矿井水处理系统的优化设计

1、矿井水处理系统的优化设计研究报告一、前言高庄煤业有限公司污水处理系统始建于2005年11月， 2006年9月正式调试运行。主要由矿井污水处理系统和生活污水处理系统两部分组成。其中矿井污水处理系统采用混凝沉淀过滤水力循环澄清池+无阀滤池联合处理工艺，总设计处理能力为12000m3/d，系统进水水质为：CODCr <500mg/L、SS<2000mg/L、PH:69；处理后出水水质满足地表水环境质量标准（GB3838-2002）类水体水质标准要求，其中悬浮物浓度应符合山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准（DB37/599-2006）重点保护区域标准限制即：CODCr20mg/L、NH

2、3-N1mg/L、SS50mg/L、PH 69；矿井生活污水主要处理煤矿工业场地生活区产生的废水，处理工艺采用新型BAF污水生物处理技术：具体为酸化分解+曝气生物过滤+活性炭过滤池联合处理工艺。工程设计处理规模为7000m3/d，共同处理集团公司付村煤业公司和我高庄煤业公司的生活污水。其中高庄矿井生活污水排水量4200 m3/d，付村矿井生活污水排水量2800 m3/d。（目前实际处理量平均每天在5200 m3左右，其中处理付村煤业公司水量平均每天为3800 m3左右，高煤公司处理水量为1400 m3左右）。进水水质为：CODCr=300mg/L；BOD5=165mg/L；SS=300mg/L

3、； NH3-N=30 mg/L；P-PO4=3 mg/L。处理出水水质需达到回用水的水质要求及外排水达到地表水环境质量标准类水体水质标准的要求。矿井污水处理系统主要对来自井下的污水进行加药絮凝预沉淀、水力循环澄清池澄清、无阀过滤等工艺处理后进行外排。现有矿井污水处理系统采用两台混凝沉淀过滤水力循环澄清池+无阀滤池联合处理工艺，总设计处理能力为12000m3/d，即500 m3/h，实际处理量平均约为10000 m3/d。处理出水水质需达到回用水的水质要求及外排水达到地表水环境质量标准类水体水质标准的要求。二、污水处理现状污水处理系统自2006年投入使用至今，经过多次维护和修理，但由于长期运行，

4、系统存在设备逐渐老化、工艺设施损坏诸多制约工艺处理效果的因素。随着国家对环境保护的重视，对污水的排放水质标准不断的完善严格，现有污水处理工艺系统处理后的外排水已不能持续稳定满足国家规定标准。1、矿井生产污水处理系统现状矿井污水处理系统主要对来自井下的污水进行加药絮凝预沉淀、澄清、无阀过滤等工艺处理后进行外排。现有矿井污水处理系统采用两台混凝沉淀过滤水力循环澄清池+无阀滤池联合处理工艺，总设计处理能力为12000m3/d，即500 m3/h，实际处理量平均约为10000 m3/d水力循环澄清池是将加了混凝剂的原水从进水管道进入喷嘴，以高速喷入喉管，在喉管的喇叭口周围形成真空，吸入大约3倍于原水的

5、泥渣量，经过泥渣与原水的迅速混合，进入渐扩管形的第一反应室，以及第二反应室中进行混凝处理。喉管可以上、下移动以调节喷嘴和喉管的间距，使等于喷嘴直径的12倍，并借此控制回流的泥渣量。水流从第二反应室进入分离室，由于断面积的突然扩大，流速降低，泥渣就沉下来，其中一部分泥渣进入泥渣浓缩斗定期予以排出，而大部分泥渣被吸入喉管进行回流，清水上升从集水槽流出，完成净水的目的。无阀滤池是一种不用阀门切换过滤与反冲洗过程的快滤池 ，由滤池本体、进水装置、虹吸装置三部分组成，不是没有阀门的快滤池。在运行过程中，出水水位保持恒定，进水水位则随滤层的水头损失增加而不断在吸管内上升，当水位上升到虹吸管管顶，

6、并形成虹吸时，即自动开始滤层反冲洗，冲洗废水沿虹吸管排出池外。 由于公司产量不断加大，井下提升水量也不断增加，现有的处理能力为12000 m3/d的矿井污水处理系统在井下上水量加大，浓度增加的情况下，特别在井下上水量达到500 m3/h以上时，系统无法对进水进行有效处理，无法满足矿井对外排水质的要求。改造方案及创新点：为进一步节约水资源，达到废水的资源化综合利用，确保高煤公司矿井污水经处理后符合GB/T18920-2002城市污水再生利用-城市杂用水水质、GB3838-2002地表水环境质量标准规定和国家南水北调工程水质要求。结合我矿污水处理工艺实际情况，针对制约污水处理的

7、各项因素，经调研多项污水处理方案，决定对高庄煤业公司矿井污水处理工艺进行升级改造。城市污水再生利用-城市杂用水水质GB/T18920-2002地表水环境质量标准GB3838-2002针对矿井井下上水量越来越大，污水浓度增大，现有矿井污水处理系统无法完成处理，在此情况下，修建一座处理能力为8000 m3/d的新矿井污水处理系统（如上图），新矿井污水处理系统同样采用混凝沉淀过滤水力循环澄清池+无阀滤池联合处理工艺。8000 m3/d的新矿井污水处理系统是根据我公司井下提升水量情况量身定制的，也是该公司迄今为止建立的规模最大的一座矿井污水处理系统，水力循环澄清池，每小时的处理能力

8、达到330 m3，新矿井污水处理系统投入使用后，可有效降低旧矿井污水处理系统的工作压力，同时，新矿井污水处理系统利用全新的全自动加药装置，对药剂具有更好的利用效率。2.矿井污水处理系统加药装置现状及改造方案1.现有的矿井污水处理系统采用一套加入聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺干粉(PAM)的加药装置。加药装置是以计量泵为主要投加设备、将溶药箱、搅拌器、液位计、安全阀、止回阀、压力表、过滤器、缓冲器、管路、阀门、底座、扶梯、自动监视系统、电力控制系统等按工艺流程需要组装在一个公共平台上，形成一个模块。按需要将定量的药剂放入搅拌溶液箱内进行搅拌溶解，溶解完毕后再通过计量泵送至投加点的工作

9、过程，加药量的大小可自由任意调节，以满足不同加药量的场所。加药过程可手动操作，也可通过PC机、磁翻板液位计、PH计、行程控制器、变频器等各种电器、仪表、使加药装置成为机电一体化产品、实现自动控制。加药装置的加药量及加药压力，可根据工业流程的需要，选取合适的计量泵。原有的自动加药装置由于使用时间过长，设备老化落后严重，比如，原有的PAC加药装置由于使用时间较长，设备老化，已不能实现自动加药的要求，必须通过人工向溶药箱中投加药剂。造成浓度不易控制，增加职工劳动强度的一系列问题。2.自动加药装置中的螺旋给料器靠管状螺旋推进粉粒体物料在管壳中前进形成料柱进行给料并同时防止空气串流。对于粘湿性较强以及易

10、缠绕的物料可采用无轴螺旋结构。螺旋给料器的物料适应性广，广泛应用于石油、化工、轻纺、制药、食品、造纸、饮料、环保等工业生产中。螺旋给料器具有以下特点：1.排料均匀，可以方便地进行调控其给料的特点2.可用于气力输送系统，也可以用于一般的有压差的排料场合，密封性好，耐压程度高3.整体结构设计坚固而紧凑4.可根据不同使用环境选择多种主体材料。螺旋给料器处理能力计算公式为：Q=15（D2-d2）SncQ螺旋给料器生产能力，t/h；D螺旋给料器叶片直径，m；d螺旋给料器转动轴直径，m；S螺距，m；n螺旋给料器的转速，r/min；物料填充系数；物料堆积密度，t/m；C螺旋给料器倾角系数。图为螺旋给料器PA

11、C药剂由于其固有的性质，容易吸水受潮，受潮后易造成药剂结块，形成大颗粒。造成现有的螺旋给料器无法正常给料，加药量不稳，药量无法控制，加料口堵塞等一些列问题。改造方案及创新点：一针对原有矿井污水处理系统设备老化等问题，在原有矿井水处理系统中，安装一套PAC全自动加药装置，新矿井污水处理系统建造时，既采用新一代全自动加药装置。新采用的全自动加药装置具有以下特点：1、性能稳定，溶液槽容积大，能耗低。2、外形美观，结构紧凑，占地面积小。3、操作方便，维修简单，投加能量大。4. 更加精确的按水处理技术要求准确、定量投加水处理药剂。通过对加药装置升级改造，现有的矿井污水处理系统在药剂使用上具有更高的效率。

12、如下表是统计了改造前一年和改造后一年平均每处理一立方米井下污水PAC和PAM的消耗量：表一：改造前一年PAC和PAM的平均消耗量日期消耗PAC（kg）消耗PAM（kg）处理水量m3消耗PACkg/m3消耗PAMkg/m32013年3月597556082265240.02637690.02475682013年4月397548032002730.019847910.02398232013年5月44753361.62196300.020375180.01530572013年6月1037534452303450.045041130.01495582013年7月620035712363250.02623

13、5060.01511052013年8月62756278.42668050.023519050.02353182013年9月627526082567190.024443070.0101592013年10月542510952408110.022528040.00454712013年11月777516202659180.029238340.00609212013年12月647513502631860.024602370.00512952014年1月865017052700150.032035260.00631452014年2月600012352804180.021396630.0044041改造前一

14、年合计778753668029569690.026336090.005297表二：改造后一年PAC和PAM的平均消耗量日期消耗PAC消耗PAM处理水量消耗PAC/m3消耗PAM/m32014年3月650014153466750.018749550.00408162014年4月1067520653432120.031103220.00601672014年5月565012953031710.018636350.00427152014年6月457510353030630.015095870.00341512014年7月25256603442660.007334440.00191712014年8月28

15、508853387200.008414030.00261282014年9月25759003151930.00816960.00285542014年10月26007952912530.008926950.00272962014年11月39759452993450.013278990.00315692014年12月585013502975740.019658980.00453672015年1月31757252742380.011577530.00264372015年2月34758752624740.013239410.0033337改造后一年合计544251294537191840.0146335

16、90.0034806 由上表可知，PAC和PAM两种药剂在矿井污水处理系统改造后均有较明显下降，改造后，每处理一立方米污水节省PAC药剂消耗 0.0117kg，节省PAM药剂消耗0.0018164kg。通过改造，每年可以节省大量药剂使用，节约成本。二由上文螺旋给料器处理能力计算公式可知，在其他变量恒定的情况下，螺旋给料器处理能力与物料堆积密度和叶片直径成正比，堆积密度降低时，处理能力相应下降。当药剂结块时，物料的堆积密度下降，处理能力降低。因此，针对PAC易结块，物料堆积密度下降，现有螺旋给料器无法完成投料的问题，我们采用增大叶片直径的方法，增大给料器的处理能力。通过改造，螺旋给料器实现了对大

17、颗粒的均匀给料，避免了由于结块造成的给料不均，堵塞等问题，达到了较好的预期效果。3.矿井污水处理系统排料阀改造方案 原有矿井污水处理系统水力循环澄清池中流和底流排放阀为手动排放阀。中流根据进水浓度一小时左右排放一次，这就要求职工每隔一小时出去操作一次，增加职工负担。因此，新建矿井水处理系统采用电动阀门。它具有对液体介质效果好，不受气候影响，不受空压气的压力影响等优点。安装之后，可大大降低职工的劳动强度，有效提高工作效率。阀门改造前后对比图4. 矿井污水输送泵管路改进方案原有的矿井水处理系统输送泵采用两用一备设计，即平时两台同时工作，新矿井污水处理系统建成之后，采用一用一备设计，这就要求新安装两

18、台渣浆泵作为矿井污水处理系统的输送泵。在这里，我们通过在输送管路上增加手动阀门（如下图），将原有矿井污水处理系统的备用泵同时作为新建矿井污水处理系统的备用泵。通过改造，节省一台渣浆泵的购买和安装费用，减少了建设新矿井污水处理系统的资金投入，有效降低了建设成本，得到了较好的经济效益。 5.生活水处理系统现状生活污水处理污水来源主要是矿内职工洗浴、食堂洗刷和厕所冲刷等，污染物主要有悬浮物（SS）、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮（NH3-N）、病毒和细菌等。根据煤矿生活污水特点,为最大限度的减少对外界水质环境的影响，满足根据煤矿生活污水特点,设计水解酸化（生物厌氧分解）、曝气生物

19、过滤与活性炭滤池进一步过滤、吸附、脱色、除嗅相结合的污水处理工艺。生活污水经过调节水池经潜污泵输送到水解酸化池，途中经过快速反冲洗除污器。快速反冲除污器根据流体动力学原理,采用了最为合理的结构形式使之运行阻力很小。快速反冲除污器安装于管路系统中无需设置旁路，可在系统不停机的情况下随时反冲排污确保系统的正常运行。除污器工作时，碟阀阀板处与全开状态介质由进口法兰a进入滤网内侧，经网眼过滤后进入滤网外侧，由出口法兰b离开除污器进入管路系统。除污器排污时，碟阀阀板处于关闭状态，排污管外阀门打开，由于除污器内介质与排污管外产生压差，介质流向改变，由滤网外侧流向内侧，起反冲作用将杂质和污物排出。排污过程中，大部分介质仍由出口法兰b进入管路系统，系统不停机。由于除污器每次排污所产生的垃圾得不到妥善处理，经水冲洗后又重新流入到调节水池中，经过潜污泵又被输送到管路中，使每次处理出来的垃圾循