矿区生活污水处理过程中多相泥膜耦合生物技术应用

贾海琴

（霍州煤电辛置煤矿环保节能中心，山西 霍州 031400）

0 引言

煤矿生活污水的排放标准逐步严格，部分地区要求污水处理出水水质达到地表水Ⅳ类标准，而现阶段部分煤矿项目采用污水处理工艺以及配置的处理设施均难以满足该污水处理排放要求，升级污水处理方案势在必行[1]。多相泥膜耦合施工技术属于矿区生活污水处理中的典型技术，基于此，有必要探讨多相泥膜耦合生物技术的应用原理，根据试验检测结果考察技术的可行性，为矿区生活污水处理提供技术参考。

1 试验材料的选取

试验水样取自某煤矿生活污水调节池，将一周内取样检测数据的平均值作为水样的关键水质参数：COD=188.4 mg/L，pH 值为6.87，ρ（氨氮）=23.6 mg/L，ρ（总氮）=31.2 mg/L，ρ（总磷）=6.3 mg/L，微量元素营养液0.1%（微量元素体积分数）。

2 中试工艺流程

矿区生活污水由处理站内格栅井经泵打入中试处理系统，先进入调节池，再进行反硝化总氮脱除，出水流入高密度曝气生物增浓池膜生物反应器，通过出水膜做过滤处理。

3 多相泥膜耦合生物技术应用

3.1 处理工艺

生物滤池、SBR、A/O 法等均是常用的煤矿生活污水处理方法，但此类方法难以保证污水处理水质符合地表水Ⅳ类水质标准，应用效果相对有限，因此亟需研究更具可行性的方法。现阶段，多相泥膜耦合生物处理技术颇具代表性，处理装置包含生物膜和膜生物反应器，融合A/O、MABFT、MBR 多种技术优势，配合活性污泥法处理矿区生活污水，可有效去除废水COD，并取得良好的脱氮除磷效果[2]。

试验采用包含调节池、兼氧池、MABFT 池和MBR池的一体化处理装置。调节池有效容积150 L，用于存储生活污水；反硝化脱氮池有效容积120 L，经泵将调节池的污水打入兼氧池，由反硝化填料处理；MABFT池的有效容积为200 L，含有高密度生物载体填料及活性污泥，负责处理源自于兼氧池的泥水混合物；MBR 池的有效容积为120 L，核心处理装置为MBR膜组件，由其处理来自于MABFT 池的污水。经过各反应池的依次处理后，最终排放达标的污水。

3.2 矿区污水试验条件

进水水量为30 L/h，考虑10 d 的调试器和15 d的运行期，进行为期25 d 的矿物污水试验，好氧池、兼氧池内溶解氧质量浓度分别为3～6 mg/L、0.5～1.5 mg/L，向兼氧池内补充100 mg/L 的葡萄糖，作为反硝化碳源；兼氧池和MABFT 池的回流量相同，污泥回流至两池内；污水处理质量检验的样品均取自反应池上清液，每日安排一次检测，最终的水质测定结果取试验过程中每日检测结果的平均值。

3.3 现场中试试验结果

3.3.1 COD 的去除

食堂清洗废水和生活冲洗水属于矿区生活污水的COD 主要来源渠道，污染物有两条路径：一是到达兼氧池内，作为碳源供反硝化菌进行脱氮；二是到达MABFT 池和MBR 池，供好氧菌的繁殖。不同反应池在不同试验时间的COD 数值，如图1 所示。

图1 各反应池内COD 数值随时间的变化

根据图1 可知：污水COD 为150～220 mg/L，在污水处理全过程中，生化池COD 在调试期均有所降低，COD 经各反应池的处理后表现出逐步降低的变化趋势，调试期结束后，平均出水COD 为22.3 mg/L，通过与原始状态下的COD 进行对比可知其去除率达到88.5%。MABFT 池中微生物处理矿区生活污水后仍留有部分无法去除的污染物，随着污水进入MBR池，在此反应池的膜过滤作用下可被深度去除，因此最终处理好的矿物生活污水的污染物含量大幅降低[3]。并且，兼氧段即可去除60%的COD，表明此反应池的反硝化效果良好。

3.3.2 氮污染物的去除

矿区生活污水中氨氮污染物的清理主要发生于好氧段，氧气充足时，硝化菌将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，去除污染物。各反应池的污水氨氮质量浓度变化情况，如图2 所示。

图2 各反应池内氨氮质量浓度值随时间的变化

根据图2 可知：兼氧池中氨氮质量浓度为6～10 mg/L，与MBR 池污泥回流从而稀释原水以及回流物中存在硝化菌有关，可在兼氧池内去除部分氨氮物质；经过MABFT 反应池的处理后，氨氮质量浓度进一步降低至1.0 mg/L，去除率超过95%，原因在于此反应池内的填料可富集微生物，因大量微生物参与至污水处理中，提高了氨氮的去除率。

在矿区生活污水处理末期测定各反应池内氨氮、硝态氮、亚硝态氮的浓度。兼氧池、MABFT 池、MBR池的出水总氮质量浓度分别为11.0、5.6、4.7 mg/L，反应池内氨氮氧化为硝态氮，降低了亚硝态氮的质量浓度，化学反应条件良好时可以将其控制在总氮浓度的10%以内。MABFT 反应池的填料内部存在兼氧区和厌氧区，反硝化菌因内部存在缺氧条件而快速生长，因而可在一定程度上去除总氮。

基于多相泥膜耦合生物技术的处理系统对矿区生活污水的总氮去除率约为80%，相比传统污水处理工艺而言具有更良好的总氮去除效果。

3.3.3 总磷的去除

总磷的排放标准不可超过1.0 mg/L。在采用多相泥膜耦合生物技术时，除磷主要通过聚磷菌进行，主要原理为：分好氧和厌氧两种条件，聚磷菌分别吸收磷、释放磷，加速合成微生物细胞物质。测定进水、出水的总磷含量，根据测定结果评价多相泥膜耦合生物技术在除磷中的应用效果，结果如图3 所示。

图3 进水、出水的总磷变化

矿区生活污水中含有较多的清洗水，总磷质量浓度主要集中在5～8 mg/L，总磷浓度较高。通过多相泥膜耦合生物技术处理矿区生活污水后，总磷质量浓度最低降至0.7 mg/L，去除率约为89%，表明多相泥膜耦合生物技术具有良好的总磷去除效果。

4 结论与展望

4.1 结论

1）矿区生活污水实测COD=150～220 mg/L、ρ（NH3-N）=20～32 mg/L、ρ（TP）=5～8mg/L，采用多相泥膜耦合生物技术处理后，出水实测结果为COD＜30 mg/L，氨氮质量浓度＜1.5 mg/L，总氮质量浓度＜5.0 mg/L，总磷质量浓度＜1.0 mg/L。

2）各反应池均可去除一定量的矿区生活污水污染物，其中MABFT 池的填料可富集活性污泥，加快污染物质的去除速度，总氮去除率达到95%，总磷去除率达到89%。

3）多相泥膜耦合生物技术采用“兼氧－MABFTMBR”的处理流程，可有效处理矿区生活污水，出水达到地表水Ⅳ类水质标准。

4.2 展望

1）生物膜对耦合工艺的强化效果值得肯定，但尚有较大的进步空间，需要在现有技术的基础上做进一步的研究，在去除率、运行参数优化等方面寻找突破口，研发更具可行性的反应装置，充分发挥出耦合工艺在污水处理中的应用优势。

2）BER 集电解法的氧化还原能力和生物膜的微生物附着特性于一体，能够较好地去除污水中的氯化物、含重金属离子等污染物，但此工艺的应用受制于挂膜方式、电极材料。在未来的技术发展中，应重点研究电化学相关技术，优化BER 中生物膜去除技术，提升BER 的污水处理性能。

3）生物膜-膜处理耦合工艺是融合多项污水处理工艺的综合形式，在处理矿区生活污水中有良好的应用效果，但膜性能问题仍有待研究，未来应重点关注生物膜的挂膜和生长管理，丰富生物膜的类型以及膜处理工艺，强化工艺耦合效果，提高矿区生活污水处理水平，将膜工艺推广至其它污水处理工作中。