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矿井生产废水处理设计方案生产废水处理

矿井生产废水处理设计方

案

1.概述

1.1工程概况

XXX有限公司是中国保利集团公司下属企业，地处美丽的山西灵石县两渡镇汾河之畔、巍巍吕梁山麓，矿井面积9.6平方公里，煤种为炼焦煤，原煤年生产能力60万吨，经过3年的改扩建现已投产，未来可扩建成年产120万吨的煤矿。

该矿在原煤开采过程中，产生和排放大量的矿井废水，矿井废水主要由开采过程中地下地质性涌滲水到巷道为安全生产而排出的自然地下水和井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备冷却产生的含煤尘废水，随着企业的发展，矿井水的排放量还将不断增多。

矿井废排放量受矿区水文地质条件的影响较大，各地相差悬殊，季节不同也差别较大；由于部分煤尘与岩尘以胶体分散状态存在于水中，使矿井废水呈灰黑色，同时还受到人类废弃物的污染，细菌数量普遍超标。

同时在采煤过程中，不但破坏煤层原有的地质条件，而且还提供了大量的氧气和水，在这种条件下，煤层或顶板底板中的硫铁矿及有机硫经过生物的、化学的作用而形成硫酸和金属离子，使矿井废水中含有Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等金属离子和矿井废水酸化，造成排水PH超标；综上分析：

矿井废水中污

染物的主要污染成分是SS、PH、CODcr、石油类和部分金属、非金属元素，这些废水排放到环境，对农业、土地、森林等资源造成不同程度的破坏。

针对矿井废水的污染问题，目前该矿采用井下沉淀池沉淀、井上调节、混凝沉淀过滤技术和工艺对其进行处理，但由于现有设施存在处理能力小、设备老化等原因，造成处理效果低，不能满足矿井废水排放的需要，加之国家环保形势的发展、污水排放的要求越来越高，致使环保问题成了影响企业生存和发展的重要课题。

对此贵矿领导高度重视，本着立党为公、造福于民的总旨，坚持经济建设和环境建设协调发展的理念，决定对现有污水处理设施进行扩容改造，实现矿井废水的达标排放。

受贵矿委托我们在和企业领导及技术人员进行讨论的同时，对汾西矿业集团河东矿和贺西矿、山西潞安能源开发股份公司常村矿、郑州煤炭工业总公司米村矿、双鸭山矿务局集贤矿等单位采煤技术、排污状况、治理情况等考察调研的基础上，根据建设方提供的水量和处理要求，借鉴国内外成熟、稳定的废水处理技术，特别是煤矿矿井水处理技术，结合我们多年环保工程设计施工的经验，本着保证处理后出水稳定达标排放和投资省、便于操作、管理维护简单的总则，我公司经过充分的治理技术调查、工艺路线论证，严谨的治理效果分析、投资和运行费用的比较后，提出了如下生产废水处理的技术方案，不妥之处，敬请指正。

1.2设计原则

1.2.1认真贯彻执行国家关于环境保护的方针政策，遵守国家有关

法规、规范、标准；确保出水指标达到国家及地方有关污染物排放标准。

122根据废水水质和处理要求，选择技术成熟、工艺完善、处理

效果好、运行稳定的处理方法和技术，在确保整套工艺长期稳定运行和满足处理要求的前提下，力求做到减占地少、投资少、运行费

用低、操作便捷、管理维护容易。

1.2.3整套工艺结构紧凑、布置合理，各处理构筑物尽量共用池壁，减少土建造价，降低工程投资。

1.2.4处理系统的布置尽量利用水工构筑物的位置高差，使污水在重力

流的作用下进入后续处理单元，减少泵的提升，达到节省投资和能耗、降低运行成本的目的。

1.2.5考虑生产排放废水水质水量的不稳定性、对污水处理设施冲

击性强这一特点，在工艺设计和运行上留有一定的调节余地和灵活性，以适应水质水量的变化。

1.2.6配套设备的选择科学合理，既遵循高效节能的原则，又确保设备在最佳工况点运行，延长设备的使用寿命，减少损坏几率，降低运行和维护费用。

1.2.7污水处理设施能够适应当地的气候、气象条件。

1.2.8废水处理站平面和高程布置要求紧凑、合理、美观，实现功

能分区，方便运行管理。

129在工程设计和设备选型中，充分运用节能减排技术，降低能耗,实现低碳绿色处理工艺。

1.2.10废水处理站的建筑风格和生产车间的建筑风格和谐统一，

但布局分明、错落有致。

1.2.11依现有布局为基础，采用添平补齐和新增主要处理备相结合的方法，提高设备处理效果和工艺处理能力。

1.3设计依据

1.3.1企业提供的相关数据、资料和同类产品煤矿采掘技术、工艺考察，排污状况、治理情况调研及企业废水样监测分析报告。

1.3.2相关的法律法规、方针政策：

《中华人民共和国环境保护法》；

《中华人民共和国水污染防治法》；

《建设项目环境保护管理条例》

《环境工程技术规范制定导则》

《建设项目环境保护设计规定》

《国务院关于环境保护若干问题的决定》

《中国环境保护技术政策》

《工程建设项目设计文件编制深度规定》

《关于防治水污染技术政策的规定》

《关于进一步加强水污染防治工作的通知》（晋政办涵[2010]10号）

《煤炭工业污染物排放标准》编制说明（2005年）

国家、山西省、晋中市有关环保法规、制度等；

133设计标准和规范

《污水综合排放标准》GB8978-1996

《室外排水设计规范》GB50014-2006

《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002

《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002

《泵站设计规范》GB/T50265-97

《电气设计规程规范》GBJ54-83

《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

《砌体结构设计规范》GB5000—2001

《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006

《城市污水处理厂运行、维护及其安全规程》（CJJ60-94）

《水处理设备制造技术条件》（ZBJ98003-87）

《污水混凝与絮凝处理工艺技术规范》（征求意见稿）

《污水过滤处理工艺技术规范》（征求意见稿）

《环境工程设计手册》（修订版）

《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）

国家计委、建设部关于发布《工程勘察设计收费管理规定》的通知

［计价格（2002）10号］

《工程勘察设计收费管理规定》134其它参考资料：

《环境工程手册》＞（水污染防治卷）张自杰主编

《化工环境保护设计手册》（化工部环境保护设计技术中心站编）｛化工出版社出版｝

《三废处理工程技术手册》（废水卷）北京市环境科学研究院主编

《水处理工程手册》唐受印、戴友之主编

《环保设备设计手册》（水污染控制设备）周兴求等编

《水工业工程设计手册》（废水处理及再用）聂梅生总主编

《水工业工程设计手册》（水工业工程设备）聂梅生总主编

《给排水设计手册》（专用机械）李金根、姚永宁主编

《环境工程技术经济和造价管理》周律编

《全国市政工程投资估算编制办法》（2007）

《环保设备材料手册》王绍文、杨景玲主编

1.4设计范围

1.4.1污水处理及污泥处理工艺流程设计；

1.4.2污水及污泥处理土建工程设计和施工；

1.4.3标准设备的选型和安装，非标设备的设计、制造和安装；

1.4.4污水处理工程界区外1米内的污水管线、污泥管线和给水管线的设计、电器线路设计及通风设计。

1.5设计指标

1.5.1设计规模

煤炭开采生产过程中，矿井废水的产生和排放量受煤矿所在地域不同而差别很大，据有关部门统计：

我国北方矿区平均吨煤涌水量为3.8m3；而我国南方矿区因受气候条件、地理环境等影响，矿井涌水量大，平均吨煤涌水量为10m3左右；西北矿井水涌水较少，吨煤涌水量大部分在1.6m3以下。

根据工厂提供的资料：

该矿每天从井下沉淀池抽排水约4-5次，每次约2小时候，累计产生和排放矿井废水量约为1600-2000nVd。

目前两台一体化净水器处理能力约1000余m/d，处理

能力明显不能满足生产需要，同时考虑到随着企业生产规模扩大，原煤产量的提高，产生和排放矿井废水量也将增加的情况，贵矿提出新增IOOrVh的污水处理设施一套，因此本设计规模按新增2400nVd，按24小时运行方式考虑，即新增处理能力为100m/h。

1・5・2设计进水水质

从矿井废水产生的原因可知：

矿井废水既具有地下水特征，又具有受到人为污染的特点。

矿井废水特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量起产生重要的影响。

根据企业提供的资料和对企业现有调节池取水样分析，并结合同类煤矿矿井废水排放情况得知：

该矿井废水具有以含煤粉和岩粉为主要悬浮物、可溶性盐和有机物较少、重金属离子含量低、不属于酸性矿井废水的特点，是一种较为清洁的工业废水。

现将类似矿井废水和贵矿矿井废水的水质指

标及设计进水水质列表如下:

项目

PH

总铁mg/L

总锰mg/L

SSmg/L

CODcrmg/L

其它矿井废水

6-8

0.5-6.5

0.4-5.0

280-500

3-70

本矿废水调节池

6.0

0.094

0.011

260

2.99

设计进水水质

6-8

0.1-1.0

0.011-0.3

300

3-10

1.5.3设计出水水质

根据国家环保法规、政策和工厂的要求，确定：

设计出水水质达

到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006表2中的“现有生产

线污染物排放标准”，即:

CODcr

mg/L

SS

mg/L

石油类

mg/L

总铁

mg/L

总锰

mg/L

PH

污水排放标准

70

70

10

7.0

4.0

6-9

2.工艺的选择与确定

2.1工艺选择的原则

2.1.1以去除废水中悬浮物为主、兼顾其它污染物的去除。

2.1.2尽可能采用节能技术和产品，提高工程的经济效益。

2.1.3投资省、运行费用低，具有经济可行性。

2.1.4应杜绝或明显减少污染物的产生，不造成二次污染。

2.1.5技术成熟、工艺可靠、运行稳定、方法得当，具有技术可行性、灵活性和先进性。

2.1.6选用的处理工艺和设备污染物去除率高、环境效益明显。

2.1.7管理简单、操作方便、维护容易。

2.2工艺选择

通过对铁新煤矿有限煤矿矿井废水调节池水质取样分析可知：

（1）.

该矿井废水PH在中性，且总铁浓度只有0.094mg/L,属非酸性矿井水；

（2）.对照煤炭工业污染物排放标准要求，废水中总铁、总锰、COD

PH不仅不超标，而且浓度较低，说明废水受人为污染较轻，属低浓度工业废水；（3）.废水中SS浓度较高,而且严重超过国家废水排放要求，

因此悬浮物（SS）是主要污染物，也是本处理设施的主要控制指标；（4）.矿井废水中SS主要由煤粉、岩粉组成，其含量较不稳定，不仅同一矿区各矿矿井水浓度差异较大，而且同一矿井不同时期排水浓度差异也很大，这就需要污水处理系统要有足够调节功能，才能保证处理设施的稳定运行和良好的处理效果；（5）.矿井水流经采煤工作面和巷道时，受到人为的影响，有部分有机物掺入水体中，另外矿井水中SS的主要

成份是煤粉，能被重铬酸钾等强氧化剂所氧化，因此，显示有相对较高的CODc。

综上所述，本工程设计的主导思想是去除废水中SS和CODc为主要控制指标。

对于含有两个指标的废水，尤其是煤矿矿井废水，目前常用的处理方法和技术具有以下几种：

221混合反应—斜管沉淀处理技术

含悬浮物矿井水由井下沉淀池沉淀后用高压泵提升至地面进入调节池，进行水质、水量调整后，出水泵入穿孔旋流反应池，在进池渠道中先后投加混凝剂和絮凝剂，完成药剂混合、絮剂反应过程后，出水经配水槽流入斜管沉淀池内进行矶花沉降处理，泥水分离后的上清液进入清水池排放。

穿孔旋流反应池及斜管沉淀池内底泥重力排入污泥池，经浓缩后，上清液回调节池处理，污泥通过污泥泵打入矿内压滤系统进行集中处理。

如图2—1所示。

采用混合反应-斜管沉淀处理工艺净化含悬浮物矿井水，能有效去除水体中悬浮物，出水浊度小于10NTU该工艺适合于低浓度悬浮物

矿井水的净化处理。

但该工艺存在土建工程投资相对较高，混合强度

不便于控制，出水水质难以稳定，目前在处理矿井水方面已较少使用

222旋流反应—斜管沉淀—无阀过滤处理技术

含悬浮物矿井水由井下沉淀池沉淀后用高压泵提升至地面进入调

节池，进行水质、水量调节后，出水泵入多级旋流反应池，在入池

悬浮物矿井水

混合反应-斜管沉淀处理工艺流程图

悬浮物矿井水

调节池

提升泵

药剂

多级旋流反应池

1

+

斜管沉淀池

*

污泥池

1

1

1

▼

无阀滤池

污泥泵

1

1

1

▼

清水池集中处理

排放

图2-2旋流反应-斜管沉淀-无阀过滤处理工艺流程图

前先后投加混凝剂和絮凝剂，进行药剂混合、絮剂反应后，出水经配水槽流入斜管沉淀池内进行泥水分离，上清液进入无阀滤池，将沉淀池内细小的不易沉降的矶花通过过滤加以去除，过滤后的清水排入清水池，实现排放或回用。

穿孔旋流反应池及斜管沉淀池内底泥重力排入污泥池，经浓缩后的上清液和无阀滤池反冲洗水回调节池循环处理，污泥通过污泥泵打入矿内压滤系统进行集中处理。

工艺流程见图2-2。

目前，该工艺已在多个煤矿进行过工程应用，有较好的处理效果，

其中包括安徽等煤矿含悬浮物矿井水处理等。

出水水质SS小于100mg/L,可有效去除矿井水中的悬浮物，使出水浊度小于5NTU特殊

情况不大于10NTU但该工艺存在占地面积较大，耐冲击负荷能力不够强，水质受到一定的影响。

223水力循环澄清—重力式无阀过滤处理技术

该工艺采用混凝沉淀、过滤工艺来净化处理含悬浮物矿井水。

矿井水由井下由井下沉淀池沉淀后用高压泵提升至调节池，使矿井水得以贮存和均化，经水质、水量调节后的矿井水在泵前加入混凝剂、泵后加入絮凝剂，再进入水力循环澄清池，经混合、絮凝反应、沉淀后，出水自流进入重力式无阀滤池，过滤后的出水保持在浊度3度以下,

特殊情况下不超过5度；出水进入清水池。

矿井水预沉调节池及水力澄清池泥斗中污泥定时排至煤泥池，浓缩后用煤泥提升泵送至矿压滤系统处理。

工艺流程见图2—3。

本工艺是目前煤矿处理含悬浮物矿井水中比较成熟的净化处理工艺，能有效去除矿井水中的悬浮物和胶体，并能有效去除矿井水中油类物质。

目前，该处理技术已在安徽、山东、上海、山西等省市的矿区得到实际的应用。

悬浮物矿井水

图2-3水力循环澄清-重力式无阀过滤处理工艺流程图

通过上述分析可知：

混凝、沉淀、过滤是处理非酸性矿井废水的常用处理方法，其区别只有药剂与废水混合的方式、沉淀池沉淀水力条和过滤池的类型；目前，该矿矿井水处理也是采用这种处理方法和技术，只不过采用将沉淀、过滤两工序组装为一体的处理装置，该装置具有占地面积小、工艺流程简单、施工和安装周期短、操作方便等优点，但由于处理规模小、加药装置老化、加药泵能力低等原因造成处理效果差，不能满足排放要求；围绕提高混凝反应效果、改善沉淀条件、增强筛滤机能这一主体，结合该矿现有的污水处理条件，提出如下思路：

（1）新增两套加药装置，满足新增污水处理设备加药的需要，并兼顾现有污水处理系统投药；

（2）新增一套处理能力为100吨/H的集混凝反应、沉淀、过滤为一体的污水处理设备，满足该矿废水量

大的需要；（3）对现有调节池进行改造，增加原水和絮凝剂的混合反应功能，改变目前在调节池内直接投药反应效果不好的现状，使调节池起到预沉淀，达到提高去除SS的目的。

（4）现有的混凝、沉淀、过滤为一体的两台设备是否需要改造待贵矿将该设备的内部结构、运行情况、反冲洗效果等详细资料告知后再定。

2.3工艺流程

干泥外运销

售

图1工艺流程示意图

2.4工艺流程说明

矿井废水在井下沉淀后经高压泵送到调节池反应区，与加入的絮

凝剂、助凝剂在反应区内充分反应后，自流进入预沉淀调节区，在此

对废水中的SS进行初步沉淀去除，并去除部分COD同时完成废水收集和对水质水量调节过程，预沉淀产生的污泥（主要是煤泥）经桥式刮泥机刮吸送入污泥浓缩池浓缩后，与后序处理工序产生的污泥一并处理；调节预沉淀池出水用泵送入新增的HD-体化净水器对其进一步处理，在净水器内废水依次进入两个大小不等涡流反应器，在此废水与加入的絮凝剂、助凝剂经不同强度涡流搅拌作用，完成混凝反应、吸附架桥、电中和、压缩双电层等过程，然后流入斜板沉淀区，斜板沉淀是根据浅层沉淀理论，通过设置斜板填料，达到提高沉淀效果和减少占地面积的目的，经斜板沉淀后，废水中大部分SSCOD得到去

除，斜板沉淀区产生的污泥自流进入污泥浓缩池和其它工序来的污泥一并浓缩处理；沉淀分离的废水最后自流进入过滤区，通过筛滤和吸附作用对沉淀池中未能完全沉淀的1卩m以上的悬浮物质、胶体颗粒进一步分离，降低其CODSS等指标，确保出水达标排放。

来自预沉淀调节池和净水器沉淀区的污泥经污泥浓缩池浓缩后，用泵提升送至污泥脱水机，通过脱水进一步降低污泥的含水率，泥饼外运销售，防止二次污染。

需要说明的是：

（1）原来污水处理系统不变，只是对其进水泵、进水管道、加药管道进行改造；

（2）由于贵矿没有提供现有的污泥浓缩池尺寸、压滤机处理能力等，本方案按其能满足新增和原来污水处理的需要，如果届时不能满足再增加设计和预算。

2.5污染物去除效果分析

根据对同类煤矿企业矿井废水处理情况的调研和我们的工程实

践经验,对确定的污水处理工艺各个工序对废水中各种污染物去除效

果做如下分析：

废水处理予期效果分析表:

:

工艺段

进出水

SS

COD

总铁

总锰

预沉淀调节工序

进水mg/L

300

10

1.0

0.3

出水mg/L

180

8

0.9

0.27

去除率%

40

20

10

10

净水器斜板沉淀工序

进水mg/L

180

8

0.9

0.27

出水mg/L

54

4

0.54

0.18

:

去除率%:

70

50

40

40

净水器过滤工序

进水mg/L

54

4

0.54

0.18

出水mg/L

27

3.6

0.49

0.16

:

去除率%「

50

10

10

10

最终出水浓度

mg/L

27

3.6

0.49

0.16

国家排放标准

mg/L

70

70

7.0

4.0

3.工艺特点

3.1HDJS—体化净水器

HD—体化净水器是一个集混凝反应、沉淀、过滤为一体的内做防腐处理的钢制设备，它是我公司在消化吸收法国得利满高密度沉淀池技术的基础上，结合工程的现有条件（车间厂房高度不够），并将无阀滤池技术熔为一体组装而成的。

在化学混凝沉淀的水处理技术发展过程中，围绕加药后混合反应程度、沉淀的固液分离效果这两个主题，从反应搅拌强度、停留时间、加药顺序、絮体形成条件和大小、沉淀进、出水流态、固液分离机理等方面进行了广泛研究，形成了很多成熟技术和理论，HD—体化净水

器就是将这些理论具体应用到工程实践中，并取得了很好的效果。

在一体化净水器的反应区，依据絮凝剂和助凝剂与废水混合、反应所需的搅拌强度、混合时间的不同，采用立体几何理论和流体力学原理，设立两个大小不同的涡流反应器，通过形成两个不同的混合反应条件，优化和强化了混凝反应条件，实现了混凝反应的高效率。

在一体化净水器的沉淀区，根据浅层沉淀理论，通过选用全塑型蜂窝斜管组成的上向流斜板沉淀池，水力负荷是普通沉淀池的5-10倍,因此占地面积小，同时由于颗粒沉淀历程缩短，达到了提高悬浮物去除率的目的。

另外选用多斗静压排泥方式，不仅减少了工程造价，更主要的是避免了因刮泥机在水中腐蚀造成的维护工作量和运行成本的上升。

在一体化净水器的过滤区，采用石英砂和ABS颗粒组成的非均匀

双层滤料滤池形式，改变过去单一采用石英砂过滤存在的截污能力小

设备荷载重、反冲洗需要水量大和动力高的缺陷。

具有以下优点：

（1）对含SS浓度变化大的废水适应性强、处理效果好、费用低。

（2）占地面积小，基建投资少；且操作简单、运行稳定、易于管理和维护。

（3）技术成熟、应用范围广，在各种废水处理中都有很多成熟的案例。

（4）属物化处理单元，不象生物处理单元那样，处理效果受环境条件影响那么大。

（5）安装方便、施工周期短，不受季节影响。

3.2自动化程度高，操作管理简便

污水提升泵、过滤池反冲洗泵、各种电磁阀门均采用电控柜集中控制，在控制柜设置自动和手动两档，既方便操作，又减轻了工人劳动强度。

4.主体设计

设计说明：

污水处理站的废水来自该矿现有井下的排排水，处理

后的水送至现有清水池，按现有排放去向排放

4.1废水预沉淀调节池

数量：

一座

结构形式：

半地下式钢混结构

性质：

对现有调节池改造

内容：

1•在进水側设置反应区，配套迷宫式反应器1套，型

号:

HDMG-6.0

2.在出水側设立净水区：

配套滗水器1套，型号：

HDSQ-6.Q

3.更换现有三台水泵。

型号：

80WL-2Q扬程：

15m

功率：

11KW流量：

100m3/H；

4.80电磁阀6个；80碟阀3个

5.刮泥机轨道改造

6设置内側安全栏杆

4.2HDJS—体化净水器

数量：

一台

结构形式：

钢结构材质：

Q235

外形尺寸：

10.5mix5.5mix5.0m

主要参数：

处理量：

100m3/H;型号：

HDJ-100;SS去除率》80%;

COD去除率》50%;

主要设备：

全塑料斜蜂窝管：

36m,材质：

聚氯乙烯塑料硬片，规格：

爭70X0.8;布水器：

2套，型号:

HDB-2300;布水器：

2套，

型号:

HDB-2000;滗水器：

2套，型号:

HDSQ-6.0；滤料：

石英

33_

砂：

10m，ABS4m;50电磁阀：

4个；反冲洗水泵：

2台,

型号：

100WL-C扬程：

18m功率：

15KW流量：

150nVH;100电磁阀：

4个；栏杆、楼梯、平台等；

4.3加药装置

数量：

2台

结构形式：

钢制内做防腐处理

规格：

HDY系列

主要参数：

加药装置：

1套，型号：

HDY-600功率：

1.1KW加药

装置：

1套型号：

HDY-30Q功率：

0.75KW

主要设备：

加药计量泵：

1台，型号：

J-630/0.1-1.3，流量：

630L/H，

功率：

1.5KW，压力：

1.3MPa;加药计量泵：

1台，型号：

J-320/0.1-2.5，流量：

320L/H，功率：

0.75KW，压力：

1.0MPa;25电磁阀：

6个；

4.4HDJS—体化净水器基础改造

数量：

一座

结构形式：

半地下式钢混结构

性质：

对现有闲置的水池改造

内容：

1•拆除现有水池栏杆约32米；

2.将现有水池四周池壁降低2米，约拆除混凝土20m

3.池顶加盖，外形尺寸：

11.0mX6.0mX0.5m;

4.改造后池内做泥斗3个。

5.新增泥浆泵：

2台，型号：

2PN扬程：

23m功率：

11KW流量：

30m3/H;100电磁阀：

5个；

4.5综合间（值班室、压滤机房）

数量：

一座

性质：

利用现有的。

但值班室需增加电控柜一台，视场地而

5.电气设