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煤矿生活污水主要来自矿工生活区、职工食堂、浴室、独身宿舍及办公场所排水等，且职工洗浴污水占相当大比重(约70%～80%)，其具有机污染物浓度低、水质水质变化较大、可生化条件较差的水质特性。某煤矿位于山西省朔州市北部13km处的陶村，生活污水产生量约400m3/d，主要为办公楼、食堂和洗浴等产生的污水，具有煤矿生活污水水质的普通性特性。随着环保政策日趋严厉，该矿生活污水需处置后全部回用(不得外排)，原有生活污水处理设备已不能满足回用对其出水水质请求，因而需对其晋级改造并提升出水水质。
1、生活污水处理站现状
1.1 原有工艺流程
原有生活污水处置站设计处置才能为480m3/d，采用10mm机械格栅+调理池+初沉池+好氧池+二沉池+二氧化氯消毒的处置工艺，设计出水水质执行《污水综合排放规范》(GB8978-1996)二级排放规范。原有生活污水处置工艺流程见图1。
1.2 存在的问题
原有生活污水处置站存在的主要问题：
①初沉池、好氧池、二沉池、消毒池为地埋式一体化污水处置设备，已运用近10年，设备主体构造破损，渗漏严重，接近报废;
②应用盐酸和氯酸钠化学反响生成的二氧化氯实施消毒，由于盐酸属于严厉管控物资，不易购置，原有消毒设备没有运转;
③调理池有效调理容积为80m3，偏小，不能满足矿工集中洗浴排水时的水量调理需求;
④生活污水处置后大局部外排，不契合生活污水应全部回用不外排的环保请求;
⑤依据用水需求，矿方规划将生活污水处置后回用于冲厕、绿化、选煤厂生产用水及空中洒水，现有处置工艺的出水水质不能满足回用水质请求以及《城镇污水处置厂污染物排放规范》(GB18918—2002)的一级A规范，故需提标改造。
2、设计范围及进、出水水质
生活污水处置站晋级改造范围为480m3/d。经过对现有生活污水处置站进水水质化验剖析，并参照同类煤矿生活污水水质材料以肯定设计进水水质(见表1);生活污水经处置后回用于冲厕、绿化、选煤厂生产用水及空中洒水等，不外排。设计出水水质执行《城镇污水处置厂污染物排放规范》(GB18918-2002)中一级A规范、《城市污水再生应用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)中道路打扫、绿化、冲厕、洗车用水水质请求的最高指标。
3、处置工艺选择
采用AO生物膜+MBR+活性炭过滤作为该生活污水晋级改造项目的处置工艺，工艺流程见图2。
①调理池
由于该煤矿生活污水80%左右为洗浴排水，洗浴排水具有集中性、间歇性、水量大的特性，为了调理水量水质和合理设计水处置设备范围，保证水处置构筑物运转的连续性、稳定性，需增加调理池的有效调理容积。
②生化处置工艺选择
AO生物膜兼有生物膜法和活性污泥法二者之长，其是在活性污泥工艺的反响池装设组合填料，反响池内的生物量由悬浮态污泥和附着态生物膜组成，大幅提升了反响池内生物量，有利于生长迟缓的硝化菌的生长汇集，增加了系统耐冲击负荷才能和除污效率，减少污泥产量，不产生污泥收缩，较适用于现有污水厂的提标改造。AO生物膜工艺同时具有缺氧段、好氧段微生物互相独立，各自一直处于最佳生态环境中，不受厌氧、好氧环境交替的抑止作用，缺氧段污水中的有机物可直接作为碳源被反硝化细菌应用，到达同步去除COD和脱氮目的。另外，采用组合填料作为生化反响池内微生物生长载体，由于组合填料比外表积较大，反响池中大量生物体附着在填料上，而悬浮在池内的生物量并不很高，工艺脱碳、硝化效果好，硝化段的出水SS较低，可不设污泥回流。膜生物反响器(MBR)的过滤作用使微生物完整被截留在反响器中，完成了水力停留时间和污泥龄的彻底别离，系统污泥浓度是传统活性污泥法的2～3倍，使生物反响器坚持较高硝化才能和污染物去除效率，对强化和稳定出水水质有重要作用，同时大大减小了生化池的池容;MBR膜池取代传统二沉淀，缩短了处置流程，减少了土建工程量和投资。因而AO生物膜一MBR工艺具有有机负荷率高、处置效率高、出水水质好、反响器容积小、占空中积少等优点。进一步研讨标明，低温、低碳源是影响煤矿污水处置脱氮稳定达标的关键要素，关于AO生物膜一MBR工艺能够保证如硝化菌等生长迟缓的微生物在系统中截留、富集，强化系统脱氮效果，同时具有污泥产量少、污泥颗粒较大、易于泥水别离、污泥处置费用相对较低的优点。综上所述，分离该项目进、出水水质特性和改造用空中积慌张的实践状况，设计采用AO—MBR作为本项目生化处置工艺。
③深度处置工艺
活性炭作为一种多孔物质，比外表积大，可以疾速吸附前级水处置设备走漏出来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用，同时还可去除溶解性COD。另外，活性炭外表通常有各种上下不同的凸起，可为微生物提供适合的附着点，长时间运转后活性炭外表会附着微生物，以生物活性炭的方式完成对污水的深度处置。研讨标明，单纯活性炭吸附工艺可降低生化出水的COD，进一步提升出水水质。
④消毒
紫外线消毒属于纯物理消毒办法，具有简单便利、广谱高效、无二次污染、便于管理和完成自动化等优点，常用于生活饮用水消毒，但其不具有持续消毒才能。次氯酸钠是一种高效、广谱、平安的强力灭菌消毒药剂，它与水亲和性好，能与水以恣意比互溶，易置办贮存，操作平安便当，可在各种环境及工作情况下投加，可替代二氧化氯作为小范围煤矿生活污水处置的消毒药剂。本项目出水回用于冲厕、绿化、选煤厂生产用水及空中洒水等，采用紫外线和次氯酸钠两级消毒以保证消毒效果和持续消毒才能。
⑤污泥处置
剩余污泥排至剩余污泥池。由于本项目产生的剩余污泥较少，设计将剩余污泥运至矿井水处置站，依托矿井水污泥处置系统对其实施脱水处置。
4、主要建(构)筑物改造设计
4.1 调理池
应用原调理池及原有10mm机械格栅，新建1座有效调理容积为220m的全公开式钢筋混凝土构造调理池，与原调理池串联运用，改造后调理池总有效调理时问为15h。在新建调理池设1台4kW潜水搅拌器以避免ss沉降;设2台潜污泵(Q=20m3/h，H=100kPa，N=2.2kW，1用1备)提升污水后依次进入毛发汇集器和生化处置系统。毛发汇集器完成对粒径>1mm颗粒物的去除，对MBR膜起到维护作用。
4.2 组合池
设组合池1座，钢筋混凝土构造，包括：缺氧池、好氧池、MBR膜池、中间水池、污泥池、离线化学清洗池、泵坑。
①缺氧池。
有效容积为80m，HRT=4h，反硝化容积负荷为0.36kgNOx-一N/(m3填料·d)，缺氧池悬挂纤维束组合填料，填充率为50%。纤维束组合填料具有比外表积较大、阻力小，布水、布气性能好，易挂膜和流化、不易阻塞、运用寿命长等特性。。。缺氧池内设1台2.2kW潜水搅拌器用于污水混合。
②好氧池。
有效容积为144m3，HRT=7.2h，好氧池组合填料填充率为60%，BOD容积负荷0.50kg/(m3填料·d)。在填料下方设DN65微孔曝气软管曝气，充氧才能为0.147kg/(m·h)，氧应用率为15%，效劳面积为0.5m2/m。运转过程中生物膜受上升气流搅动，一方面可为生物膜曝气供氧，另一方面可控制生物膜再生。依据微生物生长状况，可经过变频措施调理曝气量大小，控制生物膜更新速度，使其坚持较高活性。曝气风机2台(1用1备)，Q=3.46m3/min，P=49kPa，N=7.5kW，变频控制。
③MBR池。
尺寸为3.5m×4.2m×4.5m，HRT=3h，设2组膜组器，每个膜组器选用40帘截留孔径为0.03m中空纤维膜，单帘有效膜面积为20m，设计产水通量为12.5L/(m2·h)。膜吹扫风机2台(1用1备)，Q=6.05m3/min，P=49.0kPa，N=11kW(变频)。
④MBR膜离线清洗池。
1座，尺寸为1.8m×3.5m×3.0m;中间水池1座，尺寸为2.05m×3.075m×3.6m，主要搜集MBR系统产水;污泥池1座，主要贮存剩余污泥，尺寸为2.05m×3.075m×3.6m;污泥池设排泥泵1台。设泵坑1座，尺寸为2.9m×4.2m×3.0m，泵坑设MBR产反洗泵、硝化液回流泵、活性炭过滤提升泵。MBR产水泵和反洗泵共用，MBR出水进入中间水池，反洗自中间水池取水。MBR产反洗泵2台(1用1备)，Q=38.5m3/h，H=200kPa，N=3kW，采用恒流质变频控制。MBR系统采用自动化控制运转，程序设计抽8min、停2min自动运转，120个制水周期水反洗一次。过滤提升泵2台(1用1备)，Q=21.6m3/h，H=220kPa，N=3kW，其自中间水池取水经提升依次经过活性炭过滤和消毒后进入回用水池。硝化液回流比为200%，设硝化液回流泵2台(1用1备)，Q=40m3/h，H=100kPa，N2.2kW。硝化液回流泵兼作剩余污泥泵，当系统剩余污泥较多时，可将剩余污泥排至污泥池。
4.3 MBR设备间
MBR设备间1座，平面尺寸为9.92m×7.3m，轻钢构造，设MBR化学清洗安装、化学加药安装、值班控制室、配电室。设计进水BOD5/TN=2.22，进水BOD不能满足脱氮需求，设乙酸钠碳源投加安装1套，可依据运转需求调理乙酸钠投加量。设化学除磷安装1套，PAC(Al2O3，含量为27%)投加量为14mg/L。
4.4 原有生活污水处置车间
在原生活污水处置车间设曝气风机、膜吹扫风机、机械格栅、紫外线消毒安装、活性炭过滤器、次氯酸钠消毒安装。将原直径为1.8m的石英砂过滤器改造为活性炭过滤器，滤速为7.86m/h，反冲洗水洗强度为10L/(m2·s)，颗粒活性炭粒径为0.6～1.2mm，碘吸附值>1000mg/g，滤料厚度为1.8m。设1套管道式紫外线消毒器，处置水量为20m3/h;次氯酸钠消毒安装1套，次氯酸钠投加量为4mg/L(以有效氯计)。
4.5 回用水池
回用水池有效容积为300m3，设回用水泵2台(1用1备)，Q=50m3/h，H=460kPa，N=11kW。活性炭过滤反洗水泵2台(1用1备)，Q=90m3/h，H=200kPa，N=15kW。
5、运转效果和经济剖析
该项目于2017年8月开工建立，2017年12月完工，调试期进水量为360m3/h，满足设计进水负荷请求，调试期正益处于北方冰冷冬季，但由于生活污水中洗浴水量较大，系统调试运转期间在室外温度为一30℃的条件下生化池没有呈现结冰状况;调试1个月后，组合填料上微生物挂膜良好，拜托当地环境维护监测机构连续5天对该项目进、出水水质实施了监测，出水水质到达或优于设计值，详细如表2所示。
该工程总投资为340.4万元，其中土建工程投资为143.7万元，设备及其他投资为196.7万元。运转本钱为1.19元/m3，其中燃料动力费为0.54元/m3，药剂费为0.11元/m3，工资福利费为0.41元/m3(定员3人，每人工资及福利费为24000元/a计)，活性炭填料每年改换1次，改换费用为0.13元/m3。
6、结论
采用AO生物膜+MBR+活性炭过滤作为朔州某煤矿生活污水改造项目的主体处置工艺，该工艺具有流程短、处置效率高、反响器容积小、占空中积小的特性，出水水质满足或优于设计出水水质请求。该改造工程的胜利施行，可为相似小范围煤矿生活污水处置设计和生活污水资源化应用积聚经历和提供自创。
