矿井水处理工程设计方案.docx

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矿井水处理工程设计方案

某矿矿井水处理工程

设

计

方

案

（工程规模：

700m3/h）

二○○九年一月

1概述

项目概况

为减少地面调节水池的容量和满足矿井地下排水泵站夜间排水的要求，并考虑一定的发展余地，确定其处理规模为100m3/h。

矿井水处理后用于井下中采用水（100m3/h）。

设计内容

本次设计的主要内容如下：

（1）工艺系统设计、总平面布置、电气、给排水、暖通空调、检测与控制以及建筑结构；

设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》（89.12）；

（2）《建设项目环境保护管理条例》（98.11）；

（3）《建设项目环境保护设计规定》；

（4）《室外给水规范》（GB50013－2006）；

（5）《室外排水设计规范》（GB50014-2006）；

（6）《给水排水设计手册》；

（7）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）；

（8）《城市污水再生利用工业用水水质》（GB-T19923-2005）；

（9）《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2006）；

（10）《建筑工程设计文件编制深度的规定》（2003版）；

（11）用户提供的其它有关资料。

设计原则

本工程作为矿井新建配套的环保项目，在解决矿井污废水污染环境问题的同时，最大程度的利用再生水资源，作到环境保护与水资源的合理利用并举。

严格执行国家有关环境保护政策，遵守国家有关法规、规范和标准。

设计应采用处理效率高、出水水质好、投资少、能耗低、运行可靠的工艺流程。

在确保处理效果的前提下，做到工艺流程简洁、操作简单、管理方便、占地小、投资省、运行费用低。

尽量选用国产先进、高效、节能、运行维护简便的设备，以节省能源，降低处理成本。

工艺设计要考虑采用自动化控制的可行性，以便提高运行管理水平，降低劳动强度，体现现代化水处理的先进水平。

建筑设计力求美观、大方，构筑物布置时尽量紧凑、合理，设施及管线布置流畅、整齐，减少占地面积和管道费用。

布局尽量与原有场地布置相匹配。

采取相应措施使产生的污泥、噪声、废气等对周围环境的影响降至最低。

设计处理规模及水质

处理规模

设计处理规模是100m3/h，系统每天运行20h。

水质

进水水质

井下排水水质为：

（参考类似水质）

pH＝7~9；

COD=100mg/L；

SS=300-1000mg/L；

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》（GB20426－2006）的要求，即为：

pH=6~9；

BOD5≤20mg/L；

COD≤50mg/L；

SS≤50mg/L。

其中回用水质符合《井下消防、洒水水质标准》要求，即为：

pH=6.5~8.5；

SS≤30mg/L；

悬浮物粒度（mm）≤0.3；

总大肠菌群：

≤3个/L；

《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：

pH=6.5~8.5；

浊度≤5NTU；

COD≤60mg/L；

BOD≤10mg/L；

Fe≤0.3mg/L；

Mn≤0.1mg/L；

总硬度（以CaCO3）：

≤450mg/L；

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12～20min，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（SS）、COD、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30～80mm，斜板间距一般在80～10mm。

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35mm，运行参数通常为：

上升流速=1.5-1.8mm/s。

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/s，沉淀后出水浊度≤5NTU。

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15mm，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≤5NTU

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3.5mm/s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，