河南义煤集团杨村煤矿100吨矿井水改造方案.docx

1、河南义煤集团杨村煤矿100吨矿井水改造方案河南义煤集团有限公司杨村煤矿100T/H矿井井下水处理工程技 术 方 案 编制单位：北京明光环境设备有限公司编制时间：2008年05月1、项目概况1.1、 项目简介河南义煤集团杨村煤矿现需要改造原有矿井水处理站，矿井水处理工程的处理水量为100T/H，根据矿井要求的排水量、水质情况及矿井生产用水标准及外排环保标准，井下排水采用混凝、沉淀、消毒处理，由于矿井水处理后主要回用于地面生产系统洒水及消防。因此水质必须符合招标文件要求，为满足工业生产和环境保护的需要，现对矿井水处理厂进行设计。根据我公司多年的工程实践经验，本着投资少，见效快，实用可靠，节省占地面

2、积，运行费用低，耗能少，处理效果好的原则，我们对该矿的矿井水处理站进行了设计，因此我们公司设计了此套矿井水处理工艺方案。1.2、设计编制原则1.2.1 严格执行环境保护的有关各项标准、规范，确保处理后的矿井水达标。1.2.2 采用国内先进技术和成熟工艺及设备，处理设施高效、节能处理效果好。1.2.3工艺流程尽量简单，操作简便，便于管理和维护，投资小，运行成本低。1.2.4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。布局尽量与整个工业场地布置相匹配。1.2.5按照当地总体规划、污水专业规划和环境影响评价的要求，遵守国家和当地的有关法律法规、标

3、准规范，编制本工程的设计方案。1.2.6根据近来当地社会和经济的不断发展，企业规模和数量的不断扩大导致污水量不断增长的现状，论述项目建设规模的必要性、迫切性和可行性。1.2.7采取相应措施使污水处理厂的污泥、噪声、废气等对周围环境的影响降至最低。1.3、编制依据1.3.1中华人民共和国环境保护法（89.12）1.3.2建设项目环境保护管理条例（98.11）1.3.3建设项目环境保护设计规定1.3.4室外给水规范（GB 500132006）；1.3.5污水综合排放标准（CB 8978-1996）1.3.6给水排水设计手册（1-4册）1.3.7室外排水设计规范（GB 50014-2006）1.3.

4、8给排水工程结构设计规范（GBJ 69-84）1.3.9污水再生利用工程设计规范（GB/T 50335-2002）；1.3.10水工业工程设计手册之水资源及给水处理分册1.3.11建筑给水排水设计规范（GB 50015-2003）1.3.12矿井井下消防、洒水设计规范（MT/T50232003）.1.4、编制范围根据用户的要求，编制范围为：针对该矿的发展需要，综合考虑污水水质水量现状，分析研究本改造工程100m3/h规模污水处理厂的客观必要性和技术经济管理上的可行性。本工程主要包括以下内容：1.4.1矿井水处理厂考虑相应的出水水质达标及排放出路、矿井污水达标排放；1.4.2按照100m3/h的

5、设计要求布置主要设备的生产及附属设施；1.4.3运行费用及效益分析。2、设计处理规模及水质2.1、处理规模本矿井水处理站的处理规模为100m3/h。2.2、水质矿井井下消防、洒水设计规范（MT/T50232003）标准的主要指标如下表：序号污染物悬浮物含量悬浮物粒径PH值总大肠菌群粪大肠菌群1单位mg/Lmm2浓度300.36.58.5每100mL水样中不得检出每100mL水样中不得检出2.2.1、进水水质COD20mg/l，NH3-N10mg/l。（根据矿方提供数据）2.2.2、出水水质经过处理后的矿井水水质指标远远小于矿井井下消防、洒水设计规范（MT/T50232003）的排放标准，浊度3

6、NTU，SS大大小于20 mg/L。3、工艺选择3.1、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，

7、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。3.2、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，是国外先进技术，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

8、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2030，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ABS或玻璃钢，投资稍低；两种处理工艺反应时间在1015min，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

9、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

10、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3080mm，斜板间距一般在80

11、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：

12、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3NTU。高密度迷宫斜板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，

13、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3NTU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1520%。布水布水不均

14、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60。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

15、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66，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

16、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。目前，该套技术已广泛应用于煤矿矿井水的处理和中国南北方的江、河、湖泊水的处理。对于矿井水处理来讲，矿井水处理工艺系统高密度迷宫斜板沉淀池出水浊度3NTU，其它水质指标达到矿井井下消防、洒水设计规范（MT/T50232003）中的标准。处理后的水经二氧化氯发生器消毒后即可回用于地

17、面生产系统洒水及消防等用水。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、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

18、，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ClO2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。3.3、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

19、道混合、网格反应、高密度迷宫斜板沉淀、二氧化氯消毒处理工艺。4、设计方案4.1、工艺设计4.1.1、处理工艺流程设计采用的处理工艺流程简图如下，详见附图1。 工艺流程简述：矿井井下排水首先排至原有矿井水处理站调节池，经预沉淀后由提升泵将矿井水提升经管道混合器后进入高密度迷宫斜板净水器，进行泥水分离，沉淀池出水自流入清水池消毒后打至矿方原有蓄水池。调节预沉池定时将池底沉淀物排至排污池，高密度迷宫斜板净水器的排泥由排泥阀门控制，定时排入排污池，经排污池后处理。4.1.2、矿井水处理站主要设备设计4.1.2.1、高密度迷宫斜板净水器规格型号：GMB-50参 数：Q=50m3/h，钢制数 量：2台生产

20、厂家：北京明光4.1.2.2、潜污泵型 号：WQ2155-410参 数：流量：Q=50m3/h；扬程：H=11m；功率：N=3kW，二用一备，数 量: 3台；生产厂家：上海凯泉4.1.2.3、二氧化氯发生器型 号：HB-200规 格：最大发生量：Q=200g/h，工作压力：0.2-0.4Mpa，每台含安全报警系统一套，精密计量泵功率N=0.2Kw，2台,每台配备密封溶液箱2台，反应罐1台，支架一套。数 量：2台生产厂家：北京明光4.1.2.4、管道混合器规格型号： GD-100；参数： DN100，最大工作压力P=1.0Mpa数 量： 2台；厂 家： 北京明光。4.1.2.5、计量泵规格型号：

21、 JXM-A120/0.7；参数：流量Q=120L/h，功率N=0.37Kw，碳钢材质。数 量：2台；厂 家：浙江爱力浦。4.1.2.6、自动加药机规格型号：JY-1 ；参数：含控制中心1套，搅拌桶2台，功率N=0.75Kw，搅拌机2台，溶液箱100010001000mm，数量：2台，梯子扶手2套数 量: 2套；厂 家：北京明光。4.1.2.7、自动控制系统规格型号：KGZ-1 ；参数：控制加药机自动开停、切换、报警;PLC选用系列产品,液位控制器2套,各种接触器、断路器、指示灯,控制设备都设有手动和自动单独控制开关，转换开关,随时显示设备工作状态。数 量：1套；厂 家：北京明光。4.2、总平

22、面布置4.2.1、站址矿井水处理站位于杨村煤矿原有矿井水处理站内。4.2.2、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。处理站总平面布置草图见下图。4.3、配电及自动控制4.3.1、设计依据（1）供配电系统设计规范（GB50052-95）（2）低压配电设

23、计规范（GB 50054-95）（3）电力工程电缆设计规范（GB 50217-94）（4）建筑物防雷设计规范（GB 50057-94）（5）工艺提交的设备表、工艺流程及平面布置图4.3.2、配电与照明动力配电和照明为三相四线380/220V，采用接零保护方式。4.3.2.1、配电矿井水处理设施电气设备为二级负荷。从矿井变电所引入两路380V电源，给全站内负荷供电。正常运行时，两路电源均投入工作，互为热备用。矿井水处理设施设备工作总负荷12.78kw，综合考虑水处理系统用电负荷等级及保证生产连续，采用双电源进线；低压供电系统采用单母线方式。4.3.2.2、照明站内主要道路设高压钠灯路灯照明，各敞

24、开式水池设柱灯照明或庭院灯照明。室内外常规照明灯端电压220V。室内照明与室外照明原则上分回路供电，分回路控制。水池照明由配电室总照明配电箱控制；道路一般照明直接由配电室供电，光电自动控制。4.3.3、仪表与自动控制所有工艺设备的控制均设有自动控制和手动控制两种方式；自动控制通过PLC实现，该方式为正常生产时的控制操作方式；手动方式又分为机旁手动操作和远程手动操作两种方式，在每一台设备机旁均设有控制箱，实现机旁手动控制，该方式主要为设备单体试车和设备检修时使用，同时可以实现对局部区域的工艺设备进行远程手动操作。4.3.3.1、设计目标（1）按工艺流程配置必要的液位、流量等检测仪表。（2）全部检

25、测仪表及电气设备的运行信号的传送和显示。（3）根据电气设备的运行要求及主要控制参数的控制要求，设置自动控制和自动调节系统。（4）按照集中监测管理的原则建立监控报警系统。4.3.4、设计内容1）控制提升泵自动工作。2）矿井水进入高密度迷宫斜板净水器同时加药机自动工作。3）控制二氧化氯发生器自动工作。4）控制自动排泥机自动排泥。5）自动检测加药流量、处理流量。5、环境保护5.1、拟采用的环境保护标准（1）地表水环境质量标准（GB38382002）类标准。（2）地下水质量标准（GB/T1484893）III类标准。（3）环境空气质量标准（GB30951996）二级标准。（4）城市区域环境噪声标准（G

26、B309693）3类标准。（5）污水综合排放标准(GB89781996)（6）工业企业厂界噪声标准（GB1234890）III类。5.2、环境影响评述本工程对环境的影响有两个方面，即：施工期和运行期。施工期主要的影响因素有：施工过程中材料运输产生扬尘、施工设备噪声、建筑垃圾和生活垃圾等对环境的影响。运行期主要的影响因素有：设备运行时产生的噪声、道路扬尘、污泥等。5.3、环境风险分析本工程主要环境风险为：因断电造成处理设备无法正常运行；因机械故障造成系统无法运行。本工程所有泵、加药装置均按规定设有备用，某一设备出现故障后，备用设备能立刻启用，且处理站建有调节水池，因此，因机械故障造成系统无法运行

27、的可能性极小。5.4、污染的防治措施5.4.1、建设期污染防治5.4.1.1、交通影响对策选择适当的路线运送材料和设备，使交通中断最小。制订严格的施工程序表，按计划施工建设。5.4.1.2、施工扬尘、噪音影响对策及时地清运弃土，避免沿途抛洒。对所有车辆和设备装设低噪音和消降污染设施，以限制噪音和空气污染。5.4.1.3、建筑垃圾、生活垃圾等废弃物影响对策建筑垃圾、生活垃圾要及时清理，运到指定排放场地。倡导文明施工、室岗保洁，创造一个良好的生活环境。5.4.2、运行期污染防治5.4.2.1、固体废物处置站内主要建筑物及其它作业场所应安置适量的垃圾桶，定时定点清运生活垃圾，由矿井统一处理。5.4.

28、2.2、污、废水处理站内产生的生产、生活废水由管道收集后进入矿井工业场地生活处理站调节池统一处理。5.4.2.3、道路扬尘防治对道路扬尘，考虑采用洒水车对道路定期洒水喷淋，抑制路面扬尘对环境的污染。5.4.2.4、噪声控制矿井水提升采用潜污泵，从源头减少噪声；回用系统水泵较小，门采用隔声木门，窗户采用双层玻璃。预计各厂房将达到工业企业噪声控制设计规范(GBJ87-85)中的有关要求，厂界噪声将达到工业企业厂界噪声标准（GBl2348-90)中的要求。5.5、绿化根据场地情况可适当绿化，改善周围环境。6、本矿井水处理工艺特点6.1、本系统从加药、反应、絮凝、沉淀、集泥、排泥、集水、排污、消毒等一

29、系列运行程序，达到了自动运行。6.2、采用高效絮凝反应器和自动加药机加药，反应器能控制合理碰撞效果，加药机能精确计量加药量，可使絮凝剂和污水能充分混合反应，絮凝效果好，可减少30%的絮凝剂使用量。同时，节省动力机械搅拌的能耗和设备投资。6.3、沉淀区采用高密度迷宫斜板，与普通斜管沉淀池相比，具有较高的沉淀分离效果，且占地面积小。6.4、操作简便，维修量小，能连续运行，保证水质稳定，达标高效。6.5、出水效果较好：浊度可控制在小于3NTU。主要体现以下四个方面：6.5.1、可直接广泛应用到厂区生产、防尘、绿化、生活杂用水等方面。6.5.2、出水效果较好可以对回用设备等起到很好保护作用，水质较差长

30、时间会堵塞回用设备，对设备损害大，增加维护量。6.5.3、广泛应用到生活饮用水工程中去，矿内水资源日益缺乏，现有的地表水、地下水越来越难满足矿区内生活需要，我们另辟其径，把矿井水处理成生活用水，这也是我们公司技术开发研究的一个新课题。因此，我们这套工艺既能满足目前矿区生产需要和国家环保要求，又能为杨村矿区生活用水做好扎实的铺垫。6.6、 无二次污染：污泥池上清液回流，包括加药间废液外排去向，都能够得到很好解决。7、主要设备清单序号名称型号单位数量生产厂家性能参数及说明1高密度迷宫斜板净水器GMB-50台2北京明光Q=50m3/h，钢制2潜污泵WQ2155-410台3上海凯泉流量Q=50m3/h,扬程H=11m, 功率N=3Kw,两用一备3二氧化氯发生器HB-200台2北京明光最大发生量：Q=200g/h，工作压力：0.2-0.4Mpa，每台含安全报警系统一套，精密计量泵功率N=0.4Kw，2台,每台配备密封溶液箱2台，反应罐1台，支架一套。4管道混合器GD-100台2北京明光DN100，最大工作压力P=1.0Mpa5计量泵JXM-A120/0.7台4浙江爱力浦流量Q=120L/h，功率N=0.37Kw，碳钢材质6自动加药机JY-1套