矿尾水和生活废水净化处理技术在煤矿中的应用

顾良波

（山西国环环境工程有限公司，山西 太原 030006）

引言

在矿井持续发展的背景下，生产、生活用水持续增加，并逐渐呈现出一定程度的用水紧张问题，但是既往应用的污水设施和技术较为落后，导致污水处理效果不良，不能全面满足污水排放标准，基于此，应该积极更新矿尾水和生活废水净化处理技术，提升其中的处理效果，将经过处理的水应用于实际，从而起到缓解用水紧张以及提升水资源利用率的作用，由此可见，针对矿尾水和生活废水净化处理技术，在煤矿中的应用策略进行分析具有重要意义

1 既往净化处理技术及不足之处

1.1 净化处理技术

1.1.1 混凝

矿井水内包含的悬浮物，通常情况下体积较大，需要采用聚合氯化铝进行处理，同时应用水泵进行混合。

1.1.2 反应沉淀

在此过程中主要使用循环反应池，但是反应过程中产生的污泥易导致堵塞，进而形成排泥不畅的现象，且污泥难以有效处理。

1.1.3 沉淀及澄清

沉淀处理模式为斜管沉淀，该处理方式具有耗能较小的优势，但是出现堵塞情况的可能性较大，下部污泥不易清理。进行澄清操作时，需要使用水力循环澄清池，动力消耗较低，操作便捷，维护工作简洁，但需要较大的占地面积。

1.1.4 过滤

滤池为重力式无阀滤池，可自动开展反冲洗操作，操作过程及维修环节均具有较强的便捷性，多层滤料的组成包括无烟煤、石英砂、鹅卵石等[1]。

1.1.5 消毒

主要应用二氧化氯进行消毒。

1.2 不足之处

水质和水量即使已经经过处理的，也难以符合既定的要求，同时矿尾水油类物质难以彻底清除。

2 矿尾水和生活废水净化处理技术

采用净化处理技术针对矿尾水以及生活废水实施净化处理的过程中，主要应用原理为污水生物脱氮，即为处于好氧环境中，使用硝化反应的模式，将氨氮氧化处理，并使其转变为硝酸盐，再选择应用缺氧环境开展反硝化反应处理，加速硝酸盐的异化进程，使其还原成为气态氮，并实现有效的清除操作。由此可见，生物脱氮工艺的应用需要经过缺氧及好氧等两个阶段。

2.1 生物脱氧反应

在新鲜污水尚未经过处理时，其中的含氮化合物主要为有机氮和氨态物两个类型，有机氮之中包含氨基酸、蛋白质、氨类有机物、尿素以及硝基化合物等。受到微生物作用的影响，含氮的化合物可以分阶段出现三个不同的反应，分别是“氨化反应”、“硝化反应”以及“反硝化反应”，与此同时，氨化菌作用可以大幅度的影响有机氮化合物，并使其实现分解以及转化，之后构成氨态氮，在此过程中发生的反应为“氨化反应”。在硝化菌作用的影响之下，氨态氮实现分解氧化反应的效果更好。而反硝化反应，属于硝化过程中，硝酸盐以及亚硝酸盐在反硝化作用的影响之中进行还原，形成气态氮，反硝化菌则为缺氧型微生物，需要在缺氧条件下进行反应，反应过程中，其可借助有机物作为碳源，再采用电子供体的能量实现氧化降解，且电子受体为硝酸盐之中的氧[2]。

2.2 生物除磷机理

一般来说，在二级生物处理系统之中，活性污泥微生物生长需要将磷作为一种重要的生长元素，同时也是生物污泥中的重要组成部分，但是磷在活性污泥之中的含量较低，仅为干重的2.3%左右，排放剩余污泥能够起到的除磷效果最好可以达到30%，在污水生物中开展除磷处理工作，应力使用好氧段及厌氧段两部分交替进行的方式，因为活性污泥超量磷吸收的能力较强，强化细胞含磷量较高细菌的基质竞争优势，此时剩余污泥之中的含磷量能够上升至3%～7%，并且剩余污泥中含磷量越大，经过处理的水含磷量就越小。

开展生物处理工作，其中的反应过程主要如下：厌氧区：在厌氧状态下，其中不包含溶解氧以及硝态氧，兼性细菌可以将BOD 转化成为为VFAS，生物贮磷可以获得VFA，将VFA 向细胞内输送，之后其中发生同化现象，也就使VFA 转变成为胞内的碳能源存贮物，由聚磷水解以及细胞内糖酵解共同提供能量，并强化释放磷酸盐的效果；好氧区：借助聚磷模式，细菌不仅可以贮存满足自身生长需求、以及更多的磷量，还可借助PHB/PHV 氧化代谢过程中产生的能量，为磷吸收、聚磷合成的效果提升提供支持，聚磷酸高能键则为其中主要的能量存储方式，去除液相磷酸盐，形成贮磷菌细胞，同时持续生成富磷污泥，条件适宜时，贮磷菌能够合成、存贮细胞内糖；除磷系统：剩余淤泥排放完毕即可除去系统中的磷[3]。

3 矿尾水和生活废水净化处理技术的应用

3.1 工艺流程

将矿尾水和生活废水置入到调节池，经过厌氧、缺氧、好氧阶段，进入二沉池、中水调节池、澄清池、过滤池，最后进入清水池，接着可以对经过处理的水回用。

某一矿尾水和生活废水净化处理回用工程于2019 年年底建成，同时投入使用，需要首先应用格栅井将水面漂浮物去除，之后将水置入调节池，针对水质和水量进行调节之后，借助提升泵将水提升到厌氧、缺氧、好氧池之中，池内挂膜、池底鼓氧，以针对有机物进行氧化讲解，并起到脱氮以及除磷的作用。出水应流入到二沉池中，再进入到中水调节池开展回用处理工作，将中水调节池之中的水提升至澄清池之中，需要在提升时适量加入混凝剂，经过澄清池之中的反应和沉淀处理，泥与水实现分离，其中的上清液可流入到过滤池之中进行过滤，完成过滤再流入到清水池，实施消毒处理之后方可进入到回用阶段。与此同时，澄清池以及二沉池所排出的污泥能够共同进入到污泥浓缩池之中，经过浓缩处理再流入干化厂。

3.2 主要工程和设计

3.2.1 格栅井

格栅井的位置在集水沟之中，其中主要包含粗格栅和细格栅，格栅的宽度均为500 mm，且相邻粗格栅之间的间距应为15 mm，相邻的细格栅之间的间距应为5 mm，安装角度则应控制为60°。

3.2.2 调节池

根据设计方案，调节池总容积应为1 169 m3，结构为矩形钢混结构，水力停留8 h，能够起到预沉悬浮物的作用，可以实现水量的调节和水质的均化，池底应设曝气管，以提升废水溶解氧浓度，并强化其中的油脂浮升效果，同时还可在更加有效的助凝，从而避免污泥发生沉淀。

3.2.3 厌氧、缺氧、好氧生化处理池

厌氧—好氧生化处理池属于钢混结构，18 h 为设定的水力停留时间，有效容积为2 234 m3，属于针对生活污水进行处理的主要构筑物，池中虚设置半软性填料，并于池底设曝气管。在该系统之中，各种形式的氮、磷以及SS 还是BODs 均能够被去除，且对于活性污泥来说，其中的菌群主要有聚磷菌、硝化菌以及反硝化菌构成。处于好氧段时，借助生物硝化作用，由入流氨氮以及有机氮氨共同转化形成的氨氮，可以在硝化细菌进行生物硝化的过程中，转化为硝酸盐；在缺氧段，通过内回流过程带入硝酸盐，可以由反硝化细菌采用生物反硝化的形式生成氮气，再将其输入大气，以实现脱氮；在厌氧段，聚磷菌可释放磷，并持续吸收易降解有机物，例如低级脂肪酸，好氧段的除磷菌，则能够超量吸收磷，并借助排放剩余淤泥的过程起到除磷作用。在该系统之中，一般来说，水中含磷质量浓度可以被控制在1 mg/L 以下，且氨的含量可控制在15 mg/L 以下，并且因为污泥以交替的形式进入到好氧池和厌氧池之中，所以丝状菌数量相对较少，污泥整体沉降性能也就较为良好[4]。

3.2.4 二沉池

二沉池由钢混结构构成，池底部包含一个泥斗，通过泥斗进行泥水之间的分离，最后澄清。

3.2.5 回流污泥池

回流污泥池由钢混结构构成，回流污泥于此中转。

3.2.6 中水调节池

中水调节池由钢混结构构成，为矩形，376 m3为设计容积，水力停留3 h，可以开展水量调节工作。

3.2.7 澄清池

澄清池属于水力循环的澄清池，设计容积549 m3，水力停留时间4.3 h，其中包含斜管，结构为钢砼结构，主要开展回用处理工作。工作过程中，应于其中加入浓度（质量分数）为0.005%左右的聚合氯化铝，且用量应以水质为基础进行合理调整。在经过絮凝、沉淀两个环节之后，水进入滤池，开始净化。一般来说，澄清池工作流程紧凑，且占地面积较小，相对于传统形式的净化处理，大幅度减少了净化剂的使用量。

3.2.8 过滤池

过滤池设计容积为95 m3，过滤速度为8 m/h，其中包含滤料，整体上为钢砼结构，其属于回用处理类的构筑物，可以去除细小矾花。

3.2.9 消毒、清水池

过滤池处理水后，水应进入消毒、清水池中，该池属于钢混结构，容积为336 m3，消毒工作所需的时间为0.7 h，消毒处理可以灭杀病源微生物，以避免其导致身体受到危害，也就可以有效控制疾病传染[5]。

3.2.10 污泥浓缩池

污泥浓缩池可以同时接收来自高效澄清池、回流污泥池的污泥浓缩池的有效容积为100 m3，污泥在其中进行停留的时间应为22 h，并在此过程中完成污泥的浓缩处理工作。

4 结语

在煤矿之中应用矿尾水和生活废水净化处理技术，需要首先构建起一个净化处理回用工程，之后在其中设置格栅井、调节池、厌氧、缺氧、好氧生化处理池、二沉池、回流污泥池等各个环节，矿尾水以及生活废水经过各个环节的处理和过滤，再经过消毒，即能够做为净化水进入到回用阶段，从而起到节约水资源、提升水资源利用率的作用，不仅有利于缓解用水紧张的情况，还可在一定程度上提升环保效益。