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        煤矿矿涌水污水处理厂工艺设计研究

        摘要:庄塔煤矿矿涌水污水处理厂污水处理采用“中和+化学沉淀+过滤”工艺,污泥处理采用“重力浓缩+机械脱水”工艺,建设规模为11000m3/d。本文介绍了该项目进出水水质指标的确定,分析了主要构筑物设计参数及工艺设计特点。

        关键词:水质确定;设计参数;化学沉淀;过滤;重力浓缩;机械脱水

        庄塔煤矿位于慈利县庄塔水库上游,1998年闭矿之后,大量的矿井污水从原矿区矿井中涌出,枯水期涌水量约为160m3/h,丰水期涌水量最大可达450m3/h,污水经过周边渠道汇入张家界市重要饮用水源地庄塔水库。污水中含有大量Fe、酸度高、水质呈橙黄色,周边农田土质酸化导致农作物减产,庄塔水库水质变差,对供水区域内居民的身体健康构成威胁,治理必要性强。为避免发生大量涌水时处理能力不足而出现环保事故,本污水处理厂处理能力按最大涌水量确定,设计规模为11000m3/d。

        1工程进水水质指标

        经专业机构检测,主要污染物指标Fe、SS和pH超标,污水处理厂具体进水水质如表1所示。废水排放pH和SS执行《污水综合排放标准》(GB8978―1996)一级标准,总铁执行《煤矿工业污染物排放标准》(GB20426―2006),设计出水水质标准如表1所示。

        2处理工艺及流程

        2.1矿井污水处理工艺确定

        根据专业机构的检测数据判断,该矿井涌水的性质为酸性矿井污水,主要为Fe、SS和pH超标。酸性矿井污水降低酸性的处理方法主要有中和法、微生物法、人工湿地法[1],去除SS的方法主要是混凝沉淀法,除铁常用到的主要方法有化学沉淀法、电化学氧化法、吸附法、离子交换法,近年来,磁分离技术也有一定应用。根据该污水水质情况,结合同类工程经验,因本项目用地紧张,经过技术比选和论证,本污水处理厂确定采用“中和+化学沉淀+过滤”工艺,该工艺占地小、投资和运营成本低、简单易操作,处理效果好。具体工艺流程如图1所示。

        2.2污泥处理工艺确定

        矿井污水处理过程中不可避免地会产生污泥,主要是煤泥。目前,矿井污水产生的污泥处理可供选择的方案主要有“浓缩+消化+自然干化”“湿地污泥+自然干化”“浓缩+机械脱水”三种[2]。随着环境保护处理要求的提高,近年来,人们研发出两种污泥处理方法,即“重力浓缩+机械脱水”工艺和机械浓缩脱水工艺。因机械浓缩脱水工艺设备投资高、装机功率大、药剂使用量多、运营成本高等原因,经过技术比选和论证,本污水处理厂确定采用“重力浓缩+机械脱水”工艺,脱水机械使用板框压滤机,泥饼外运至填埋场填埋。本工艺具有总体投资低、运行成本低、机械化程度高,设备体积小、生产场地清洁无任何臭味等技术特点,压滤水通过回流进行二次处理,从源头上避免了二次污染。

        3主要构筑物设计

        3.1格栅池

        格栅池1座,总尺寸为0.80m×2.50m×1.00m,浆砌石池壁,水泥砂浆抹面,池壁厚度为200mm,底板厚度为250mm,采用厚100mm的C15素混凝土垫层。池内安装人工格栅,材质为304SS,数量1台,格栅倾角为90°。

        3.2调节池

        调节池1座,有效面积为562.20m2,高为5.50m,浆砌石池壁,水泥砂浆抹面,池壁厚度为400mm,底板厚度为450mm,采用厚100mm的C15素混凝土垫层。池内安装潜水搅拌机4台,材质为镀塑防腐,型号为QJB4/12-620/3-480/S,SUS304;安装3台,2用1备,规格型号为Q=300m3/h,H=15m,N=18.5kW;安装超声波液位计1台,规格型号为0~6m,带4~20mA电信输出。

        3.3组合池

        组合池1座,总尺寸为20.40m×42.90m×5.50m,池壁厚度为400mm,底板厚度为450mm,采用厚100mm的C15素混凝土垫层。组合池由中和反应池、混凝反应池、絮凝反应池、斜管沉淀池、中间水池、清水池、污泥浓缩池组成,除清水池按1组设计,其余均按两组并联设计。中和反应池停留时间为60min,尺寸为10.05m×6.50m×4.00m,主要设备包括2台pH在线监测仪和2台电磁流量计;混凝反应池和絮凝反应池的停留时间均为20min,尺寸均为10.05m×2.20m×4.00m;斜管沉淀池停留时间为1.305h,有效尺寸为10.00m×21.00m×5.50m,有效水深为4.95m,污泥斗尺寸为上边长5.00m、下边长1.20m、深2.71m,斜管填料量为800m2,材质为PP,参数为L=1m,Φ80mm,填料支架材质为Q235A,安装耐磨砂浆泵8台,4用4备,规格型号为50UHB-ZK-20-30;中间水池尺寸为10.00m×4.60m×5.50m,内安装有1台超声波液位计和3台锰砂过滤器提升泵(2用1备),规格型号为Q=300m3/h,H=18m,N=22kW;清水池尺寸为10.00m×4.40m×5.50m,内安装有1台超声波液位计和2台反冲洗水泵(1用1备),规格型号为Q=400m3/h,H=12.50m,N=22kW;污泥浓缩池尺寸为10.00m×6.40m×5.50m,安装规格型号为QBY-80的气动隔膜泵3台(2用1备),测量范围为0~6m的超声波液位计1台,调节池提升泵2台(1用1备),型号为Q=200m3/h,H=21m,N=18.5kW。

        3.4设备用房

        设备用房1座,为钢砼框架结构,平面尺寸为9.74m×12.74m。设备用房分为风机房和加药间。风机房内设罗茨风机3台(2用1备),相关参数为Q=28.27m3/min,风压为44.1kPa,N=37.0kW。加药间内设PAM和PAC溶药装置各3套,含磁翻板液位计,有效容积为3m3,设PAM加药计量泵3台(2用1备),相关参数为Q=1200L/h,N=0.75kW,设PAC加药计量泵2台(1用1备),相关参数为Q=170L/h,N=0.37kW,设轴流风机5台,相关参数为Q=1000m3/h,全压为152Pa,N=0.12kW。

        3.5综合用房

        综合用房1座,为钢砼二层框架结构,平面尺寸为21.40m×11.10m。内设轴流风机8台,相关参数为Q=1000m3/h,全压152Pa,N=0.12kW,设箱式压滤机2台,型号为XAMY100/1250,功率为3kW,并配套污泥斗2套,设11kW空压机1台,电动葫芦2套,型号为HHB-0.5AF,功率为0.75kW。

        3.6石灰石加药间

        石灰石加药间1座,为钢砼框架结构,平面尺寸为4.50m×5.50m,内设石灰加药系统一套,含石灰乳溶解罐、石灰乳暂储罐、加药泵等。

        4工艺设计特点

        4.1采用了优化项目投资的污水处理工艺

        本项目投资较少,在对现场进行充分调研、论证工艺技术可行的情况下,从药剂采购、设备采购等多维度考虑,在保证处理效果的基础上最大限度降低工程投资。药剂方面,因氢氧化钠等中和药剂比氢氧化钙市场价高很多,方案推荐采用氢氧化钙降低药剂采购成本,同时降低污泥含水率,为后续处理节省投资;通过比选带式压滤机、螺旋压滤机和板框压滤机等多种污泥脱水设备,结合项目实际情况,选用板框压滤机,极大限度地降低了工程投资和运营成本。

        4.2优化了构筑物布置

        因本项目所在地地形复杂、用地紧张,通过构筑物布置优化,将中和反应池、混凝反应池、絮凝反应池、斜管沉淀池、中间水池、清水池、污泥浓缩池组成组合池,占地少,连续处理效果高,单位时间处理效率高,极大限度地节约了用地和降低了工程投资。同时,将压滤水通过回流进行二次处理,从源头上避免二次污染。

        4.3采用了适合项目现场的污泥处理工艺

        通过对多个矿井涌水处理的调查,多数投资困难,一般采用污泥堆积+自然干化的方式处理污泥,往往给当地环境造成的二次污染大。为解决该环境问题,本研究采用“重力浓缩+机械脱水”工艺,初期投资看起来较高,但该工艺很好地可以有效减少占地、减少环境污染,而且脱水效率高,后续运营成本低。

        5结语

        慈利县庄塔煤矿矿涌水污水处理厂项目采用“中和+化学沉淀+过滤”污水处理工艺和“重力浓缩+机械脱水”污泥处理工艺,该项目占地小,投资和运营成本低,简单易操作,处理效果好,水质改善大,对下游农田及庄塔水库水质改善具有重要作用,建议后续运行过程中不断提高管理水平,发挥污水处理系统的重大功效。

        参考文献

        1赵峰华,孙红福,李文生.煤矿酸性矿井水中有害元素的迁移特性[J].煤炭学报,2007,32(3):261-266.

        2崔玲.浅论矿井排水中污泥的处置[J].煤矿环境保护,2000,14(2):15-16.

        作者:刘利军 单位:湖南艾布鲁环保科技股份有限公司

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