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矿井水方案

陕西省府谷县能东煤矿有限公司

矿井水水处理工程

设计方案

江苏中晖环保工程有限公司

二零一零年六月二十六日

一、概述

二、设计依据

三、设计范围及原则

四、水质及水量

五、工艺流程简图

六、系统工艺选择及说明

七、系统工艺说明

八、系统的工艺流程特点

九、处理设备的工艺计算

十、矿井水处理设备及构筑物的详细描述

十一、运行费用

十二、系统水、电、气的交接点

一、概述：

府谷县能东煤矿建设工程矿井井下排水处理站处理规模为100m3/h。

矿井井下排水中主要污染物为煤颗粒形成的SS以及生产过程中产生的乳化液油类。

按类似煤矿水质井下排水经调节池、混凝沉淀处理后，部分至井下喷洒。

再后级再经纤维球过滤及消毒后达到生活用水要求。

二、设计依据：

1、根据业主提供技术资料同类煤矿矿井废水水质条件及回用水的情况等基础资料。

2、原水性质：

矿井水。

3、室外排水设计规范GBJ14—87。

4、建筑给排水设计规范GBJ15—88。

5、通用电器设备配电设计规范GB50055-93；

6、城市区域环境噪声标准GB3096—93；

7、电气安装工程盘柜及二次回路接线工程施工及验收规范GB50171-92；

8、电气装置安装工程电气设备按试验标准GB50150-9。

三、设计范围及原则：

1.进入净化水站的水源为矿井水,水质设计按同类矿井的水质进行设计计算、其变化系数K≤1.2。

2.净水处理设施具有较大的适应性,应急性,可以满足水质、水量的变化,并考虑在突发或事故状态下的各种应急用水。

3.采用工艺具有可靠性,运行稳定,运转费用低,管理维护量特别小。

4.系统处理过程中选用工作泵均为离心泵,具有工作稳定性好的特点。

5.净水处理装置采用PLC控制,系统运行实行液位联锁。

6.本工程设计范围为接入净水处理设施起至净水排出为止的净水工艺、构筑物、设备、基础、电气等各专业设计。

四、水质及水量：

1、废水量：

根据建设单位提供水量资料,矿井水处理量为：

100m3/h

2、设计处理水量：

100t/h,2套50t/h矿井水净化系统

3、矿井水系统进出水水质：

进水水质为：

SS=55~500mg/l；油类含量为1.5mg/l;COD：

60-200mg/l（按同类似煤矿水质）

出水：

100m3/h（生产用水）井下喷洒

五、工艺流程简图：

六、系统工艺选择及说明：

根据矿井水水质情况及回用水、排放要求,采用以上工艺流程。

由于矿井水中含有部分悬浮物及部分轻质焦油,因此在考虑悬浮物去除的同时还需考虑轻质焦油的去除,经沉淀及过滤后方能达到出水标准。

矿井水处理系统由调节池、提升泵、管道混合器、PAC加药系统、PAM加药系统、自冲洗式净水器、消毒装置、清水池,系统控制采用全自动控制,各动力设备设现场控制箱,可实现两地操作,控制柜设有手动/自动转换开关,必要时（如故障状态）可转入手动操作。

七、系统工艺说明：

1）调节池：

由于矿井水排放量及排放浓度变化量较大,调节池用于矿井水的收集,在工艺中一则起缓冲及调节水量的功能,以保证进入后级净水系统水质的稳定性,调节池为钢砼结构,设计停留时间不小于3小时。

2）药液混合系统：

调节池的矿井水由提升泵提升,同时投加凝聚剂PAC及助凝剂PAM后经管道混合器充分混合后进入后级净水器。

3）PAC加药系统：

PAC加药装置用于PAC药液的制备及投加,矿井水投加PAC后通过管式混合器器混合,使煤水中的小颗粒的悬浮物凝聚,生成大颗粒的絮状体,以便后级对絮状体沉淀及过滤过除。

由于煤水中含有悬浮物、不溶性有机物、胶体等杂质,这些杂质往往带有一定量的同性电荷,它们相互排斥,难以自动聚集成大颗粒,PAC（聚合氯化铝）是长链的高分子聚合物,在水中可形成带电荷的Al×（OH）y3×-y长链多功能基团,它具有压缩胶体双电层作用,同时对异性电荷也可以起到混合的作用,而且每一个基团都可以吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质,经混合反应使基团凝聚成较大颗粒絮状矾花。

4）PAM加药装置：

在系统中投加PAM,在工艺中主要起网捕及桥架的功能,加速凝聚体的迅速状大。

5）自冲洗式净水器：

自冲洗式净化随其一种新型高效重力式自动冲洗式一体化净水器,该装置适合进水浊度≤2000mg/L,出水浊度≤3mg/l。

该净水器集絮凝、反应、沉淀、排污、反冲、污泥浓缩、集水过滤于一体,自动排泥、自动反冲洗。

本装置处理效果好,出水水质优良,自耗水量少,动力消耗省,占地面积小,节水、节电,无需人员管理。

净水系统设计最大处理水量100t/h。

自冲洗式净水器集混合反应、絮凝沉淀、集水、配水、过滤、自动反洗、自动排泥、污泥回流系统于一体的综合净水设施,主要有：

凝聚反应区、斜管沉淀区、污泥区、排泥系统、集水及滤池配水区、过滤系统、滤池虹吸反冲洗系统组成。

a、凝聚反应区：

经加药混合后的原水进入一体化净水器,首先进入装置底部的配水区,净水器的进水为两端进水,穿孔管布水,确保设备布水均匀,并且每个微孔处水流以一定的流速喷出,使絮状污泥与原水中的细小矾花充分接触,前级混合后的原水在污泥的吸附作用下,进行彻底的混凝反应,通过剩余污泥的循环回流,进行絮凝反应,使进水与污泥具有更大的接触面积,提高污泥的凝聚效率,使原水中的小矾花凝聚成较大的矾花,为斜管沉降创造有利条件。

b、斜管沉淀区：

沉降区分为上下两个部分,通过改变上下两层的斜管的孔径,提高水力梯度值,依据浅层沉淀理论,设置了斜管加速沉降,下部反应区快速形成的大颗粒状絮体,在两层斜管之间水流方向发生改变,将会增加小颗粒絮体间的接触机会,在流经上层斜管时,进一步提高出水水质。

形成的絮状体悬浮物在一层斜管区进行整流,一层斜管起均匀布水及导流作用,经充分反应后絮状水体沿二层斜管倾斜方向往上流动,进入沉降区内进行固液分离,沉积下来的污泥在重力及水流推力的作用下,沿斜管倾斜方向往下滑落。

c、污泥区：

斜管沉淀区沉淀的污泥通过水力的推流及自然沉降,部分经水力推动进入污泥区,部分污泥回流进入高浓度混合反应区,为保证污泥区排泥的彻底性,每套净水器污泥区由隔板分为3个小室,每个室内均设有电动排泥系统及压力水辅助排泥系统。

d、排泥系统：

每套净水器排泥系统由电动排泥阀及辅助排泥电磁阀组成,排泥管采用穿孔管结构,辅助排泥系统采用穿孔管助冲型式,沿污泥区底部设置,用于排泥时污泥区的搅动,以利于污泥的彻底排净。

系统排泥按设定的时间程序进行,每周期排泥3min,排泥从每套净水器的1室至3室逐个进行。

e、集水及滤池配水区：

在沉淀池的清水区采用可调式三角堰板集水,汇入集水槽,使系统集水均匀。

斜管区集水槽设有6套配水管,分别进入6个过滤室内,每个滤室的进水配有进水手动调节阀,可对每个滤池进水流量进行手动调节及设定。

f、过滤系统：

经沉淀后的水体由配水槽通过配水管分配进入各个过滤室内,通过U形水封器配水,并由上而下通过滤料层,滤后水由滤池内的连通管在重力作用下至滤室顶部的清水室。

清水室出水通过重力自流进入后级净化水池。

g、滤池虹吸反冲洗系统：

每个滤室均配有1套虹吸反冲洗系统,过滤系统的反冲洗排水通过重力虹吸原理,通过设定的水头损失值形成虹吸,利用过滤室清水室内的洁净水及滤后水自动进行反冲洗,过滤层反冲洗水接至反洗储水池。

斜管沉淀区出水经滤料层过滤一定时间后,由于滤料层的运行阻力逐渐增大,虹吸上升管内水位逐渐升高,当水位上升至虹吸辅助管位置时,虹吸管内空气随着虹吸辅助管排水,形成负压,将虹吸管内空气不断带走,最终使虹吸上升管及虹吸下降管内的水位接通,即形成虹吸,过滤室上室清水在清水层的静压及真空吸引下迅速反冲洗,装置内清水按照正常运行路径反方向返回,当清水经过滤料层时即开始对滤料进行反冲洗,滤室的反洗强度通过排水管管口的锥形调节板来调整,设定反洗强度及反洗时间,每次反冲洗历时4～6分钟。

反洗强度为14-16L/m2.s。

该净水器设备从反应、絮凝沉淀、集水、配水、过滤、体内反洗、排泥等一系列运行程序,均为全自动运行。

6）二氧化氯消毒装置：

二氧化氯消毒采用化学法制备二氧化氯,用于净水器出水净水的消毒及杀菌及净水器进水的定期杀藻,以防止净水系统中微生物的膨胀,经消毒后符合用水的标准。

7）清水池：

清水池用以储存净水器出水,在工艺中起调节水量的功能,经各回用水泵（去井下消防用水及排放）。

八、系统的工艺流程特点：

a、矿井水处理系统采用全自动控制,管理及维护的工作量小,且运行可靠。

b、自动高效净水器通过对沉淀过滤表面负荷、有效水深、污泥斗等参数的设计,合理选择,从而提高了固液分离的效果；

c、系统中所选用的PAC及PAM加药计量泵为联锁加药。

d、净水器的反洗排水回流进入调节池、达到节水的目的。

九、处理设备的工艺计算：

1）调节池（业主自备）：

调节池设计停留时间不小于5小时,由业主自备,调节池为钢砼结构,由于原水流量变化较大,净水系统运行流量在100t/h间变化,建议容积不小于500m3。

2）原水提升泵：

原水提升泵选用：

80WQ50-10-4,流量：

50t/h,H=10m,N=4KW。

原水提升泵在工艺中设置三台,二用一备。

3）PAC加药装置加药及药液制备量的计算：

a、基础条件：

不同进水浊度时的参考加药量

原水浊度（mg/L）

PAC加药量（mg/L）

<100

3-6

100-400

6-9

500-900

10-12

1000-1500

13-18

1600-2800

20-28

矿井水悬浮物含量：

150mg/L（短期内最高含量1000mg/L）,正常情况下PAC加药量为：

8mg/L,最大加药量为20mg/L,设计水量按100t/h计,PAC药液配制浓度为：

10%。

b、加药计量泵的选择：

正常情况计量泵实际加药量：

100t/h×8mg/L÷1000÷10%=8L/h（100000L/h×8mg/L=800g/h）

短期最大加药量：

100t/h×20mg/L÷1000÷10%=20L/h（100000L/h×20mg/L=2000g/h）

考虑原水水量及水质的变化情况,计量泵采用联锁加药。

计量泵选用2台,一用一备,满足两台净水器的加药,型号为JM-100,流量：

100L/h，扬程：

0.5Mpa,N=0.25KW。

c、药液搅拌装置的选择：

PAC药液的储存量满足系统24小时的耗量,PAC配制药液浓度为10%。

搅拌箱容积：

24×30=720升

考虑水质的变化,选用药液搅拌箱1只,有效容积为1.0m3

搅拌机：

1台，材质：

304SS，搅拌电机功率0.55KW

4）PAM加药装置加药及药液制备量的计算：

矿井水悬浮物含量：

150mg/L（短期内最高含量2000mg/L）,正常情况下PAM加药量为：

1mg/L,最大加药量为2mg/L,设计水量按100t/h计,PAM药液配制浓度为：

0.4%。

b、加药计量泵的选择：

正常情况计量泵实际加药量：

100t/h×1mg/L÷1000÷0.4%=25L/h（100000L/h×1mg/L=100g/h）

短期最大加药量：

200g/h

考虑原水水量及水质的变化情况,计量泵采用联锁加药。

计量泵选用2台,一用一备,满足两台净水器的加药,型号为JM-100,流量：

100L/h，扬程：

0.5Mpa,N=0.25KW。

c、药液搅拌装置的选择：

PAM药液的储存量满足系统12小时的耗量,PAM配制药液浓度为0.4%。

搅拌箱容积：

100×12=1200升

考虑水质的变化,选用药液搅拌箱1只,有效容积为1m3

搅拌机：

2台，材质：

304SS，搅拌电机功率0.55KW

5）二氧化氯消毒装置：

净水二氧化氯投加量按：

1-2g二氧化氯/m3净水,系统最大处理水量100t/h,选用二氧化氯发生器2台,单台二氧化氯的发生量：

400g/h。

（一用一备）

6）管道混凝器：

管道混凝器用于投加PAC及PAM后的混合反应,设计流速为：

0.9～1.5m/s,选用混凝器规格为：

Φ150×600。

管道混合器选用2台，设置在净水器进水管母管上。

5）自冲洗式净水器

净水器在工艺中采用2台,单台最大处理水量为50t/h。

进水平均浊度按150mg/L计,沉淀区出水浊度按10mg/L计,过滤出水浊度<3mg/L。

净水器排泥浓度含水率为95%。

a、净水器排泥周期：

净水器平均每小时产泥量：

100t/h×（150mg/L-10mg/L）÷（1-98%）÷1000÷1000=0.7m3。

b、净水器的排泥时间：

按每个电动阀1-3min计,排泥时间可调。

c、每套净水器单格滤池反洗水量：

基础条件：

反洗强度：

15L/m2.S,反洗历时：

5min

单格滤池反洗水量：

2.72×15×3.6=147t/h

单格滤池一次反洗排水量：

147t/h÷60min×5min=12.3吨

过滤池按24小时反洗一次。

（自动进行）

十、废水处理设备及构筑物的详细描述：

10.1、原水提升泵：

1）说明：

原水提升泵用于调节池内矿井水的提升,废水经提升后至后级净水器系统，保障净水器正常工作的压力,在工艺中设置三台,二用一备。

2）设备规范：

型号：

80WQ50-10-4

型式：

　无密封自吸泵

数量：

　3台（二用一备）

流量：

　50m3/h

扬程：

　10m

输送介质：

　矿井水

结构材质：

泵体：

HT50

叶轮：

HT50

轴：

45#钢

防护等级：

IP54级

绝缘等级：

F级

电机功率：

　4kW

电压：

380V

转速：

1450rpm

10.2、PAC加药装置

1）说明：

PAC加药用于矿井水投加凝聚剂,使污水中的悬浮物发生凝聚,形成颗粒较大的絮状体。

2）设备规范：

形式：

二箱二泵集中框架式

型号：

JNY2/2-100/0.5

外形尺寸：

2000×2000×1800

数量：

1套

a、溶解搅拌箱：

有效容积：

1000L

规格：

Φ1000

材质：

Q235-B

数量：

1套

b、电动搅拌机：

型号：

BLD11-11-0.55

型式：

摆线针轮式

数量：

1台

叶轮直径：

250mm

搅拌轴及叶片材质：

不锈钢

电机功率：

0.55kW

c、计量泵：

型号：

JM-100

型式：

机械隔膜式

泵头材质：

PVC

输出流量：

100L/h

输出压力：

0.5Mpa

电机功率：

0.25kW

电源：

380V/50HZ

数量：

2台

控制方式：

联锁加药

3）技术标准：

3.1本加药装置有电动搅拌溶解箱、Y型过滤器、计量泵、稳冲压力容器、压力表、液位开关、内连管道及手动阀门钢平台、扶梯及就地电气控制柜内部电缆管及电缆等全套附件。

3.2所有组件均布置在一个机架上,采用集中式框架结构,单元供货,所有接口连接到机架。

3.3电动搅拌箱为PE一次成型的直立、圆筒容器。

半透明结构,并进行24小时盛水试验,箱底至地面有净空100mm,利于药液的排空。

3.4电动搅拌箱配置带减速装置的电动搅拌机。

3.5搅拌桨呈螺旋桨式结构,搅拌桨及轴材质为不锈钢材质,并能够均匀混合溶液箱内的溶液。

3.6系统管道阀门、所有阀门均为UPVC材质,电动搅拌箱配有出药口、排污口、液位开关接口、进药口、稀释水进口、溢流口等。

3.7各计量泵为正排量形式,可调节冲程。

进口设有Y型过滤器、出口装设逆止阀及手动调节隔膜阀。

3.8各泵流量可手动及自动调节,调节范围在10～100%出力时可调,能根据净水器总进水管的流量信号由就地PLC进行综合计算、比较,输出4-20mA的控制信号.

3.9计量泵过流部分选用PVC材质,计量泵能对加药点的最高压力时输出全流量,泵输出流量精度在总变化流量的±0.2-1%以内,滞后小于0.1秒。

3.10泵和泵输出管道及阀门等附件的设计以计量泵的输出压力条件为基础进行设计,系统中配套3台计量泵二用一备。

3.11每台计量泵进口均设Y型过滤器。

Y型过滤器为UPVC材质,内部装有尼龙滤元,缝隙0.3±0.05mm。

3.12搅拌箱进药设投药蓝,用于固体药液的存放,防止颗粒药剂进入药箱而阻塞出液及排污管道。

3.13所有排放点通过漏斗接至一根总排水管上,整个装置有一个总排水点,排放管接至机架。

3.14本装置的内部件在工厂进行安装及定位并提供正确的支撑及固定,以满足设备的安全运输及多次搬运的需要。

3.15设备底座与基础间为焊接固定,设备内部件按抗震7级裂度进行设计。

3.16加药系统配套就地电气柜,就地按钮柜设有手动/自动转换开关,当转换开关设在手动时,可通过就地柜来控制各动力设备的启停,当转换开关设在自动位置时,按PLC设定的工作程序自动工作,就地控制柜与PLC间通过硬线接通。

3.17主要仪表：

每台计量泵出口设有压力表,可就地显示各个加药点的工作压力。

4）主要技术参数

PAC加药装置

型号

JNY2/2-100/0.5

形式

集中框架式

规格

2000×2000×1800

数量

1套

电动搅拌箱

--型式

立式圆形容器

--数量

1只

--有效容积

1.0m3

--设计压力

常压

--直径

Φ1000mm

--材质

Q235-B

搅拌装置

--数量

1套

--轴及桨的材质

304SS

--叶轮直径

250mm

--减速方式

摆线针轮式

--搅拌机型号

BLD11-11-0.55

--减速比

11

--输入转速

1450rpm

--输出转速

132r/min

--减速机产地

常州江南减速机有限公司

--电动机功率

0.55kW

--型号

JM-100

--型式

机械隔膜式

--数量

2台

--流量

100L/h

--最大扬程

0.5MPa

--流量范围/精度

10-100%/1%

--电动机功率

0.25KW

--泵过流件结构材质

PVC

--隔膜材质

PTFE

--密封圈材质

PVDF

--泵制造商

管式过滤器

--型式

Y型

--通径

DN25,PN1.0

--材质

UPVC

--滤元材质

尼龙

--过滤精度

0.3mm

--数量

1套

--生产商

山东华亚

计量泵出口管道

--规格

DN20,PN1.0

--材质

UPVC

外接管口

--出药接口

DN20,PN1.0

--稀释水进口

DN25,PN1.0

--排污接口

DN25,PN1.0

计量泵进出口隔膜阀

--规格

DN20,PN1.0

--材质

UPVC

--数量

1只

搅拌箱及储药箱排污隔膜阀

--规格

DN25,PN1.0

--材质

UPVC

--数量

1只

搅拌箱出液隔膜阀

--规格

DN25,PN1.0

--材质

UPVC

--数量

1只

止回阀

--规格

DN20,PN1.0

--数量

1只

--材质

UPVC

10.3、PAM加药装置

1）说明：

PAM加药用于矿井水投加助凝剂,使污水中的悬浮物迅速状大,缩短了混凝反应时间。

2）设备规范：

形式：

二箱二泵集中框架式

型号：

JMY2/2-100/0.5

外形尺寸：

2000×2000×1800

数量：

1套

a、溶解搅拌箱：

有效容积：

1000L

规格：

Φ1000

材质：

Q235-B

数量：

1套

b、电动搅拌机：

型号：

BLD11-11-0.55

型式：

摆线针轮式

数量：

1台

叶轮直径：

250mm

搅拌轴及叶片材质：

不锈钢

电机功率：

0.55kW

c、计量泵：

型号：

JM-100

型式：

机械隔膜式

泵头材质：

PVC

输出流量：

100L/h

输出压力：

0.5Mpa

电机功率：

0.25kW

电源：

380V/50HZ

数量：

2台

3）技术标准：

3.1本加药装置有电动搅拌溶解箱、Y型过滤器、计量泵、稳冲压力容器、压力表、液位开关、内连管道及手动阀门钢平台、扶梯及就地电气控制柜内部电缆管及电缆等全套附件。

3.2所有组件均布置在一个机架上,采用集中式框架结构,单元供货,所有接口连接到机架。

3.3电动搅拌箱为PE一次成型的直立、圆筒容器。

半透明结构,并进行24小时盛水试验,箱底至地面有净空300mm,利于药液的排空。

3.4电动搅拌箱配置带减速装置的电动搅拌机。

3.5搅拌桨呈螺旋桨式结构,搅拌桨及轴材质为不锈钢材质,并能够均匀混合溶液箱内的溶液。

3.6系统管道阀门、所有阀门均为UPVC材质,电动搅拌箱配有出药口、排污口、液位开关接口、进药口、稀释水进口、溢流口等。

3.7各计量泵为正排量形式,可调节冲程。

进口设有Y型过滤器、出口装设逆止阀及手动调节隔膜阀。

3.8各泵流量可手动及自动调节,调节范围在10～100%出力时可调,能根据净水器总进水管的流量信号由就地PLC进行综合计算、比较,输出4-20mA的控制信号。

3.9计量泵过流部分选用PVC材质,计量泵能对加药点的最高压力时输出全流量,泵输出流量精度在总变化流量的±0.2-1%以内,滞后小于0.1秒。

3.10泵和泵输出管道及阀门等附件的设计以计量泵的输出压力条件为基础进行设计,系统中配套2台计量泵一用一备。

3.11每台计量泵进口均设Y型过滤器。

Y型过滤器为UPVC材质,内部装有尼龙滤元,缝隙0.3±0.05mm。

3.12搅拌箱进药设投药蓝,用于固体药液的存放,防止颗粒药剂进入药箱而阻塞出液及排污管道。

3.13所有排放点通过漏斗接至一根总排水管上,整个装置有一个总排水点,排放管接至机架。

3.14本装置的内部件在工厂进行安装及定位并提供正确的支撑及固定,以满足设备的安全运输及多次搬运的需要。

3.15设备底座与基础间为焊接固定,设备内部件按抗震7级裂度进行设计。

每台计量泵出口设有压力表,可就地显示各个加药点的工作压力。

每台储药箱均设有液位开关。

4）主要技术参数

PAM加药装置

型号

JMY2/2-100/0.5

形式

集中框架式

规格

2000×2000×1800

数量

1套

电动搅拌箱

--型式

立式圆形容器

--数量

1只

--有效容积

2.0m3

--设计压力

常压

--直径

Φ1000mm

--材质

Q235-B

搅拌装置

--数量

1套

--轴及桨的材质

304SS

--叶轮直径

250mm

--减速方式

摆线针轮式

--搅拌机型号

BLD11-11-0.55

--减速比

11

--输入转速

1450rpm

--输出转速

132r/min

--减速机产地

常州江南减速机有限公司

--电动机功率

0.55kW

加药计量泵

--型号

JM-100

--型式

机械隔膜式

--数量

2台

--流量

100L/h

--最大扬程

0.5MPa

--流量范围/精度

10-100%/1%

--电动机功率

0.25KW

--泵过流件结构材质

PVC

--隔膜材质

PTFE

--密封圈材质