)氮實(shí)現(xiàn)分解氧化反應(yīng)的效果更好。而反硝化反應(yīng)，屬于硝化過程中，硝酸鹽以及亞硝酸鹽在反硝化作用的影響之中進(jìn)行還原，形成氣態(tài)氮，反硝化菌則為缺氧型微生物，需要在缺氧條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中，其可借助有機(jī)物作為碳源，再采用電子供體的能量實(shí)現(xiàn)氧化降解，且電子受體為硝酸鹽之中的氧[2]。

2.2 生物除磷機(jī)理

一般來說，在二級(jí)生物處理系統(tǒng)之中，活性污泥微生物生長需要將磷作為一種重要的生長元素，同時(shí)也是生物污泥中的重要組成部分，但是磷在活性污泥之中的含量較低，僅為干重的2.3%左右，排放剩余污泥能夠起到的除磷效果最好可以達(dá)到30%，在污水生物中開展除磷處理工作，應(yīng)力使用好氧段及厭氧段兩部分交替進(jìn)行的方式，因?yàn)榛钚晕勰喑苛孜盏哪芰^強(qiáng)，強(qiáng)化細(xì)胞含磷量較高細(xì)菌的基質(zhì)競爭優(yōu)勢，此時(shí)剩余污泥之中的含磷量能夠上升至3%～7%，并且剩余污泥中含磷量越大，經(jīng)過處理的水含磷量就越小。

開展生物處理工作，其中的反應(yīng)過程主要如下：厭氧區(qū)：在厭氧狀態(tài)下，其中不包含溶解氧以及硝態(tài)氧，兼性細(xì)菌可以將BOD 轉(zhuǎn)化成為為VFAS，生物貯磷可以獲得VFA，將VFA 向細(xì)胞內(nèi)輸送，之后其中發(fā)生同化現(xiàn)象，也就使VFA 轉(zhuǎn)變成為胞內(nèi)的碳能源存貯物，由聚磷水解以及細(xì)胞內(nèi)糖酵解共同提供能量，并強(qiáng)化釋放磷酸鹽的效果；好氧區(qū)：借助聚磷模式，細(xì)菌不僅可以貯存滿足自身生長需求、以及更多的磷量，還可借助PHB/PHV 氧化代謝過程中產(chǎn)生的能量，為磷吸收、聚磷合成的效果提升提供支持，聚磷酸高能鍵則為其中主要的能量存儲(chǔ)方式，去除液相磷酸鹽，形成貯磷菌細(xì)胞，同時(shí)持續(xù)生成富磷污泥，條件適宜時(shí)，貯磷菌能夠合成、存貯細(xì)胞內(nèi)糖；除磷系統(tǒng)：剩余淤泥排放完畢即可除去系統(tǒng)中的磷[3]。

3 礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工藝流程

將礦尾水和生活廢水置入到調(diào)節(jié)池，經(jīng)過厭氧、缺氧、好氧階段，進(jìn)入二沉池、中水調(diào)節(jié)池、澄清池、過濾池，最后進(jìn)入清水池，接著可以對經(jīng)過處理的水回用。

某一礦尾水和生活廢水凈化處理回用工程于2019 年年底建成，同時(shí)投入使用，需要首先應(yīng)用格柵井將水面漂浮物去除，之后將水置入調(diào)節(jié)池，針對水質(zhì)和水量進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，借助提升泵將水提升到厭氧、缺氧、好氧池之中，池內(nèi)掛膜、池底鼓氧，以針對有機(jī)物進(jìn)行氧化講解，并起到脫氮以及除磷的作用。出水應(yīng)流入到二沉池中，再進(jìn)入到中水調(diào)節(jié)池開展回用處理工作，將中水調(diào)節(jié)池之中的水提升至澄清池之中，需要在提升時(shí)適量加入混凝劑，經(jīng)過澄清池之中的反應(yīng)和沉淀處理，泥與水實(shí)現(xiàn)分離，其中的上清液可流入到過濾池之中進(jìn)行過濾，完成過濾再流入到清水池，實(shí)施消毒處理之后方可進(jìn)入到回用階段。與此同時(shí)，澄清池以及二沉池所排出的污泥能夠共同進(jìn)入到污泥濃縮池之中，經(jīng)過濃縮處理再流入干化廠。

3.2 主要工程和設(shè)計(jì)

3.2.1 格柵井

格柵井的位置在集水溝之中，其中主要包含粗格柵和細(xì)格柵，格柵的寬度均為500 mm，且相鄰粗格柵之間的間距應(yīng)為15 mm，相鄰的細(xì)格柵之間的間距應(yīng)為5 mm，安裝角度則應(yīng)控制為60°。

3.2.2 調(diào)節(jié)池

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，調(diào)節(jié)池總?cè)莘e應(yīng)為1 169 m3，結(jié)構(gòu)為矩形鋼混結(jié)構(gòu)，水力停留8 h，能夠起到預(yù)沉懸浮物的作用，可以實(shí)現(xiàn)水量的調(diào)節(jié)和水質(zhì)的均化，池底應(yīng)設(shè)曝氣管，以提升廢水溶解氧濃度，并強(qiáng)化其中的油脂浮升效果，同時(shí)還可在更加有效的助凝，從而避免污泥發(fā)生沉淀。

3.2.3 厭氧、缺氧、好氧生化處理池

厭氧—好氧生化處理池屬于鋼混結(jié)構(gòu)，18 h 為設(shè)定的水力停留時(shí)間，有效容積為2 234 m3，屬于針對生活污水進(jìn)行處理的主要構(gòu)筑物，池中虛設(shè)置半軟性填料，并于池底設(shè)曝氣管。在該系統(tǒng)之中，各種形式的氮、磷以及SS 還是BODs 均能夠被去除，且對于活性污泥來說，其中的菌群主要有聚磷菌、硝化菌以及反硝化菌構(gòu)成。處于好氧段時(shí)，借助生物硝化作用，由入流氨氮以及有機(jī)氮氨共同轉(zhuǎn)化形成的氨氮，可以在硝化細(xì)菌進(jìn)行生物硝化的過程中，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；在缺氧段，通過內(nèi)回流過程帶入硝酸鹽，可以由反硝化細(xì)菌采用生物反硝化的形式生成氮?dú)?，再將其輸入大氣，以?shí)現(xiàn)脫氮；在厭氧段，聚磷菌可釋放磷，并持續(xù)吸收易降解有機(jī)物，例如低級(jí)脂肪酸，好氧段的除磷菌，則能夠超量吸收磷，并借助排放剩余淤泥的過程起到除磷作用。在該系統(tǒng)之中，一般來說，水中含磷質(zhì)量濃度可以被控制在1 mg/L 以下，且氨的含量可控制在15 mg/L 以下，并且因?yàn)槲勰嘁越惶娴男问竭M(jìn)入到好氧池和厭氧池之中，所以絲狀菌數(shù)量相對較少，污泥整體沉降性能也就較為良好[4]。

3.2.4 二沉池

二沉池由鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)成，池底部包含一個(gè)泥斗，通過泥斗進(jìn)行泥水之間的分離，最后澄清。

3.2.5 回流污泥池

回流污泥池由鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)成，回流污泥于此中轉(zhuǎn)。

3.2.6 中水調(diào)節(jié)池

中水調(diào)節(jié)池由鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)成，為矩形，376 m3為設(shè)計(jì)容積，水力停留3 h，可以開展水量調(diào)節(jié)工作。

3.2.7 澄清池

澄清池屬于水力循環(huán)的澄清池，設(shè)計(jì)容積549 m3，水力停留時(shí)間4.3 h，其中包含斜管，結(jié)構(gòu)為鋼砼結(jié)構(gòu)，主要開展回用處理工作。工作過程中，應(yīng)于其中加入濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.005%左右的聚合氯化鋁，且用量應(yīng)以水質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行合理調(diào)整。在經(jīng)過絮凝、沉淀兩個(gè)環(huán)節(jié)之后，水進(jìn)入濾池，開始凈化。一般來說，澄清池工作流程緊湊，且占地面積較小，相對于傳統(tǒng)形式的凈化處理，大幅度減少了凈化劑的使用量。

3.2.8 過濾池

過濾池設(shè)計(jì)容積為95 m3，過濾速度為8 m/h，其中包含濾料，整體上為鋼砼結(jié)構(gòu)，其屬于回用處理類的構(gòu)筑物，可以去除細(xì)小礬花。

3.2.9 消毒、清水池

過濾池處理水后，水應(yīng)進(jìn)入消毒、清水池中，該池屬于鋼混結(jié)構(gòu)，容積為336 m3，消毒工作所需的時(shí)間為0.7 h，消毒處理可以滅殺病源微生物，以避免其導(dǎo)致身體受到危害，也就可以有效控制疾病傳染[5]。

3.2.10 污泥濃縮池

污泥濃縮池可以同時(shí)接收來自高效澄清池、回流污泥池的污泥濃縮池的有效容積為100 m3，污泥在其中進(jìn)行停留的時(shí)間應(yīng)為22 h，并在此過程中完成污泥的濃縮處理工作。

4 結(jié)語

在煤礦之中應(yīng)用礦尾水和生活廢水凈化處理技術(shù)，需要首先構(gòu)建起一個(gè)凈化處理回用工程，之后在其中設(shè)置格柵井、調(diào)節(jié)池、厭氧、缺氧、好氧生化處理池、二沉池、回流污泥池等各個(gè)環(huán)節(jié)，礦尾水以及生活廢水經(jīng)過各個(gè)環(huán)節(jié)的處理和過濾，再經(jīng)過消毒，即能夠做為凈化水進(jìn)入到回用階段，從而起到節(jié)約水資源、提升水資源利用率的作用，不僅有利于緩解用水緊張的情況，還可在一定程度上提升環(huán)保效益。