IBR生物处理工艺在矿区污水处理站改造中的应用

肖桂元

[摘要]国投新集能源股份有限公司口孜东矿对生活污水处理站进行提标改造，原生物接触氧化法处理工艺不变，在旁边增加一套日处理能力为3000m3/d的IBR生物处理工艺，以增加生活污水处理站的处理能力提升处理效果，确保处理后的生活污水满足矿中水回用要求和新的环保要求。

[关键词]生活污水处理站 提标改造 IBR生物处理工艺 中水回用 水质

[中图分类号]TD7 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）12-0144-02

国投新集能源股份有限公司口孜东矿属于安徽省“861”

行动计划新建项目，地处安徽省阜阳市颍东区与颍上县交界处，设计生产能力500万吨/年，服务年限为60.2年。矿井采用立井开拓方式，工业场地内布置主井、副井及中央回风井3个井筒。[1]该矿生活污水站2008年建成，2011年投入使用，设计规模为2500m3/d。采用生物接触氧化法处理工艺。生活污水处理站投入使用后，处理水量没有超出设计能力，处理站运行状况良好，出水指标符合设计要求。但由于该矿生产布局逐步打开，矿井人员也逐渐增加，矿井后期生活污水量将达到 5000—5500m3/d，现有的生活污水处理站处理能力已不能满足正常生产所需，拟保持一期生活污水处理站正常运行的基础上增加一套IBR生物处理设施。

一、改造技术指标分析

（一）工程规模

矿井目前总的生活用水量经过详细测算约为4101.35m3/d。考虑0.95的折减系数以及约500m3/d的工业排水，矿井总的污水量约为：Q=4101.35X0.95+500=4396.28m3/d。[2]

另一方面，矿井水源井目前每天抽采地下水量约为6000 m3/d，减去井下消防洒水用水量，地面每天用水量约为4600 m3/d。

综合以上因素，同时考虑矿井的后续发展以及现有污水处理设施提标的需要，污水处理能力定为5500m3/d，除了现有2500m3/d处理能力以外，解决矿井全部生活污水的处理，需扩建约3000m3/d的生活污水处理能力。

（二）进、出水水质

1.进水水质

经过取水样进行水质化验，生活污水进水水质为：PH值：7.5；SS：200mg/L；COD：150mg/l；BOD5：110mg/l。

2.出水水质

回用的生活污水达到工业广场选煤生产补水、建筑中水、绿化用水等水质要求。[3]

井下消防洒水水质标准：PH6.0～9.0，悬浮物含量（SS）不超过30mg/L，大肠菌群不超过3个/L；城市杂用水水质标准（绿化、冲厕）：浊度≤5NTU，BOD5≤10mg/L，氨氮≤10mg/L，总大肠菌群不超过3个/L。[4]

排放水要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准：PH值6～9、SS≤10mg/L、CODcr≤50mg/L、BOD5≤10mg/L。[5]

二、改造施工方案

本次工程设计内容主要包括污水泵房改造、3000m3/d的IBR生物反应池、中水回用过滤车间、生活污水污泥处理系统、加药间改造以及工业广场污水管网、回用管网的改造完善等。

（一）污水泵房改造

利用现有污水泵房，重新设置污水提升泵3台，1台供现有污水处理系统，1台供新建IBR生物反应池，1台备用。污水泵采用自吸式无堵塞排污泵。

（二）IBR生物反应池

IBR生物反应池的土建及设备安装均按平均流量（3000m3/d）进行设计。设计采用2座IBR生物反应池，合建。

功能：IBR生物反应池是污水处理关键性构筑物，利用微生物菌群的不同功能，进行生物脱氮除磷，同时去除有机物，并进行泥水分离，将剩余污泥送入污泥浓缩池，浓缩后脱水。

（三）活性砂过滤系统

IBR生物反应池出水及一期生物接触氧化池出水通过活性砂过滤系统处理后达到排放标准或回用。

（四）生活污泥处理系统

二期工程增设生活污水污泥处理系统，对全厂生活污水污泥进行就地脱水处理。一期生活污水定期排泥，IBR池静置沉淀15～30min后排泥。一、二期污水处理剩余污泥均自流至污泥浓缩池，经浓缩后的剩余污泥提升至螺旋污泥脱水机进行脱水处理。脱水处理后的生活污泥量较少，可作为绿化施肥或与生活垃圾一并处理。

（五）污水管网改造[6]

污水管网改造工程分两部分：一部分为通风区队楼、机电运输区队楼、采制化办公楼等排水；一部分为单身区安居工程建设后的配套管网建设。本次设计在煤泥沉淀池附近设污水泵房一座，利用原煤泥沉淀池出水管作为压力排水管，将该三幢办公楼的生活污水排至污水处理站。

单身区再建7幢单身宿舍楼后，由于污水管网标高、管径等限制，其生活污水将不能自流至矿井生活污水处理站污水泵房。本次设计在单身区设污水泵房一座，场前区单身宿舍B、C、D、E幢及新建单身宿舍楼的生活污水均自流至该污水泵房，最后通过污水泵提升至污水处理站调节池。

三、IBR工艺特点

该矿生活污水特点：水量小、BOD值偏低且含有部分煤粒、煤粉。经污水调节池均质调节后的生活污水通过常规的二级生化处理后可达到部分回用标准，但若达到一级A排放标准或作为中水回用，需再进行深度处理。常规的二级生化处理主要方法有活性污泥法和生物膜法。活性污泥法运行稳定、耐冲击负荷能力强，但基建费用高、管理复杂，适合于大、中型污水处理厂。生物膜法对中、小型污水处理厂使用较多，口孜东矿井现有污水处理站就是采用生物膜法中的接触氧化法。接触氧化法对冲击负荷适应性强、不需污泥回流、管理简单，但运行成本较高、脱N除P效果较差。

IBR是一种集生物反应及沉淀于一体的连续进出水间歇曝气的周期循环活性污泥法生物反应器。IBR生化是通过调节曝/停比在反应池中营造多级好氧/缺氧/厌氧状态，使污水在反应器中处于最佳的脱氮除磷工况，从而最大限度地去除污水中氮、磷，IBR内动力设备只有潜污泵与潜水搅拌器。配置的自控装置可根据原污水水质水量，灵活调整IBR运行模式，在保证出水水质前提下，使工艺能量消耗最小值。该工艺具有构筑物少、用地节省，机电设备少、能量消耗低、运行费用低，控制简单，运行无噪音污染等特点。

根据污水处理厂进水及出水水质要求，并结合拟建污水处理厂用地条件、规模、管理水平等因素综合考虑，决定采用IBR生物处理工艺，深度处理采用活性砂过滤系统。在夏季部分时间段进水磷超标时，采用投加强化药剂的方法进行去磷处理。IBR工艺设计处理水量按3000m3/d考虑。工艺流程如下：生活污水→调节池→提升泵房→IBR生物反应池→活性砂过滤系统→生产水池→回用。

四、成本分析

（一）社会效益分析

本工程的实施，大大减少了污染物的排放量，改善了矿井周边生活环境，改善了企业与周边居民的关系，提高了企业的综合效益，促进了矿区可持续发展。[7]

（二）环境效益分析

本工程实施后，生活污水每天运行量按5500m3计算，一年运行365天，每年可消减SS约300吨，每年可消减COD约400吨，大大减少了对周边环境的污染；本工程每天回用中水为4171.8m3，也即每年少抽采地下水 1522707m3，很好地保护了水资源环境。

（三）经济效益分析

本工程经济效益分析时，应只计算为提高中水回用而增加的投资和运行成本，为达到环保要求和配套安居工程的建设成本除外。本工程每天回用中水约为4171.8m3。也即每年少抽采地下水1522707m3。目前矿井抽采地下水包含水资源费及设备折旧、电费等约为0.85元/m3，即每年可节约抽水成本约129.43万元（A）。完善本次工程，提高中水回用率，需增加投资约293.45万元。按15年使用年限考虑，每年折算为19.56万元（B）；同时需增加处理成本及人员工资、设备维修费用约为0.15元/m3水，每年增加成本24.78万元（C）。

本项目经济效益计算如下：年经济效益=A-B-C=129.43-19.56-24.78=85.09万元

五、效果分析

试运行后，委托阜阳市环境监测站对生活污水处理站进口和排口进行监测，具体数据如下：

通过监测数据可以看出，此次改造达到设计预期处理效果。

六、结论

综上所述，IBR生物处理工艺在该矿的生活污水处理站改造中应用取得了较好的效果，通过同时改造配套中水回用系统，不仅节约了水资源，减少了地下水的开采量，而且具有可观的经济效益。从经济角度和国家环保政策方面分析，本工程的建设是可行的，该工艺值得大力推广。

【参考文献】

[1]口孜东矿井及选煤厂初步设计[M].2006.

[2]煤炭工业给水排水设计规范[M].GB50810-2012.

[3]建筑中水设计规范[M].GB50336-2002.

[4]煤矿井下消防、洒水设计规范[M].GB 50383-2006.

[5]城镇污水处理厂排放标准[M].GB18918-2002.

[6]室外排水设计规范[M].GB 50014-2006.

[7]中华人民共和国水污染防治法[M].2008.2.28.

责任编辑：张丽