矿井水处理工程设计方案Word下载.docx

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水质

进水水质

井下排水水质为：

（参考类似水质）

＝7~9；

100；

300-1000；

水中主要污染物为：

煤粉和岩粉。

出水水质

处理后排放矿井水符合《煤炭工业污染物综合排放标准》（20426－2006）的要求，即为：

6~9；

5≤20；

≤50；

≤50。

其中回用水质符合《井下消防、洒水水质标准》要求，即为：

6.5~8.5；

≤30；

悬浮物粒度（）≤0.3；

总大肠菌群：

≤3个；

《城市污水再生利用工业用水水质》敞开式循环冷却水系统补充水：

浊度≤5；

≤60；

≤10；

≤0.3；

≤0.1；

总硬度（以3）：

≤450；

未列出指标请查阅相关标准手册。

工艺选择

工艺方案比选的原则

矿井水处理站的建设和运行受多种因素的制约和影响，其中工艺方案的选择对处理站运行的可靠性、稳定性、能耗和占地面积有直接的影响。

因此，有必要根据确定的水质和一般原则，从整体最优的观念出发，结合设计规模、水质特性以及当地的实际条件和要求，选择可靠稳定且经济合理的处理工艺方案，进行全面的技术经济分析后，确定最佳的工艺方案。

本工程水处理工艺方案的比选，须遵循以下原则：

（1）所选工艺必须对水质水量的变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到相关环保标准的要求。

（2）所选方案须满足本工程占地紧张的特点，并尽量减少基建投资和运行费用，降低能耗。

（3）所选方案须易于操作、运行灵活且便于管理。

根据进水水质水量，应对工艺进行参数和操作进行适当调整。

（4）水处理工艺的确定应与污泥处理和处置的方式结合起来考虑，污泥应易于处理和处置。

工艺方案比选

3.2.1、混合工艺

混合是原水与混凝剂进行充分混合的工艺过程，是进行絮凝和沉淀的重要前提，混合是混凝剂的水解产物迅速混合到水体的每一个细部，并使水中胶体颗粒脱稳的过程。

混合的方式有很多种，常见的有管式混合、机械混合和直列式混合。

本设计采用管式混合，是国内先进技术，混合效果好，水头损失小；

产品串接在输送管道中，不另外占地，节约工程用地，无运动件；

各元件仅有水力磨损，寿命长，无需维护，结构简单，安全方便；

它混合效果好，构造简单，制作安装方便，水头损失小，可节约药剂20％～30％，运行费用低。

3.2.2、絮凝反应

絮凝反应是水处理的最重要的工艺环节。

目前国内常用的絮凝技术有机械搅拌、隔板絮凝、折板絮凝、网格（栅条）絮凝。

隔板絮凝是一种老式絮凝反应装置，其絮凝反应时间长，絮凝效果不稳定，现阶段一般较少应用。

在水处理中应用广泛的是折板絮凝和网格（栅条）絮凝。

折板一般采用不锈钢，投资较高；

网格一般采用乙丙共聚或玻璃钢，投资稍低；

两种处理工艺反应时间在12～20，絮凝效果均较好，适合大中型水处理工程。

导致水流中微小颗粒碰撞的动力学致因是惯性效应。

小孔眼格网之后有如下作用：

（1）水流通过格网的区段是速度激烈变化的区段，也是惯性效应最强、颗粒碰撞几率最高的区段；

（2）小孔眼格网之后湍流的涡旋尺度大幅度减少，微涡旋比例增强，涡旋的离心惯性效应增加，有效地增加了颗粒碰撞次数；

（3）由于过网水流的惯性作用，矾花产生强烈的变形，使矾花中处于吸附能级低的部分，由于其变形揉动作用达到高吸能级的部位，这样就使得通过网格之后矾花变得更密实。

在絮凝池的流动通道上增设多层小孔眼格网的办法，可以在絮凝池中大幅度地增加湍流微涡旋的比例，就可以大幅度地增加颗粒碰撞次数，再通过科学地布设多层网格，通过弗罗德数这个相似准则，来控制絮凝过程中水流的剪切力和湍动度，形成易于沉淀的密实矾花，有效地改善絮凝效果。

本设计采用小孔网格板絮凝。

3.2.3、沉淀工艺

根据矿井水的水质特性，和处理后的水质要求，处理的重点是水中的悬浮物（）、、细菌等。

国内矿井水处理工艺一般采用加药混凝沉淀的工艺去除水中悬浮物，如果考虑回用，往往需要过滤再经消毒即可。

常用的沉淀工艺有平流沉淀池、辐流沉淀池、斜管（斜板）沉淀池。

平流沉淀池、辐流沉淀池已经在水处理工程中应用上百年，因其出水稳定、水质好，直到现在在大型水处理工程中仍有应用。

但他们最大的缺点是占地面积庞大，平流沉淀池、辐流沉淀池一般需要数小时的水力停留时间。

为缩短水力停留时间，减小占地，在普通的沉淀池上又增加了斜管或斜板，普通的斜管直径一般在30～80，斜板间距一般在80～10。

普通斜板间距较大，对减小占地有限；

斜管则因管径较小，存在排泥不畅，易堵塞，容易造成出水不稳定。

鉴于普通斜板（管）沉淀存在排泥困难、出水不稳定等不足，近年出现了小间距斜板、迷宫斜板、高密度迷宫斜板等高效斜板沉淀池，高密度迷宫斜板是其中技术较为先进的一种高效斜板。

高密度迷宫斜板技术比传统普通斜板沉淀效率高，节省占地面积，是处理矿井水比较理想的沉淀设备，并且拥有国内多家工程实例的检验。

为了更直观地分析，这里依然将高密度迷宫斜板沉淀池与斜管沉淀池相比较地来看。

斜管沉淀池是一种传统沉淀工艺形式，该池型是利用浅池理论的一种曾被广泛应用的设计，斜板长1m，倾斜角60°

，间距35，运行参数通常为：

上升流速=1.5-1.8。

其主要问题在于处理效率低，沉泥面积大于排泥面积，在夏季高浊期容易出现阻塞。

为提高沉淀池空间效率，以达到大幅度提高水量的目的，沉淀工艺采用高密度迷宫斜板沉淀池技术。

该技术是浅池技术的发展，由于间距小，矾花可快速沉淀分离。

使沉淀池清水区上升流速可达到3.0-3.5mm，沉淀后出水浊度≤5。

高密度迷宫斜板沉淀池和普通斜板具有明显的优势，两者优劣见表3.2-1。

表3.2-1高密度迷宫斜板沉淀池和普通斜板比较

比较项目

斜板（管）沉淀池

高密度迷宫斜板沉淀池

处理效率

与平流式沉淀池相比有显著提高，但仍未达到理想的效率。

高密度迷宫斜板较常规设备大大缩小了板间距，缩至15，从而大幅提高了沉淀池空间利用效率，根据浅池理论，按照投影面积计算，沉淀池斜板布设区的单位空间水处理能力理论上为平流池的23倍，斜管沉淀池的2.5倍。

处理效果

出水水质不稳定

出水浊度≤5

占地面积

占地面积较大。

由于混合迅速，反应时间短，沉淀池上升流速高，因此可大为缩短水在处理构筑物中的停留时间，大幅度提高处理效率，因而也就节省了构筑物的基建投资。

占地面积与平流沉淀池比较可节省70%，与斜管沉淀池比较可节省40%。

运行费用

药剂投加量较大，运行费用高。

节省药剂投加量30%，大大降低了运行费用和制水成本。

投资费用

投资费用较高。

由于处理效率高、占地面积小，主体工艺构筑物可节省投资15～20%。

布水

布水不均匀。

高密度迷宫斜板间距小，阻力大，因此比斜管更具有布水均匀不短流的优点。

适应水质能力

对原水浊度适应性较差。

抗冲击能力强，适应水质广泛。

高密度迷宫斜板抗冲击的能力较强，当原水浊度、进水流量、投加药量发生一些变化时，沉淀池出水浊度不象传统工艺那样敏感。

其原因是，这项工艺的沉淀池上升流速按3.5设计时尚有很大潜力。

运行实践表明，高密度迷宫斜板对低温低浊、汛期高浊以及微污染等特殊原水水质的处理均非常有效。

排泥

排泥面积小于沉泥面积，在夏季高浊期容易出现阻塞。

斜板（管）倾斜角一般采用60º

。

高密度迷宫斜板沉泥面积与排泥面积相等，排泥面积是普通斜管的4倍多，大幅度提高了沉淀排泥负荷，更利于排泥。

高密度迷宫斜板采用优质聚合物材质，具有很高的表面光洁度，且该种材料有疏水性质，不利于矾花附着，利于排泥。

高密度迷宫斜板较普通斜管提高了倾斜角，达到66º

，进一步提高了其排泥效果。

由于结构上的优化，高密度迷宫斜板无侧向约束不积泥，从而保证小的矾花絮凝体亦可有效去除。

使用寿命

斜板（管）结构较脆弱，不耐重负荷，易变形。

斜板（管）的使用寿命为2-3年。

由于高密度迷宫斜板的结构特征，以及其所采用的规格较厚的聚合物板材和支撑型材，使其具有普通斜管和斜板无法比拟的刚度，耐重负荷，不易变形。

高密度迷宫斜板的使用寿命在15年以上。

鉴于该项目原水水质状况，对出水的要求以及对处理设备占地面积的有关要求，应采纳高强度、高效率的新型水处理工艺技术，才能更好地满足业主的使用要求。

综合考虑以上因素，及业主方面低运行消耗、高自动化操作的要求，设计采用“矿井水涡旋混凝低脉动处理技术”及“高密度迷宫斜板处理矿井水技术”。

由于理论上的重大突破，“涡旋混凝低脉动和高密度迷宫斜板沉淀”技术实现了高效率的混合、反应、沉淀，从而保证了高效率的除浊与高质量的供水。

因此本次设计确定采用高密度迷宫斜板工艺处理矿井水。

3.2.4、除油机理

1）破乳：

在高密度迷宫板沉淀池反应段，在投加的聚合氯化铝絮凝剂的作用下，乳化油开始破乳。

2）分离：

开始破乳的矿井水中的乳化油在通过网格反应板形成微涡流，在微涡流的作用下油水分离。

3）除油：

油水分离后的矿井水进入除油段，被自动刮油机自动刮出。

3.2.5、过滤

本次设计采用重力式无阀过滤器和多介质过滤器进行过滤。

重力式无阀过滤器系列产品广泛应用于地表水净化、地下水除铁除锰、循环水旁流过滤、生产废水除悬浮杂质、有机污水经生化处理和二次沉淀池处理之后续过滤以及室内游泳池水的过滤，是一种理想的水处理设备。

原水由进入水管送入滤池，经过滤层自上由下地过滤，清水即从连通管注入存水箱内储存，水箱充满后，水通过出水管入清水池。

滤层不断截留悬浮物，造成滤层阻力的逐步增加，因而促使虹吸管内的水位不断升高。

当水位达到虹吸辅助管管口时，水自该管中落下，通过抽气管借以带走虹吸下降管中的空气，当真空度达到一定值时，便发生虹吸作用。

这时水管中的水自下而上地通过滤层，对滤料进行反冲洗。

当冲洗水箱水面下降至虹吸破坏管时，空气进入虹吸管，破坏虹吸作用。

滤池反冲洗结束，进入下一周期工作。

因而无需象其它过滤器那样，必须设置反冲洗水塔。

经过无阀过滤器过滤后的水，部分进入多介质过滤器，多介质过滤器采用0.3—0.5石英砂滤料和0.8—1.2无烟煤滤料，通过拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用使得悬浮物颗粒和胶体在迁移到滤料表面时，在范德华引力和静电力以及某些化学键和某些化学吸附力的作用下，粘附于滤料颗粒表面或滤料表面上原先粘附的颗粒上。

降低水的浊度，而且水中的有机物、细菌乃至病毒等随着水的浊度的降低而部分的被去除。

3.2.6、消毒

常用消毒方法有氯、二氧化氯、紫外线等。

氯消毒效果好，具有持续消毒作用（管网余氯），且费用较其它消毒方法低。

但是，由于氯气是具有刺激性和有害气体，对金属有极强的腐蚀性。

而且存在投加计量不够准确的问题；

加之，氯气等气体的极强扩散性对环境存在毒害作用，游离氯的高活性同许多有机物容易形成诸如三氯甲烷、四氯化碳、二恶因等一类致癌的氯代有机化合物，造成环境的第二次污染，故而，取消液氯的主张越来越多。

二氧化氯是一种强氧化剂，它在水的消毒中有以下独特的优点：

可减少水中三卤甲烷等氯化副产物的形成；

当水中含氨时不与氨反应，其二氧化氯的氧化和消毒作用不受影响；

能杀灭水中的病原微生物和病毒；

消毒作用不受水质酸碱度的影响；

经二氧化氯处理后，水中余氯稳定持久，防止再污染的能力强；

因氧化作用强，可除去水中的色和味，不与酚形成氯酚臭；

对铁、锰的除去效果较氯强；

二氧化氯的水溶液可以安全生产和使用。

紫外线消毒所需接触时间短，杀菌效率高，不改变水的物理化学性质；

不产生残留物质和不良异味。

但紫外线消毒设备价格高，且对水质要求高，需要定期更换设备。

本设计采用2消毒。

二氧化氯复合消毒剂发生器是90年代开发出的消毒设备，具有高效、低耗、安全、运行可靠、管理简单等优点。

3.2.7、压滤

矿井水煤泥压滤系统采用带式压滤机进行压滤。

带式压滤机是我公司在研究、消化、吸收国内外同类产品技术基础上，针对目前该类产品出现的普遍问题和结合国内污泥脱水的特点和要求，自行设计制造的具有当今先进水平的新型高效、连续作业的压力式固液分离设备，可广泛应用于污泥机械脱水。

它具有连续生产、性能稳定、维修率低、抗腐蚀性强、能耗药耗低、处理量大、滤饼含水率低、易操作、易维护、易清洁等优点。

它是实实在在地解决了工业污泥和生活污泥进行脱水处理存在的实际问题，因此，它是资源回收和环境治理的理想设备。

带式压滤机的工作原理以及系统脱水过程

　　经过浓缩的污泥与一定浓度的絮凝剂在静、动态混合器中充分混合以后，污泥中的微小固体颗粒聚凝成体积较大的絮状团块，同时分离出自由水，絮凝后的污泥被输送到浓缩重力脱水的滤带上，在重力的作用下自由水被分离，形成不流动状态的污泥，然后夹持在上下两条网带之间，经过楔形预压区、低压区和高压区由小到大的挤压力、剪切力作用下，逐步挤压污泥，以达到最大程度的泥、水分离，最后形成滤饼排出。

　　1.化学预处理脱水

　　为了提高污泥的脱水性,改良滤饼的性质,增加物料的渗透性,需对污泥进行化学处理,本机使用独特的“水中絮凝造粒混合器”的装置以达到化学加药絮凝的作用，该方法不但絮凝效果好，还可节省大量药剂，运行费用低，经济效益十分明显。

　　2.重力浓缩脱水段

　　污泥经布料斗均匀送入网带，污泥随滤带向前运行，游离态水在自重作用下通过滤带流入接水槽，重力脱水也可以说是高度浓缩段，主要作用是脱去污泥中的自由水，使污泥的流动性减小，为进一步挤压做准备。

　　3.楔形区预压脱水段

　　重力脱水后的污泥流动性几乎完全丧失，随着滤带的向前运行，上下滤带间距逐渐减少，物料开始受到轻微压力，并随着滤带运行，压力逐渐增大，楔形区的作用是延长重力脱水时间，增加絮团的挤压稳定性，为进入压力区做准备。

　　4.挤压辊高压脱水段

物料脱离楔形区就进入压力区，物料在此区内受挤压，沿滤带运行方向压力随挤压辊直径的减少而增加，物料受到挤压体积收缩，物料内的间隙游离水被挤出，此时，基本形成滤饼，继续向前至压力尾部的高压区经过高压后滤饼的含水量可降至最低。

物料经过以上各阶段的脱水处理后形成滤饼排出，通过刮泥板刮下，上下滤带分开，经过高压冲洗水清除滤网孔间的微量物料，继续进入下一步脱水循环。

矿井水处理工艺流程的确定

通过工艺比选，本项目确定采用管道混合、网格反应、自动除油、高密度迷宫斜板沉淀、无阀过滤、二氧化氯消毒及带式压滤机压滤的处理工艺。

设计方案

工艺设计

处理工艺流程

设计采用的处理工艺流程简图如下，

工艺流程简述：

井下排水首先排至矿井水处理站调节预沉池，经预沉淀后由提升泵将矿井水提升经管道混合器后进入混凝池，同时加入絮凝剂，经自动刮油机除油后进入高密度迷宫斜板沉淀池进行泥水分离，沉淀池出水自流入重力式无阀过滤器进行过滤，出水自流入清水池消毒后回用，部分水经过多介质过滤器过滤后供井下中采使用。

高密度迷宫斜板净水器排泥由排泥阀门控制，定时排入污泥池，经污泥泵送入带式压滤机压滤，泥饼外运。

主要构（建）筑物及设备

调节预沉池

1）池体

结构形式：

钢筋混凝土；

规格：

长×

宽×

深=30×

10×

4.0m，地下2m，共1座；

总池容积：

2400m3；

数量：

1座。

2）一级提升泵

型号参数：

2210-417，100m3，H＝16m，N＝7.5。

2台，1用1备。

过滤间

1）结构形式：

砖混；

深=20m×

15m×

10.00m

2）高密度迷宫斜板净水器

100，100m3。

1台。

3）无阀过滤器

1001700，100m3。

1套。

4）多介质过滤器

280，50m3。

2套。

中间水池1

深=5.6m×

5.6m×

4.0m，总池容积：

100m3；

中间水池2

清水池

深=9.9m×

9.9m×

300m3；

污泥池

深=5m×

5m×

5m，总池容积：

125m3

2座。

2）污泥泵

65-30，48m3，35.8m，11。

集水池

深=10m×

4m×

4.5m，总池容积：

160m3；

2）回流泵

2210-413，80m3，15m，5.5。

提升泵房

高=19m×

4.5m×

4.0m；

1间。

2）二级提升泵

100/125-7.5/4，100m3，17m，7.5。

2台，1用1备

3）三级提升泵

100/125-11/2，100m3，20m，11。

4）反冲洗水泵

150/285-18.5/4，173m3，24m，18.5。

5）井下回用水泵

风机房

高=5.0m×

4.0m×

2）风机

3L32，5.79m3，49，11。

压滤间

高=12m×

11m×

4.5m；

带式压滤机

1000。

1套，包括带压机加药装置。

加药间

1）房间

砖混

高=9.0m×

6.0m×

4.0m。

2）加药设备

（1）

1，配1台搅拌机、溶解箱、储药箱；

搅拌功率：

0.75；

计量泵：

120，0.25，计量范围：

0~120

2台。

3）加药设备

（2）

2，配1台搅拌机、、溶解箱、储药箱；

2×

090，0.25，计量范围：

0~90

2台

消毒间

高=6m×

3m×

2）二氧化氯发生器

2000，200，2.2，化学法。

储药间

值班间

3.0m×

设备清单

序号

名称

规格型号

数量

单位

厂家

备注

1

全自动刮油机

1000

台

中煤环保

2

一级提升泵

2210-417

上海凯泉

1用1备

3

控制柜

二级提升泵

125/235-7.5/4

4

三级提升泵

100/125-11/2

5

反冲洗水泵

150/285-18.5/4

6

污水回流泵

2210-413

7

污泥泵

65-30

8

井下回用水泵

9

电厂回用水泵

150/315-30/2

3用1备

10

风机

南通恒荣

静态混合器

200

11

高密度迷宫斜板净水器

100

12

无阀过滤器

套

13

多介质过滤器

280

14

加药装置

15

加计量泵

120

米顿罗

16

17

090

18

包括加药、冲洗等装置

19

消毒装置

20

集中控制系统

21

仪器仪表

22

管道阀门

总平面布置

站址

矿井水处理站位于矿井工业场地内。

拟占地面积约为4500m2（90m×

50m）。

平面布置

根据工艺设计要求以及节约用地的原则，依据我国现行有关强制性规范、行业标准进行设计。

在满足工艺流程要求的前提下，建筑设计应力求简洁明快，合理组织设计站内建、构筑物，并充分考虑周围环境，使其与周围环境相协调。

站内总平面设计是整个设计的重要内容，本设计在工艺流程布置的基础上，达到功能分区明确，平面布置合理、紧凑，合理确定各建（构）筑物间距，满足运输、消防、日照、通风及排水等要求。

处理站综合间临