煤礦礦涌水污水處理廠工藝設(shè)計(jì)研究

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摘要：莊塔煤礦礦涌水污水處理廠污水處理采用“中和+化學(xué)沉淀+過濾”工藝，污泥處理采用“重力濃縮+機(jī)械脫水”工藝，建設(shè)規(guī)模為11000m3/d。本文介紹了該項(xiàng)目進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的確定，分析了主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)確定；設(shè)計(jì)參數(shù)；化學(xué)沉淀；過濾；重力濃縮；機(jī)械脫水

莊塔煤礦位于慈利縣莊塔水庫上游，1998年閉礦之后，大量的礦井污水從原礦區(qū)礦井中涌出，枯水期涌水量約為160m3/h，豐水期涌水量最大可達(dá)450m3/h，污水經(jīng)過周邊渠道匯入張家界市重要飲用水源地莊塔水庫。污水中含有大量Fe、酸度高、水質(zhì)呈橙黃色，周邊農(nóng)田土質(zhì)酸化導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，莊塔水庫水質(zhì)變差，對(duì)供水區(qū)域內(nèi)居民的身體健康構(gòu)成威脅，治理必要性強(qiáng)。為避免發(fā)生大量涌水時(shí)處理能力不足而出現(xiàn)環(huán)保事故，本污水處理廠處理能力按最大涌水量確定，設(shè)計(jì)規(guī)模為11000m3/d。

1工程進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，主要污染物指標(biāo)Fe、SS和pH超標(biāo)，污水處理廠具體進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。廢水排放pH和SS執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總鐵執(zhí)行《煤礦工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426—2006），設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2處理工藝及流程

2.1礦井污水處理工藝確定

根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷，該礦井涌水的性質(zhì)為酸性礦井污水，主要為Fe、SS和pH超標(biāo)。酸性礦井污水降低酸性的處理方法主要有中和法、微生物法、人工濕地法[1]，去除SS的方法主要是混凝沉淀法，除鐵常用到的主要方法有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)氧化法、吸附法、離子交換法，近年來，磁分離技術(shù)也有一定應(yīng)用。根據(jù)該污水水質(zhì)情況，結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)，因本項(xiàng)目用地緊張，經(jīng)過技術(shù)比選和論證，本污水處理廠確定采用“中和+化學(xué)沉淀+過濾”工藝，該工藝占地小、投資和運(yùn)營成本低、簡(jiǎn)單易操作，處理效果好。具體工藝流程如圖1所示。

2.2污泥處理工藝確定

礦井污水處理過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生污泥，主要是煤泥。目前，礦井污水產(chǎn)生的污泥處理可供選擇的方案主要有“濃縮+消化+自然干化”“濕地污泥+自然干化”“濃縮+機(jī)械脫水”三種[2]。隨著環(huán)境保護(hù)處理要求的提高，近年來，人們研發(fā)出兩種污泥處理方法，即“重力濃縮+機(jī)械脫水”工藝和機(jī)械濃縮脫水工藝。因機(jī)械濃縮脫水工藝設(shè)備投資高、裝機(jī)功率大、藥劑使用量多、運(yùn)營成本高等原因，經(jīng)過技術(shù)比選和論證，本污水處理廠確定采用“重力濃縮+機(jī)械脫水”工藝，脫水機(jī)械使用板框壓濾機(jī)，泥餅外運(yùn)至填埋場(chǎng)填埋。本工藝具有總體投資低、運(yùn)行成本低、機(jī)械化程度高，設(shè)備體積小、生產(chǎn)場(chǎng)地清潔無任何臭味等技術(shù)特點(diǎn)，壓濾水通過回流進(jìn)行二次處理，從源頭上避免了二次污染。

3主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1格柵池

格柵池1座，總尺寸為0.80m×2.50m×1.00m，漿砌石池壁，水泥砂漿抹面，池壁厚度為200mm，底板厚度為250mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。池內(nèi)安裝人工格柵，材質(zhì)為304SS，數(shù)量1臺(tái)，格柵傾角為90°。

3.2調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池1座，有效面積為562.20m2，高為5.50m，漿砌石池壁，水泥砂漿抹面，池壁厚度為400mm，底板厚度為450mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。池內(nèi)安裝潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，材質(zhì)為鍍塑防腐，型號(hào)為QJB4/12-620/3-480/S，SUS304；安裝3臺(tái)，2用1備，規(guī)格型號(hào)為Q=300m3/h，H=15m，N=18.5kW；安裝超聲波液位計(jì)1臺(tái)，規(guī)格型號(hào)為0～6m，帶4～20mA電信輸出。

3.3組合池

組合池1座，總尺寸為20.40m×42.90m×5.50m，池壁厚度為400mm，底板厚度為450mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。組合池由中和反應(yīng)池、混凝反應(yīng)池、絮凝反應(yīng)池、斜管沉淀池、中間水池、清水池、污泥濃縮池組成，除清水池按1組設(shè)計(jì)，其余均按兩組并聯(lián)設(shè)計(jì)。中和反應(yīng)池停留時(shí)間為60min，尺寸為10.05m×6.50m×4.00m，主要設(shè)備包括2臺(tái)pH在線監(jiān)測(cè)儀和2臺(tái)電磁流量計(jì)；混凝反應(yīng)池和絮凝反應(yīng)池的停留時(shí)間均為20min，尺寸均為10.05m×2.20m×4.00m；斜管沉淀池停留時(shí)間為1.305h，有效尺寸為10.00m×21.00m×5.50m，有效水深為4.95m，污泥斗尺寸為上邊長(zhǎng)5.00m、下邊長(zhǎng)1.20m、深2.71m，斜管填料量為800m2，材質(zhì)為PP，參數(shù)為L(zhǎng)=1m，Φ80mm，填料支架材質(zhì)為Q235A，安裝耐磨砂漿泵8臺(tái)，4用4備，規(guī)格型號(hào)為50UHB-ZK-20-30；中間水池尺寸為10.00m×4.60m×5.50m，內(nèi)安裝有1臺(tái)超聲波液位計(jì)和3臺(tái)錳砂過濾器提升泵（2用1備），規(guī)格型號(hào)為Q=300m3/h，H=18m，N=22kW；清水池尺寸為10.00m×4.40m×5.50m，內(nèi)安裝有1臺(tái)超聲波液位計(jì)和2臺(tái)反沖洗水泵（1用1備），規(guī)格型號(hào)為Q=400m3/h，H=12.50m，N=22kW；污泥濃縮池尺寸為10.00m×6.40m×5.50m，安裝規(guī)格型號(hào)為QBY-80的氣動(dòng)隔膜泵3臺(tái)（2用1備），測(cè)量范圍為0～6m的超聲波液位計(jì)1臺(tái)，調(diào)節(jié)池提升泵2臺(tái)（1用1備），型號(hào)為Q=200m3/h，H=21m，N=18.5kW。

3.4設(shè)備用房

設(shè)備用房1座，為鋼砼框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為9.74m×12.74m。設(shè)備用房分為風(fēng)機(jī)房和加藥間。風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)羅茨風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），相關(guān)參數(shù)為Q=28.27m3/min，風(fēng)壓為44.1kPa，N=37.0kW。加藥間內(nèi)設(shè)PAM和PAC溶藥裝置各3套，含磁翻板液位計(jì)，有效容積為3m3，設(shè)PAM加藥計(jì)量泵3臺(tái)（2用1備），相關(guān)參數(shù)為Q=1200L/h，N=0.75kW，設(shè)PAC加藥計(jì)量泵2臺(tái)（1用1備），相關(guān)參數(shù)為Q=170L/h，N=0.37kW，設(shè)軸流風(fēng)機(jī)5臺(tái)，相關(guān)參數(shù)為Q=1000m3/h，全壓為152Pa，N=0.12kW。

3.5綜合用房

綜合用房1座，為鋼砼二層框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為21.40m×11.10m。內(nèi)設(shè)軸流風(fēng)機(jī)8臺(tái)，相關(guān)參數(shù)為Q=1000m3/h，全壓152Pa，N=0.12kW，設(shè)箱式壓濾機(jī)2臺(tái)，型號(hào)為XAMY100/1250，功率為3kW，并配套污泥斗2套，設(shè)11kW空壓機(jī)1臺(tái)，電動(dòng)葫蘆2套，型號(hào)為HHB-0.5AF，功率為0.75kW。

3.6石灰石加藥間

石灰石加藥間1座，為鋼砼框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸為4.50m×5.50m，內(nèi)設(shè)石灰加藥系統(tǒng)一套，含石灰乳溶解罐、石灰乳暫儲(chǔ)罐、加藥泵等。

4工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1采用了優(yōu)化項(xiàng)目投資的污水處理工藝

本項(xiàng)目投資較少，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行充分調(diào)研、論證工藝技術(shù)可行的情況下，從藥劑采購、設(shè)備采購等多維度考慮，在保證處理效果的基礎(chǔ)上最大限度降低工程投資。藥劑方面，因氫氧化鈉等中和藥劑比氫氧化鈣市場(chǎng)價(jià)高很多，方案推薦采用氫氧化鈣降低藥劑采購成本，同時(shí)降低污泥含水率，為后續(xù)處理節(jié)省投資；通過比選帶式壓濾機(jī)、螺旋壓濾機(jī)和板框壓濾機(jī)等多種污泥脫水設(shè)備，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，選用板框壓濾機(jī)，極大限度地降低了工程投資和運(yùn)營成本。

4.2優(yōu)化了構(gòu)筑物布置

因本項(xiàng)目所在地地形復(fù)雜、用地緊張，通過構(gòu)筑物布置優(yōu)化，將中和反應(yīng)池、混凝反應(yīng)池、絮凝反應(yīng)池、斜管沉淀池、中間水池、清水池、污泥濃縮池組成組合池，占地少，連續(xù)處理效果高，單位時(shí)間處理效率高，極大限度地節(jié)約了用地和降低了工程投資。同時(shí)，將壓濾水通過回流進(jìn)行二次處理，從源頭上避免二次污染。

4.3采用了適合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的污泥處理工藝

通過對(duì)多個(gè)礦井涌水處理的調(diào)查，多數(shù)投資困難，一般采用污泥堆積+自然干化的方式處理污泥，往往給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的二次污染大。為解決該環(huán)境問題，本研究采用“重力濃縮+機(jī)械脫水”工藝，初期投資看起來較高，但該工藝很好地可以有效減少占地、減少環(huán)境污染，而且脫水效率高，后續(xù)運(yùn)營成本低。

5結(jié)語

慈利縣莊塔煤礦礦涌水污水處理廠項(xiàng)目采用“中和+化學(xué)沉淀+過濾”污水處理工藝和“重力濃縮+機(jī)械脫水”污泥處理工藝，該項(xiàng)目占地小，投資和運(yùn)營成本低，簡(jiǎn)單易操作，處理效果好，水質(zhì)改善大，對(duì)下游農(nóng)田及莊塔水庫水質(zhì)改善具有重要作用，建議后續(xù)運(yùn)行過程中不斷提高管理水平，發(fā)揮污水處理系統(tǒng)的重大功效。

參考文獻(xiàn)

1趙峰華，孫紅福，李文生.煤礦酸性礦井水中有害元素的遷移特性[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007，32（3）：261-266.

2崔玲.淺論礦井排水中污泥的處置[J].煤礦環(huán)境保護(hù)，2000，14（2）：15-16.

作者：劉利軍 單位：湖南艾布魯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>