我国不仅水资源缺乏而且水污染形势严峻，是世界13 个贫水国之一，污水资源化利用是一条有效的节水途径。既可减少污染，又可增加可利用的水资源，能够明显提高环境效益和经济效益。济宁三号煤矿是设计年产量500 万t 的特大型现代化矿井，配套建设规模为2×300 MW 电厂一座，为大用水终端，仅电厂采用地下深井水作为冷却补充水一项，夏季需用量为18 000 m3/d，冬季为12 000 m3/d。矿区位于山东省济宁市微山湖畔，生活污水排放量为4 500 m3/d，受纳水体为南阳湖，国家南水北调工程核心保护流域。针对特殊的地理环境和矿区产业布局，济宁三号煤矿采用生活污水资源化利用工程处理生活污水〔1〕。处理后的水用于电厂循环冷却补充水，实现了生活污水零排放，取得了较好的效果。
1 设计目标和水质指标
根据济宁三号煤矿生活污水排放量，确定生活污水设计规模为4 500 m3/d。产生的生活污水主要来源于煤矿办公洗排水、食堂洗涤水、澡堂洗浴水、单身宿舍排水等。与城市生活污水相比含有一定煤屑、泥砂杂质，所以悬浮物含量较高，有机物(BOD5)浓度相对较低，大量的洗浴污水使洗涤剂等成分含量较高。
生活污水原水水质指标COD 150~250 mg/L，BOD40~100 mg/L，SS 100~200 mg/L，pH 7.74，氨氮8.68mg/L。设计出水水质指标为COD≤20 mg/L，BOD≤4 mg/L，SS≤10 mg/L，pH 6~9，氨氮≤1 mg/L，达到地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求。DB37/T1575—2010 中要求电厂循环水补充水水质满足COD≤30 mg/L，BOD≤5 mg/L，SS≤10 mg/L，pH 7.0~8.5，氨氮≤5 mg/L。因此，处理后生活污水可作为电厂循环冷却补充水实现生活污水零排放。
2 处理工艺选择
基于目前我国污水处理技术现状，根据济宁三号煤矿生活污水水质特点和设计处理目标，处理工艺设计由三级处理单元组成，即一级物化处理，二级生化处理，三级深度处理的工艺。工艺流程如图 1所示。
图 1 工艺流程示意图
物化处理采用机械格栅、旋流除砂工艺去除生活污水中的杂物和泥砂〔2〕;生化处理采用卡鲁塞尔氧化沟生化处理工艺分解、稳定和去除水中有机污染成分; 深度处理采用微絮凝过滤+生物活性炭滤池+消毒工艺，将生化处理后污水进一步澄清、过滤、消毒，达到地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求，作为电厂循环冷却水补充水。污泥采用污泥浓缩池+带式压榨脱水机的处理工艺，剩余污泥经污泥浓缩池浓缩后，由带式压榨脱水机压榨脱水后外运填埋。
3 主要构筑物及设计参数
3.1 物化处理单元
(1)集水池：集水池为半圆形结构，设计1 座，停留时间0.79 h，有效容积150 m3。进水侧安装YXG型循环耙齿式格栅除污机，栅条间距5 mm，安装倾角75°，电机功率1.5 kW。用于截留和清除污水体中的固体悬浮物，有效保护水泵安全运行。集水池提升泵设计安装2 台立式排污泵，1 用1 备，型号为KLW150-180-20-18.5，流量180 m3/h，扬程20 m，电机功率18.5 kW。
(2) 旋流除砂系统：1 套，设计处理水量4 500m3/d。由旋流除砂装置、砂水分离装置组成，配套安装2 台罗茨风机作为气提风源。旋流除砂设备型号为SXC200，功率1.5 kW，沉砂池为圆形结构，直径2.2 m，高3.7 m，砂水分离器型号为SLF260，流量36~58 m3/h，功率0.25 kW。罗茨风机型号为SSR-65，风量1.18 m3/h，功率2.2 kW。
3.2 生化处理单元
(1)卡鲁塞尔氧化沟。氧化沟法是目前较成熟的生化处理技术，具有较强的承受水量水质变化的能力，且能达到良好的脱氮除磷效果。结合矿区水质特点和相关设计规范〔3, 4〕，设计1 座，设计处理水量4 500 m3/d。平面有效尺寸46.625 m×19.40 m，有效水深3.5 m，沟宽4.5 m，采用4 廊道。MLSS 1 500～4 000 mg/L，污泥龄为15 d，氧化沟污泥回流率100%。氧化沟进水端安装2 台倒伞型表面曝气机，型号为SLB2550，叶轮直径2 550mm，功率30 kW，充氧量60 kg/h，叶轮升降动程140 mm。氧化沟内设置2 套低速潜水推流器，型号为QJB5/4-1800/2-42，螺旋桨直径1 800 mm，转速42 r/min，功率5.5 kW。
(2)2 次沉淀池。采用辐流式沉淀池，共1 座，池径20 m，池深3.7 m。设计水力负荷0.85 m3/(m2˙h)，停留时间为3.45 h。中心进水，周边出水，静压排泥，池内安装半桥周边传动刮泥机1 台，型号为SBG20，周边线速2~3 m/min，功率0.75 kW。
(3)集泥井。集泥井设计1 座，平面有效尺寸为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进入集泥井，集泥井内安装2 台回流污泥泵，1 用1 备，型号为1500QW210-7-7.5，流量210 m3/h，扬程7 m，功率7.5 kW;同时安装2 台剩余污泥泵，1 用1 备，型号为65QW25-15-1.5，流量25m3/h，扬程15 m，功率1.5 kW。
(4)污泥浓缩池和储泥池。鉴于目前生活污水污泥浓缩常用方法〔5〕，选用重力浓缩法，设计污泥浓缩池和储泥池连体建筑1 座，浓缩池规格为D 5.00 m×4.45 m，地上2.4 m，地下2.05 m;储泥池规格为1.8 m×1.8 m×3.6 m，地上2.4 m，地下1.2 m。集泥井内剩余污泥由剩余污泥泵排入污泥浓缩池，池内安装中心传动污泥浓缩机1 台，型号为SNZ5，周边线速度0.9m/min，功率0.55 kW。浓缩后的污泥在压差作用下进入储泥池。
(5)中间水池。二沉池出水自流进入中间水池，半地下式结构。设计流量4 500 m3/d，停留时间0.53 h，有效容积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，设计1 座，主要作为深度处理单元的提升加压，同时设有溢流管备用。设计2 台提升泵，1 用1 备，型号为KLW150-200，流量200 m3/h，扬程12.5 m，功率为15 kW。
(6)污泥处置。污泥采用污泥浓缩池+带式压榨脱水机的处理工艺，集泥井内剩余污泥经污泥浓缩池浓缩后，输送到污泥脱水机房，由型号为SDG1000，带式压榨脱水机压榨脱水后外运填埋。带宽1 m，处理能力5~10 m3/h，功率0.75 kW。
3.3 深度处理单元
(1)多介质滤池。多介质滤池利用石英砂、无烟煤两种滤料，能较好地去除二沉池出水中悬浮物和胶体，滤池具有自动反冲洗能力。设计流量4 500m3/d，池数1 座，滤池内承托层砾石层高0.2 m(直径规格从上到下依次为2~4、4~8、8~16、16~32 mm，层高均为0.05 m)，石英砂滤料粒径0.5~1 mm，层高0.4 m，无烟煤滤料粒径1.2~1.6 mm，层高0.3 m。
(2)生物活性炭滤池。其被用于进一步吸附过滤去除水中的有机物。设计流量4 500 m3/d，池数1 座。外形尺寸7.80 m×6.30 m×5.42 m，共2 格，采用大阻力配水系统，设置砾石承托层层高0.7 m，从上到下依次为D 2~4 mm 层高0.1 m;D 4~8 mm 层高0.1 m;D8~16mm 层高0.1 m;D 16~32 mm 层高0.4 m。选用柱状活性炭滤料，柱径1.5~2 mm，层高2 m，特性参数为：碘值≥900 mg/g，亚甲兰值≥150 mg/g，酚吸附值≥120 mg/g，强度≥90%，总孔容积≥0.65 cm3/g，比表面积≥900 m2/g，颗粒密度0.77 g/cm3，真密度2.0~1.9 g/cm3，堆积密度0.45~0.53 g/cm3，水分≤5%，灰分8%~12%，pH 8~10。每隔3~5 d 冲洗1 次，冲洗强度12~14 L/(s˙m2)，历时3~5 min。配备反冲洗泵2 台，1 用1 备，型号为KLW300-235A，流量970 m3/h，扬程15 m，功率45 kW。
(3)清水池。设计流量4 500 m3/d，停留时间3.2 h，有效容积600 m3，池数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。安装清水提升泵2 台，1 用1 备，型号为KLW150-315A，流量200 m3/h，扬程32 m，功率30 kW，负责向电厂供水。
(4)消毒设备。采用ClO2消毒工艺，ClO2投加量小于5 mg/L。消毒设施主要为ClO2发生器，选用BH-1000 型ClO2发生器1 台。
(5)加药设备。根据工艺设计，在多介质滤池前加入PAC 药剂，投加量小于10 mg/L。选用SFJ1500型加药设备1 套，配2 台加药计量泵。
4 运行效果及经济分析
经较长时间的运行，系统设施运行良好，处理水质稳定。出水有关指标为COD≤16.5 mg/L，BOD≤3mg/L，SS≤6 mg/L，pH 8.04 左右，氨氮≤0.95 mg/L。
设计生活污水处理水量4 500 m3 /d，工程投资861.2 万元。其中设备投资176.223 万元;土建费用434.378 3 万元，材料及其他费用250.598 7 万元。劳动定员12 人，员工平均年工资按30 000 元/人计，人工费为0.22 元/m3; 当地电价为0.52 元/(kW˙h)，实际每小时平均耗电110 kW˙h，电费为0.30 元/m3;PAC 药剂价格1.3 元/kg，投加量按10 mg/L 计，药剂费为0.013 元/m3;盐酸药剂价格0.8 元/kg 计，氯酸钠药剂价格4.0 元/kg 计，生产1 g ClO2需要盐酸2.2 g和氯酸钠4.4 g，ClO2投加量按5 mg/L 水计算，消毒费为0.096 8 元/m3;设备总投资1 762 230 元，按设备投资3%计取维修费为0.032 元/m3; 设备折旧每年按投资的10%计，土建折旧按30 a 计，折旧费为0.19 元/m3;活性炭滤池3 年换1 次，每次需要6 万元，活性炭成本为0.012 元/m3。总计水处理成本为0.88元/m3。
生活污水处理后作为电厂循环冷却补充水，可减少深井水的使用量，深井水取水费用当地价格1.5元/t，则每年产生的经济效益为(1.5-0.88)×4 500×365=1 018 350 元，即101.835 万元/a。随着我国深井水价格的不断调整，效益将更为显著。
5 结论
该方法适应煤矿生活污水水质特点，运行稳定，易于管理。煤矿生活污水经该方法处理后的出水水质优于地表水环境质量标准GB 3838—2002Ⅲ类要求，可作为电厂循环冷却水系统的补充水。
