煤矿污水处理工程设计方案
一、项目概况
1.项目背景
某煤矿成立于1958年，现有职工3，000多人，年产无烟煤130多万吨，日排放污水5，000m3。
根据国家环境保护法规及有关规定，必须对生产过程中产生的废水、污水进行处理并实施达标排放。
2.污水排放量及排放规律
该矿所排放的污水主要来源于采煤废水，全矿采用三班制生产，每天抽水量合计约为5，000m3/d。
3.污水水质状况
根据该企业提供的当地环保部门水质监测报告，指标如下：
污染项目 CODcr（mg/L） SS（mg/L） pH值
数值 171－294 266－286 2.71－4.33
4.煤矿污水特点概述
煤矿矿井排水的特点是水量大。同时由于该矿矿床中含有游离二氧化碳、游离硫酸，同时矿床中的硫化物、腐殖质等无机物、有机物与富含氧的水发生一系列的化学反应，使该矿床所排污水形成了酸性水，pH值为2.7－4.3。由于矿床中的裂隙水往下流的过程中把煤层中的细小颗粒带走，所以废水中往往含有悬浮状态的矿物和煤粒。同时，矿井排水又受到开采过程中的人为污染。该煤矿所排污水水量较大，呈酸性，其污染程度较一般工业废水轻，这为其以后回用提供了条件。
二、污水处理站设计技术方案
1. 设计处理规模
设计处理能力：Q=5，000m3/d。污水处理站按三班制运行设计，平均处理水量为210m3/h。
2.设计进水水质
污染项目 CODcr（mg/L） SS（mg/L） pH值
数值 400 400 2.7
3.污水处理采用的排放标准
采用GB8978－1996《污水综合排放标准》中表4的一级排放标准。
污染项目 CODcr（mg/L） SS（mg/L） pH值
数值 100 70 6－9
4. 设计原则
本方案设计主要从以下几个方面来考虑：
4.1认真执行国家的有关法律法规、标准和规定，结合现场实际情况，采用目前国内最先进的治理方案。
4.2 总的治理原则是：因水而宜，分而治之，终端处理。
4.3在采用先进水处理工艺、确保出水水质达标排放的同时，力求简单实用，提高系统的自动化程度，以方便管理。
4.4 所选用的工艺设施具有技术的成熟性、运行的安全性和水质的稳定性，在降低一次性投入的同时，运行成本要低，并具有可持续发展性。
4.5 污水处理站的维修方便。
5.污水处理
该矿废水属于酸性水质。对酸性废水的治理是首先采用中和处理。常用的方法有：酸、碱废水相互中和，投药中和和过滤中和法等。用酸、碱废水相互中和法本矿不具备条件。过滤中和法不适用本矿的污水。所以，采取“投药中和法”为最佳治理方案。投药中和法是应用广泛的一种中和方法。最常用的碱性药剂是石灰，有时也选用苛性钠，碳酸纳等。由于石灰就地取材，价格便宜，故采用石灰作中和剂。投加石灰中和分干投和湿投两种。对酸性废水的中和处理，干投法设备简单，但反应不易彻底，而且较慢，其投加量为理论值的1.4~1.5倍。湿投法设备较多，但反应迅速，投加量为理论值的1.05~1.1倍。综合考虑，我们采用的是湿投法。本工艺法处理所产生的污泥，用于本矿的锅炉燃烧，而污泥中存有大量的煤粉和一些石灰，其中石灰在锅炉燃烧中能起到固硫作用，减少对大气的污染。一举两得。考虑到该矿所排放的废水，在枯水期和雨季水质较差，如果仅采用一级沉淀，难以达标。如果采用二级沉淀，不仅占地面积大，投资也大。权衡利弊，决定采用：“中和处理＋沉淀＋混凝气浮”的工艺对该废水进行处理。同时，对整个气浮池系统安装了避风、避雨装置，即使在恶劣的气象条件下，当一级沉淀达不到设计要求时，经过气浮装置处理的废水仍能达到国家所规定的排放标准。同时也为废水处理后回用创造了条件。为了提高气浮效率，降低运行成本，在絮凝剂和助凝剂的选择和用量上我们用该矿所提供的废水做了条件实验，选择了最佳的絮凝剂和助凝剂，并确定了最佳的投药量。
6.污泥处理
污水处理中的污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10能够正常运行的为数不多，污泥直接排放造成的二次污染必须予以高度重视。我国传统的污泥处理和处置存在基建投资大、负荷低、安全性要求高、运行管理难度大、运行经验缺乏等问题，所以造成设备闲置，浪费极大。我国存在大量小型污水处理厂，其污泥绝大部分未能得到妥善处置，污泥处置已经成为污水处理站设计、运行中必须优先考虑的重要环节。污泥处理和处置不仅是我国而且是世界面临的技术挑战。关于污泥脱水的方法，一般有自然干化（干化场）、机械脱水、污泥烘干及焚烧等。结合本矿特点本方案采用先进的机械脱水法。
7. 污水处理工艺流程图
8.工艺流程说明
根据该污水呈酸性的特点，首先对该污水进行中和处理，使pH值达中性左右，然后进入辐流式沉淀池自然沉降，使CODcr、SS初步去除，然后再通过浅层超效气浮池进行混凝气浮处理，最终出水清澈透明，完全可优于国家一级排放标准。
沉淀池污泥和气浮池化学絮凝污泥经污泥池收集后经污泥浓缩池浓缩进入带式压滤机进行压滤至含水率为70％左右，然后掺入煤中燃烧或运出厂外填埋。
9.本工艺流程中采用的特色技术
9.1、物化混凝段采用国内最先进的KROFTA浅层超效气浮净水器。该设备不同于传统的气浮设备，它是将传统气浮采用的“动态进水，动态出水”改变成“静态进水，静态出水”，成功地应用了“零速度原理”和“浅池理论”，集凝聚气浮、撇渣、沉淀、刮泥于一体，是一种高效的水质净化设备。其优点是：
（1） 应用“浅池理论”设计，有效水深只有550cm是传统气浮的五分之一，使设备占用空间大大减小。由于对进出水的巧妙隔离，使悬浮物、油脂的分离不受上升和下降流速的影响，气浮分离时间只有3min，是传统气浮的十分之一。
（2） 微细气泡与絮粒的粘附发生在整个气浮分离过程，没有气浮死区。
（3） 用螺旋泥斗清渣，在任一时刻消除的浮渣都是池内浮起时间最长的浮渣，也就是说固液分离最彻底，而且浮渣是瞬时清除，隔离排出，对水体几乎没有扰动。
（4） 采用旋转布水、集水、撇渣和稳流装置新结构，控制池内紊流现象，反应区、分离区、清水区始终保持稳定。
9.2在中和反应工艺中，采用连续式全自动石灰乳制备投加系统，自动化程度高，大大减轻了工人的劳动强度。
9.3应用了我们自己研制的节能型高效静态混凝反应器。使用该装置能控制最好的混合形式、反应方式和反应时间，药水混合效果好，反应较彻底，能充分发挥药剂的作用，降低加药量，使运行费用进一步降低。同时无需另加动力设备。
9.4絮凝剂和助凝剂的投加全部由隔膜计量泵控制，可大大节省药剂用量。
9.5针对物化混凝处理而专门设计的投加药系统，可严格控制药剂的水解度、溶解时间，大大提高投药效果。
9.6 pH值的控制采用国际上先进的pH值在线监测;中和剂的投加采用自动控制。
9.7 上污泵的开停由液位控制器控制，液位上限和下限可自动报警。加药计量泵和上污泵为同步控制。
9.8 污泥处理采用了目前国内最先进的机械脱水方式，用带式压滤机进行脱水，脱水后污泥直接外运。
10. 污水处理效果预测
该污水的治理重点放在处理水中的CODcr和pH值的调整上，在处理CODcr的同时，水中的SS也得到一定的净化，现将各单元处理CODcr及SS的效率情况，列表计算如下：
处理单元 项目 主要污染物
CODcr（mg/L） pH值 SS（mg/L）
中和反应池 进水 400 2.7 400
出水 400 7.5 400
去除率（％） 00
辐流式沉淀池 进水 400 7.5 400
出水 280 7.5 320
去除率（％） 30~20
浅层超效气浮池 进水 280 7.5 320
出水 84 7.0 16
去除率（％） 70~95
从上表可以看出，处理后水质完全优于国家《污水综合排放标准》GB8978－1996中的一级排放标准，且留有相当大的余地。如果该处理后水白白排放掉实在可惜，经消毒处理后完全可回用于企业办公楼，住宅楼冲厕，冲地坪和浇花草用。如再加一级过滤工序，处理后水可达到饮用水的标准。
11. 主要构筑物概述
11.1 调节池
主要功能：均化水质，调节水量。根据该矿排水规律，调节池必须有4个小时的储水调节能力，才能保障污水处理稳定运行。
11.2 中和反应池
主要功能：进行酸碱中和，调整废水的pH值。
11.3 辐流式沉淀池
主要功能：去除靠重力自然沉降的悬浮物.
采用园形钢砼结构，选用设有中心传动刮泥机的辐流式沉淀池。
11.4 浅层超效气浮池
主要功能：通过加药絮凝，去除废水中大部分CODcr和悬浮物，使处理水达标排放。
采用浅层超效气浮装置。该装置是一种高效的水质净化设备，其水力停留时间仅为传统气浮的十分之一。
配套设备有：溶气罐，空压机，回流泵，减速机等。
采用园形钢砼结构，二座。
11.5 污泥池
主要功能：贮存辐流式沉淀池定期排放的污泥和浅层超效气浮池产生的化学絮凝污泥。
方形钢砼结构，地下式。
11.6 污泥浓缩池
主要功能：对污泥进行浓缩，减少污泥体积，为污泥压滤创造条件.。
采用园形钢砼结构。上设中心传动刮泥（浓缩）机。
11.7 压滤机房
单层砖木结构。
11.8 配药加药间
单层砖木结构。
11.9 石灰乳制备、投加及石灰仓库
单层砖木结构，建筑面积42m2。
11.10 操作人员值班室和配电房
单层砖木结构，分成两间，建筑面积42m2。
11.11全自动石灰乳制备系统
整套系统由：干粉投加器、Y型过滤器、溶液连续制备系统、计量泵、脉动阻尼器、变频器、电动冲程控制器和PLC控制柜等组成。
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