《某矿矿井水处理工艺研究及设计》7600字（论文）

第第页某矿矿井水处理工艺研究及设计目录TOC\o"1-3"\h\u8567第1章引言 3150271.1课题研究背景及目的 3176511.1.1研究背景 33321.1.2研究目的 3256401.2矿井水处理技术现状 4144161.2.1矿井水处理可行性分析 4144171.2.2含悬浮物矿井水处理技术现状 4109611.2.3高矿化度矿井水处理技术现状 51012第2章矿井水特征 536032.1皖北地质构造 5309292.2矿井水水质特征调研 551第3章矿井水处理工艺和主要构筑物设计 5108593.1矿井水处理工艺的选取 5258873.2构筑物的选型 6229403.2.1澄清池的选取 6236213.2.2滤池的选取 725883.2.3除盐工艺的选取 773183.2.4污泥处理工艺的选取 863653.3矿井水处理工艺流程的确定 812759第4章各构筑物参数的设计 96824.1预沉调节池 9116114.2混凝剂投加设备设计 9175254.3水力循环澄清池设计 10116684.4普通快滤池设计 1119235结论 1231517参考文献 13

摘要为解决当前煤炭生产中存在的“矿井水”浪费问题，本文在查阅了大量有关文献和资料的基础上，对皖北某矿山的水文地质特点进行了调查，了解了其地质特点及其对地下水环境的作用。并且对矿用矿井的水进行了水质特性和各类污染物的检测。本文主要针对矿山废水的资源化问题进行了深入的探讨，结合有关的技术要求，通过查阅有关的资料，对矿山废水的治理技术问题进行了深入的探讨。通过对矿山废水的除杂、除盐、消毒等工艺的分析、对比，最后选定了采用预沉淀-澄清-滤-除盐-除盐的工艺，通过对矿山废水的处理，使其达到回收利用的标准。关键词矿井水设计处理资源化第1章引言1.1课题研究背景及目的1.1.1研究背景采矿矿井存在着一个无法回避的问题，那就是在开采时会产生矿井水。矿井水是在煤矿的地下开采中，大量的机器挖掘导致地下水大量流入煤矿的矿井和巷道里，地下水和矿井混合后产生的水，为了保证采矿的正常进行，必须用水泵把井底的水抽出来，但矿井水中含有大量的煤粉、重金属、氟离子、有机物质等，如果不经过有效的处理，将会对周围的环境和环境造成破坏。就拿煤矿里的无机盐来说，如果将这些盐排放到地面上，那么这些盐就会吸附在土壤里，形成盐碱，从而影响到当地的农业生产。PH值低的矿井水如果不经过任何处理就会影响到周围河流、湖泊中的水生物的生长和净化，从而影响到水的富营养化，破坏水的生态平衡，同时还会引起设备的电化学腐蚀，降低设备的使用寿命，从而增加设备维护费用。而PH高的矿用水中也会对人体造成一定的伤害。因此，在实际应用中应考虑如下：1.选用适当的水泵抽提矿水2.选用高技术，保证矿水质量符合国家规定标准3.安装过滤系统4.加强管理5.定期消毒6.严格按照工艺要求做好日常维护保养工作。1.1.2研究目的在当前的环境下，各种污水在国内大量排放，不但造成了大量的水资源流失，而且对矿区周围的生态造成了严重的破坏，这明显违背了国家的可持续发展方针，也是行不通的。再加上我们国家大部分的煤矿都集中在内陆，远离河流和大海，再加上四周都是崇山峻岭，空气流通受阻，缺水缺水。由于缺水严重制约了区域内的经济发展和人口流动，而矿区所处的城镇、矿区附近的人们对水源的需求量也越来越大，因此，在采矿过程中，若能将矿井中的地下水资源合理的利用起来，将会对煤矿周边的用水造成极大的影响；并且可以将矿山的水源污染降到最低。所以，当前开展矿山废水治理技术的研发工作，既有利于人民生活，又有利于生态环境的改善；因此，要使矿井达到更好的环保，必须对矿井的废水进行无污染和再利用。实现矿山废水的再循环使用。1.2矿井水处理技术现状1.2.1矿井水处理可行性分析开展矿井水处理技术研究的远景是让采出煤矿的矿井水经过多种技术除杂手段变废为宝，再资源化利用，而开展这类研究是以可行性分析为前提。不同煤矿，局部地质环境及其他因素，对矿井水组成有不同影响，继而影响了我们后期所设计矿井水处理工艺，同时也影响了设备及各类构筑物参数。对此，本文以皖北煤矿为实例，对其进行了水资源的资源化利用研究。经现场调查、试验、剖析，明确显示出，矿区内的矿用水品质呈现出显著的煤炭特性：首先，煤矿水中悬浮物质的含量是不稳定的，虽然以煤粉和岩石微粒为主，但其浓度变化较大，且多数悬浮物质含量较浅，其表观性能较差。其次，很多采矿设备都出现了漏油的情况，其中还夹杂着石油，导致了矿水中有少量的石油。另外，由于悬浮体的粒度小、重量轻、沉降速率低，很难达到生产要求的效率，大大低于地表水体中沉积物的平均浓度。最后，它是一种非常坚硬的水，可以用来当回收水，但如果是用来洗澡或者是当绿化用的话，就必须经过除盐和软化，这样才能达到国家的生活用水标准。1.2.2含悬浮物矿井水处理技术现状根据调查和统计，矿泉中含有悬浮物矿井水是很多矿井水的共同特征，由于其本身的特性，煤粉、砂石等悬浮物是矿井水的共同特征，另外，悬浮物是黑色的，与水的混合，不会形成一种稳定的浑浊液体，可以很好地进行有效的物理去除，所以，这些悬浮物在经过处理后，可以满足大部分工业用水的需要，而且可以使用多种方法，而且费用低廉。煤矿的废水处理主要是为了去除悬浮液和其他的微生物，通常采用絮凝、澄清、过滤等技术将矿井水中的悬浮物质排出地表，在地表安装相应的水处理设施，再进行常规的废水处理，最终达到国家的相关标准。大多数悬浮体的粒径都很小，而且它们的电负性都是带电的，因为它们彼此排斥，所以絮凝效果很差，时间长了，矿水中的悬浮物质和混凝剂的亲和度都很低，很难在混凝的时候生成矾花，最终的絮凝效果也不理想。目前，在市面上使用的絮凝剂中，以PAC为最佳的絮凝剂。然而，如何根据实际情况选择合适的絮凝剂仍是一个难题，虽然有不少企业的研究成果已经在市场上得到了应用，并且在实践中得到了很好的应用。目前，在矿井污水处理过程中，大量的絮凝剂是PAC与PAM（PAM）混合液，按一定的比例配制成PAC与PAM酰胺混合利用。1.2.3高矿化度矿井水处理技术现状高矿化度矿井水是指矿井水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-等各种离子的含量处于较高水平的矿井水。由于水质坚硬，含盐量大，若不经脱盐处理，将其直接用于生产和生活用水，将带来许多危险。比如：直接饮用会引起人体结石对身体的伤害，灌溉农田和绿化会加速土壤的盐碱化，对农业生产和绿化植物的生长不利，如果用来生产建材会降低混凝土的强度，如果用来生产水泥，会产生水垢，引起管道堵塞，从而引发爆炸。因此，开展矿山废水的资源化处理，脱盐十分必要。目前，电渗析技术是最好的除盐技术，它是通过在直流电场中进行带电离子的方向运动和电化学薄膜来除去水中的杂质。其他常用的处理工艺有蒸馏、离子交换、反渗透法等。第2章矿井水特征2.1皖北地质构造皖北煤矿地处安徽省北部，毗邻山东南部，江苏以北，是华东煤田的主要产地，每年可采出一亿多吨的煤矿。整个矿场的规模约为3000平方公里。朱仙庄煤矿，芦岭煤矿，任楼煤矿，都是比较大的煤矿。皖北地区的皖北凹陷褶皱是由淮北，宿州，徐州和蚌埠组成的一个凹陷区。在该地区，由于一系列的构造活动，准地台盖区形成了从南到北的断裂和隆升。另外，矿体发育状况良好，以花岗岩为主体。其特点使得其在中国的东部地区具有举足轻重的地位。皖北煤矿资源环境十分有利，尤其是煤、石油、天然气等矿产资源十分充裕，开发潜力大。2.2矿井水水质特征调研本文在对皖北矿区进行了大量的调查和调查后，得出了皖北煤矿矿区水存在以下几个方面的特征：1、泥沙、煤粉等悬浮物是煤矿水的首要成分，因而使煤矿水的水质变得不稳定，煤粉的存在使水呈现出黑色。2、北方的地下水由于其特殊的地理环境而呈现出弱碱的pH值。3、各种无机盐的高浓度，也可以称为高矿物质的水质。从以上分析可以看出，矿山废水不含任何特别的污染物质，主要为普通悬浮物质和无机盐，处理废水较为简便、切实可行。通过合理的处理流程，可以保证污水达到国家有关的生产和生活用水的要求。第3章矿井水处理工艺和主要构筑物设计3.1矿井水处理工艺的选取通过文献的参考资料，结合上述调查发现，该煤矿的矿水中存在一定数量的悬浮物（煤渣、泥沙、石粉等），除此之外，还存在着金属、多种盐类的负离子。因此，应结合矿山的水源特点，对矿井的水源进行治理。首先，把煤矿废水中的悬浮物质除去。煤矿水里的大颗粒很可能会因为引力而沉淀，而那些更小的颗粒，因为它们的尺寸太低，所以会被布朗效应所左右，在水溶液中，它们会与水分子发生反应，从而导致粒子的自然沉淀变得非常艰难。另外，粒子一般都是带电的，它们所带的电荷量也是一样的，所以它们互相的斥力会对它们产生很大的作用力，使它们在水潭底部形成更大的粒子。将悬浊液除去，然后进行除盐消毒工艺即可实现矿井的污水治理。因此，本文就制定了一条预沉淀-澄净-滤-脱盐的流程。本文对各结构的选择及参数的设计进行了讨论，以求出最佳的生产流程。3.2构筑物的选型3.2.1澄清池的选取通过预沉液调整槽，去除了一些悬浮物，然后再将其送入澄清槽，在此，矿井水与混凝剂、助凝剂进行搅拌，使得水溶液中的凝胶粒子聚合，形成较大的絮凝物，达到泥浆水的分离和浊度和悬浮物的去除。在实践中，一般采用的澄清池有四大类型：机械式加速澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池和悬浮澄清池。根据矿井实际情况，比较了四种不同的净化槽的优点和应用情况，选择了最优的一种。表3-SEQ表\*ARABIC1不同类别澄清池优缺点及适用条件通过在沉淀槽中使混凝剂、助凝剂等药物与矿山废水进行充分搅拌，使矿山水体中的悬浊液积聚，沉淀至底部，实现泥浆和污水的分离。由于采用机械式快速澄清池的投资，以及脉冲式澄清池的后期维修费用，以及难以精确的控制，因此采用了水力循环的澄清池，其性能优越，并且每天的净化池的处理能力在1500~1100m3之间，达到了设计的需要。因此，选用了水动力回收的澄清槽。3.2.2滤池的选取利用水力循环净化槽对矿水进行净化后，再由提升泵将其排放到滤池，再由滤池对矿山水进行过滤，从而去除矿山中的一些悬浮物质和煤粉。目前，最常见的滤池有：常规快滤池、V型滤池、无阀和虹吸滤池。根据矿山的矿山水质特征及现状，比较了四种过滤池塘的适用领域及特性，选取了最适宜的过滤池，见下图3-2。表3-SEQ表\*ARABIC2四种滤池性能对比通过对以上4种滤池进行对比分析，一般快滤池的特点是建造成本低廉，具有良好的过滤效果和稳定的工作，得到了广泛应用，尽管无阀滤池的施工简便造价低廉，但出水质量差，后期洗涤不方便，所以全面考虑，选择普通快滤池为矿井水源处理滤池。3.2.3除盐工艺的选取通过净化池、过滤等工艺，矿山废水中的悬浮物已基本清除，但仍需要对矿井水进行除盐。目前除盐的方法有多种，通过查阅相关文献发现，目前除盐的方法有：热力学法、膜法、化学法、电-膜法、电吸附法。针对目前应用范围最广的方法，对该矿井水处理工艺进行了探讨和分析，并根据实际情况，选用了适合于该矿的井水解盐方案。（1）电渗析法利用电渗透技术对矿山水进行治理，即将被净化的矿山水导入电渗透装置，通过电流使其内部形成电磁场，使水内的带电离子发生取向运动，使阴极和阳极向反方向运动，以实现脱盐水。然而，这种工艺容易产生高差偏振，脱盐效率低，且容易造成膜被污染，因此，在选择矿山水除盐工艺时，通常不采用此工艺。（2）高效反渗透除盐法该工艺是一种较为先进、新兴的脱盐法。利用上一代反滤法的优势，采用了一种新型的离子交换器，将其全部除去，并能在PH值较高的条件下进行，与目前矿井的水质特征相吻合。另外，经本工艺处理的硅水溶液为硅质，不会对渗滤薄膜造成任何的影响。该工艺无需担心废水存在的淤渣浓度问题，同时还能提高废水的去除效率，降低膜污染和经济性。本文介绍一种新型的反渗除盐水技术，以实现矿井废水的脱盐利用率和再利用，以解决矿山缺水的问题。针对该矿井的地下水不够坚硬，采用了一种新型的N-离子交换装置，并运用了一种新型的反渗除盐技术对矿井的水质进行了处理。3.2.4污泥处理工艺的选取以上工艺中产生的淤泥不能随便处置，必须进行特殊的处理以避免污染，因此设计采用浓缩脱水流程来处理污水中的淤渣。传统的浓缩方法有气浮、重力、离心浓缩等，但其处理效率较低，投资较大；重力浓缩工艺简单、经济、储泥能力好；离心浓缩工艺复杂，后期维修成本较高。综合以上分析，选择了重力富集工艺。污泥在浓缩后，利用机械脱水法进行脱水，一般有三种脱水法，由于本矿井的含泥量比较低，而且为了降低设备的投资，本发明采用了板框式压滤机。3.3矿井水处理工艺流程的确定通过以上讨论最后确定的流程见图3-1。图3-1矿井水处理工艺流程矿山废水经净化后，加入一定比例的PAC，并经预沉淀调整槽去除，并加入PAC、PAM等混合液进行净化，将原矿废水的浑浊及悬浮物质清除，最后送入滤池进行滤池的过滤，最终排放至中段蓄水池进行脱盐。利用升压泵将蓄积在中间槽内的水排放到超过滤装置，以实现出矿井水的悬浊度。然后将其送入钠离子交换装置，然后利用高效的反渗透装置将海水除去盐分，生成新鲜的清水和中水，然后将淤渣送入淤泥浓缩池，在进行浓缩处理后，将淤渣排出。第4章各构筑物参数的设计4.1预沉调节池由于该矿的污水采用预沉、澄清、过滤和反渗透等工艺，必须在矿山开采过程中设置预沉调整槽，以便对井下的污水进行预沉预处理。预沉槽作为首个处理工艺，可以使矿用水中悬浮液的浓度和均衡水量得到控制，从而保证以后的结构工程的平稳运转。另外，预沉调整槽还可以对井底进行初期的沉陷，使得颗粒大小较大的悬浮物质先行沉淀，从而减轻后期的悬浮液的压力。针对矿山日涌水量，对预沉槽进行了入水的流速及规格进行了分析。矿区日涌水量约为15000立方米，因此，预沉槽的入口流速Q1Q以八个小时为单位，对入水前沉降调整槽容积进行了估算：V因此，预沉槽的大小应为：高h=5米、L=25米、B=20米。4.2混凝剂投加设备设计在采用水动力回收法进行澄清前，必须依赖于投料装置将混凝絮凝物投入到澄清槽中。设备的组成包括药剂池，计量和投加设备。（1）药剂池设计由于固体絮凝剂直接投入到澄清槽中，不需要先将絮凝剂和水混在一起，形成溶液，然后投入到澄清槽中，因此，本文提出了一种通过加入絮凝剂溶液的方法，将絮凝剂加入到澄清槽中。根据每日矿用水量、絮凝剂投加率、日投药次数等因素，确定了矿用药剂池容积：V表4-1各参数物理意义从模拟试验的情况来看，在C=20mgL-1的情况下，絮凝效果最佳，通常是三次。因此，按照以上的计算，这种药剂池的容积是V2=0.5立方米。长宽高为1.25米，0.8米，0.5米；通常，溶液池的容积为20%~30%，因此，预先设定了溶液池的最大容积，即0.5米、0.5米、0.6米的溶液池，并且在溶液池中设有搅拌装置，将药剂和水均匀地搅拌在一起。（2）计量设备为了能够准确、准时地将凝集液投入到清澈池中，根据现场情况，必须在药槽和澄清槽之前设置计量和投加装置。在这些装置中，测量装置的主要部分包括：转子，电磁流量计，计量泵，管嘴；采用苗头的优势是，在苗头大小相同的情况下，其流量输出是固定的，并能按不同的投料量要求选用相应的管径，操作简单。下面的图表显示了这个投加装置的结构。图4-1药剂投加设备构成图图示各构造名称如下表所示：表4-2部件名称（3）投加设备常用的投加方式有重力投注、注射投注和泵前投注三种。重力投加往往需要更高的能量，这就增加了土方的建设成本，而注射器的投加效率很低，一般都是在小型水处理流程中使用的，所以一般不采用这种投加方式。泵前投加能明显减少管道建设投资，降低成本，设备设计简单、高效，是本设计的理想选择。4.3水力循环澄清池设计本装置旨在将经预沉调整槽处理后的矿水与PAM、PAC充分反应，最终将矿山水体中不易沉淀的悬浊液沉淀至矿床底部，从而实现对矿山废水进行净化。按照前一结构的预沉槽的技术要求及此工艺的污水处理量，水力回用净化槽的设计容量为625立方米h-1。根据试验的结果，对此净化槽的参数进行了优化，通过查阅有关数据，对此进行了修正，得出了此净化槽的水面负载q为1.0立方米（m2h-1)-1。澄清池的表面积为：S=澄清池直径为：D=有效水深为

h澄清池总高度H计算：H=H1+H2+H3+H4+H5=0.3+2.0+0.5+0.6+1.8=5.8m表4-3各参数物理意义澄清池周边高度为

h按上述方法进行了水力循环澄清槽的设计，包括：1个水力滞留时间、底部面积、直径D=20m、高度5.2m的澄清槽。4.4普通快滤池设计过滤工序包括过滤及过滤后冲洗两部分，矿井水在过滤的过程中，第一，矿井水通过各种管道进入滤池，矿井水从过滤池过滤系统下部流入上部排出，过滤系统以石英砂为主，滤料为双层无烟煤，且粒径均小于毫米或毫米，过滤后矿井水由出水管流出，后面是反冲洗的环节，反冲洗时，进、出水管道要封闭，开启反冲洗进水管道，废水管道，反冲洗形成的废水返回先前再参加过滤，整体过滤池采用智能配水系统、所述过滤层与排水槽组成，过滤的过程将按部就班地进行，过滤后的水将通过水管进入下一步。滤池的设计高度是：H=H1+H2+H3+H4=0.3+2+0.8+0.6=3.7m表4-4各参数物理意义及单位参数参数物理意义单位H1保护层mH2滤层以上水深mH3滤层厚度mH4承托层厚度m计算滤池的总面积：A=QmaxVmin=60012=50m2,根据相关方法设计普通快滤池2个，单个池子占地面积A=30m2。池底占地直径为6m结论掌握矿井水治理现状，不同特点矿井水所用处理工艺。例如，悬浮物类矿井水通常采用什么方法处理；高矿化度型矿井水通常有哪些处理工艺；低矿化度类和无离子水中用何种方式去除盐？最常被采取的除盐措施是什么。在掌握了这一切之后，我们就可以根据自己的研究成果，选择出一条适合当前情况的矿井水处理流程。在确定了工艺基础后，对结构进行了相应的参数设计，并对结构进行了选择。确定了处理的基本工艺流程后，然后对构筑物参数进行了逐一设计，并完成了构筑物选型。完成由预沉调节池→药剂投加设备→水力循环澄清池→过滤池的过程、反渗透系统终至消毒间及其他工