我國不僅水資源缺乏而且水污染形勢嚴峻，是世界13 個貧水國之一，污水資源化利用是一條有效的節(jié)水途徑。既可減少污染，又可增加可利用的水資源，能夠明顯提高環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。濟寧三號煤礦是設(shè)計年產(chǎn)量500 萬t 的特大型現(xiàn)代化礦井，配套建設(shè)規(guī)模為2×300 MW 電廠一座，為大用水終端，僅電廠采用地下深井水作為冷卻補充水一項，夏季需用量為18 000 m3/d，冬季為12 000 m3/d。礦區(qū)位于山東省濟寧市微山湖畔，生活污水排放量為4 500 m3/d，受納水體為南陽湖，國家南水北調(diào)工程核心保護流域。針對特殊的地理環(huán)境和礦區(qū)產(chǎn)業(yè)布局，濟寧三號煤礦采用生活污水資源化利用工程處理生活污水〔1〕。處理后的水用于電廠循環(huán)冷卻補充水，實現(xiàn)了生活污水零排放，取得了較好的效果。
1 設(shè)計目標和水質(zhì)指標
根據(jù)濟寧三號煤礦生活污水排放量，確定生活污水設(shè)計規(guī)模為4 500 m3/d。產(chǎn)生的生活污水主要來源于煤礦辦公洗排水、食堂洗滌水、澡堂洗浴水、單身宿舍排水等。與城市生活污水相比含有一定煤屑、泥砂雜質(zhì)，所以懸浮物含量較高，有機物（BOD5）濃度相對較低，大量的洗浴污水使洗滌劑等成分含量較高。
生活污水原水水質(zhì)指標COD 150~250 mg/L，BOD40~100 mg/L，SS 100~200 mg/L，pH 7.74，氨氮8.68mg/L。設(shè)計出水水質(zhì)指標為COD≤20 mg/L，BOD≤4 mg/L，SS≤10 mg/L，pH 6~9，氨氮≤1 mg/L，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB 3838—2002Ⅲ類要求。DB37/T1575—2010 中要求電廠循環(huán)水補充水水質(zhì)滿足COD≤30 mg/L，BOD≤5 mg/L，SS≤10 mg/L，pH 7.0~8.5，氨氮≤5 mg/L。因此，處理后生活污水可作為電廠循環(huán)冷卻補充水實現(xiàn)生活污水零排放。
2 處理工藝選擇
基于目前我國污水處理技術(shù)現(xiàn)狀，根據(jù)濟寧三號煤礦生活污水水質(zhì)特點和設(shè)計處理目標，處理工藝設(shè)計由三級處理單元組成，即一級物化處理，二級生化處理，三級深度處理的工藝。工藝流程如圖 1所示。
圖 1 工藝流程示意圖
物化處理采用機械格柵、旋流除砂工藝去除生活污水中的雜物和泥砂〔2〕；生化處理采用卡魯塞爾氧化溝生化處理工藝分解、穩(wěn)定和去除水中有機污染成分； 深度處理采用微絮凝過濾+生物活性炭濾池+消毒工藝，將生化處理后污水進一步澄清、過濾、消毒，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB 3838—2002Ⅲ類要求，作為電廠循環(huán)冷卻水補充水。污泥采用污泥濃縮池+帶式壓榨脫水機的處理工藝，剩余污泥經(jīng)污泥濃縮池濃縮后，由帶式壓榨脫水機壓榨脫水后外運填埋。
3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)
3.1 物化處理單元
（1）集水池：集水池為半圓形結(jié)構(gòu)，設(shè)計1 座，停留時間0.79 h，有效容積150 m3。進水側(cè)安裝YXG型循環(huán)耙齒式格柵除污機，柵條間距5 mm，安裝傾角75°，電機功率1.5 kW。用于截留和清除污水體中的固體懸浮物，有效保護水泵安全運行。集水池提升泵設(shè)計安裝2 臺立式排污泵，1 用1 備，型號為KLW150-180-20-18.5，流量180 m3/h，揚程20 m，電機功率18.5 kW。
（2） 旋流除砂系統(tǒng)：1 套，設(shè)計處理水量4 500m3/d。由旋流除砂裝置、砂水分離裝置組成，配套安裝2 臺羅茨風機作為氣提風源。旋流除砂設(shè)備型號為SXC200，功率1.5 kW，沉砂池為圓形結(jié)構(gòu)，直徑2.2 m，高3.7 m，砂水分離器型號為SLF260，流量36~58 m3/h，功率0.25 kW。羅茨風機型號為SSR-65，風量1.18 m3/h，功率2.2 kW。
3.2 生化處理單元
（1）卡魯塞爾氧化溝。氧化溝法是目前較成熟的生化處理技術(shù)，具有較強的承受水量水質(zhì)變化的能力，且能達到良好的脫氮除磷效果。結(jié)合礦區(qū)水質(zhì)特點和相關(guān)設(shè)計規(guī)范〔3, 4〕，設(shè)計1 座，設(shè)計處理水量4 500 m3/d。平面有效尺寸46.625 m×19.40 m，有效水深3.5 m，溝寬4.5 m，采用4 廊道。MLSS 1 500～4 000 mg/L，污泥齡為15 d，氧化溝污泥回流率100%。氧化溝進水端安裝2 臺倒傘型表面曝氣機，型號為SLB2550，葉輪直徑2 550mm，功率30 kW，充氧量60 kg/h，葉輪升降動程140 mm。氧化溝內(nèi)設(shè)置2 套低速潛水推流器，型號為QJB5/4-1800/2-42，螺旋槳直徑1 800 mm，轉(zhuǎn)速42 r/min，功率5.5 kW。
（2）2 次沉淀池。采用輻流式沉淀池，共1 座，池徑20 m，池深3.7 m。設(shè)計水力負荷0.85 m3/（m2·h），停留時間為3.45 h。中心進水，周邊出水，靜壓排泥，池內(nèi)安裝半橋周邊傳動刮泥機1 臺，型號為SBG20，周邊線速2~3 m/min，功率0.75 kW。
（3）集泥井。集泥井設(shè)計1 座，平面有效尺寸為5.6 m×4.6 m，地上2.1 m，地下2.9 m。二沉池回流污泥由重力作用進入集泥井，集泥井內(nèi)安裝2 臺回流污泥泵，1 用1 備，型號為1500QW210-7-7.5，流量210 m3/h，揚程7 m，功率7.5 kW；同時安裝2 臺剩余污泥泵，1 用1 備，型號為65QW25-15-1.5，流量25m3/h，揚程15 m，功率1.5 kW。
（4）污泥濃縮池和儲泥池。鑒于目前生活污水污泥濃縮常用方法〔5〕，選用重力濃縮法，設(shè)計污泥濃縮池和儲泥池連體建筑1 座，濃縮池規(guī)格為D 5.00 m×4.45 m，地上2.4 m，地下2.05 m；儲泥池規(guī)格為1.8 m×1.8 m×3.6 m，地上2.4 m，地下1.2 m。集泥井內(nèi)剩余污泥由剩余污泥泵排入污泥濃縮池，池內(nèi)安裝中心傳動污泥濃縮機1 臺，型號為SNZ5，周邊線速度0.9m/min，功率0.55 kW。濃縮后的污泥在壓差作用下進入儲泥池。
（5）中間水池。二沉池出水自流進入中間水池，半地下式結(jié)構(gòu)。設(shè)計流量4 500 m3/d，停留時間0.53 h，有效容積100 m3，平面尺寸6.10 m×6.10 m，池高3.90 m，地上0.85 m，地下3.05 m，設(shè)計1 座，主要作為深度處理單元的提升加壓，同時設(shè)有溢流管備用。設(shè)計2 臺提升泵，1 用1 備，型號為KLW150-200，流量200 m3/h，揚程12.5 m，功率為15 kW。
（6）污泥處置。污泥采用污泥濃縮池+帶式壓榨脫水機的處理工藝，集泥井內(nèi)剩余污泥經(jīng)污泥濃縮池濃縮后，輸送到污泥脫水機房，由型號為SDG1000，帶式壓榨脫水機壓榨脫水后外運填埋。帶寬1 m，處理能力5~10 m3/h，功率0.75 kW。
3.3 深度處理單元
（1）多介質(zhì)濾池。多介質(zhì)濾池利用石英砂、無煙煤兩種濾料，能較好地去除二沉池出水中懸浮物和膠體，濾池具有自動反沖洗能力。設(shè)計流量4 500m3/d，池數(shù)1 座，濾池內(nèi)承托層礫石層高0.2 m（直徑規(guī)格從上到下依次為2~4、4~8、8~16、16~32 mm，層高均為0.05 m﹚，石英砂濾料粒徑0.5~1 mm，層高0.4 m，無煙煤濾料粒徑1.2~1.6 mm，層高0.3 m。
（2）生物活性炭濾池。其被用于進一步吸附過濾去除水中的有機物。設(shè)計流量4 500 m3/d，池數(shù)1 座。外形尺寸7.80 m×6.30 m×5.42 m，共2 格，采用大阻力配水系統(tǒng)，設(shè)置礫石承托層層高0.7 m，從上到下依次為D 2~4 mm 層高0.1 m；D 4~8 mm 層高0.1 m；D8~16mm 層高0.1 m；D 16~32 mm 層高0.4 m。選用柱狀活性炭濾料，柱徑1.5~2 mm，層高2 m，特性參數(shù)為：碘值≥900 mg/g，亞甲蘭值≥150 mg/g，酚吸附值≥120 mg/g，強度≥90%，總孔容積≥0.65 cm3/g，比表面積≥900 m2/g，顆粒密度0.77 g/cm3，真密度2.0~1.9 g/cm3，堆積密度0.45~0.53 g/cm3，水分≤5%，灰分8%~12%，pH 8~10。每隔3~5 d 沖洗1 次，沖洗強度12~14 L/（s·m2），歷時3~5 min。配備反沖洗泵2 臺，1 用1 備，型號為KLW300-235A，流量970 m3/h，揚程15 m，功率45 kW。
（3）清水池。設(shè)計流量4 500 m3/d，停留時間3.2 h，有效容積600 m3，池數(shù)1 座。平面尺寸12.50 m×12.50 m，池高3.90 m，地上0.45 m，地下3.45 m。安裝清水提升泵2 臺，1 用1 備，型號為KLW150-315A，流量200 m3/h，揚程32 m，功率30 kW，負責向電廠供水。
（4）消毒設(shè)備。采用ClO2消毒工藝，ClO2投加量小于5 mg/L。消毒設(shè)施主要為ClO2發(fā)生器，選用BH-1000 型ClO2發(fā)生器1 臺。
（5）加藥設(shè)備。根據(jù)工藝設(shè)計，在多介質(zhì)濾池前加入PAC 藥劑，投加量小于10 mg/L。選用SFJ1500型加藥設(shè)備1 套，配2 臺加藥計量泵。
4 運行效果及經(jīng)濟分析
經(jīng)較長時間的運行，系統(tǒng)設(shè)施運行良好，處理水質(zhì)穩(wěn)定。出水有關(guān)指標為COD≤16.5 mg/L，BOD≤3mg/L，SS≤6 mg/L，pH 8.04 左右，氨氮≤0.95 mg/L。
設(shè)計生活污水處理水量4 500 m3 /d，工程投資861.2 萬元。其中設(shè)備投資176.223 萬元；土建費用434.378 3 萬元，材料及其他費用250.598 7 萬元。勞動定員12 人，員工平均年工資按30 000 元/人計，人工費為0.22 元/m3； 當?shù)仉妰r為0.52 元/（kW·h），實際每小時平均耗電110 kW·h，電費為0.30 元/m3；PAC 藥劑價格1.3 元/kg，投加量按10 mg/L 計，藥劑費為0.013 元/m3；鹽酸藥劑價格0.8 元/kg 計，氯酸鈉藥劑價格4.0 元/kg 計，生產(chǎn)1 g ClO2需要鹽酸2.2 g和氯酸鈉4.4 g，ClO2投加量按5 mg/L 水計算，消毒費為0.096 8 元/m3；設(shè)備總投資1 762 230 元，按設(shè)備投資3%計取維修費為0.032 元/m3； 設(shè)備折舊每年按投資的10%計，土建折舊按30 a 計，折舊費為0.19 元/m3；活性炭濾池3 年換1 次，每次需要6 萬元，活性炭成本為0.012 元/m3�？傆嬎幚沓杀緸�0.88元/m3。
生活污水處理后作為電廠循環(huán)冷卻補充水，可減少深井水的使用量，深井水取水費用當?shù)貎r格1.5元/t，則每年產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為（1.5-0.88）×4 500×365=1 018 350 元，即101.835 萬元/a。隨著我國深井水價格的不斷調(diào)整，效益將更為顯著。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結(jié)論
該方法適應煤礦生活污水水質(zhì)特點，運行穩(wěn)定，易于管理。煤礦生活污水經(jīng)該方法處理后的出水水質(zhì)優(yōu)于地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB 3838—2002Ⅲ類要求，可作為電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水。
該工程節(jié)省了污水排放費，減少了深井取水費。節(jié)約了水資源，保護了礦區(qū)和國家南水北調(diào)工程流域環(huán)境，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
