某礦井水處理站處理至地表水Ⅲ類工藝方案設(shè)計(jì)

文-趙宇鵬 煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院

1 處理規(guī)模及水質(zhì)特征

處理規(guī)模為5000m3/d，即250m3/h（日工作時(shí)間20h）。

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

(1)本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水pH值7.23～7.81，基本屬于中性礦井水。

(2)礦井水SS和COD超標(biāo)且波動(dòng)幅度大，SS范圍在66～5650mg/L，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)泥量了解，本礦井水的懸浮物并不是特別高，懸浮物暫時(shí)升高可能與井下清倉等生產(chǎn)行為有關(guān)。

(3)NH3-N超標(biāo)，主要因?yàn)榫氯藶榛顒?dòng)形成。

(4)石油類超標(biāo)，主要因?yàn)榫律a(chǎn)機(jī)械使用乳化液的原因，礦井水沿地面徑流后，石油類也隨之匯入礦井水。

(5)錳、氟化物超標(biāo)，主要與當(dāng)?shù)氐牡叵滤|(zhì)特點(diǎn)有關(guān)。

(6)測(cè)BOD5指標(biāo)5.0mg/L，分析原因主要由于井下人為生活等活動(dòng)，可能會(huì)引起礦井水BOD5指標(biāo)略微升高。

1.2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

出水水質(zhì)需滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002中的Ⅲ類水水質(zhì)要求。

2 處理工藝選擇

（1）設(shè)計(jì)確定的進(jìn)水水質(zhì)與地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，進(jìn)水水質(zhì)主要超標(biāo)項(xiàng)目為SS、COD、BOD5、氨氮、氟化物、石油類、鐵、錳等。

（2）根據(jù)上述特點(diǎn)知，系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)可生化性差，不利于直接采用生化法進(jìn)行深度處理，BOD5、NH3-N等指標(biāo)可通過臭氧-活性炭、吸附等工藝去除。

（3）COD超標(biāo)主要是由煤粉引起的，由水中還原性碳元素所致，一般隨著懸浮物的去除COD能隨之而去除，可通過混凝沉淀、過濾、超濾等工藝去除；剩下的CODcr主要由難降解有機(jī)物、細(xì)小無機(jī)的還原性煤粉組成。還原性煤粉為非常細(xì)小的微米級(jí)顆粒物或膠體，對(duì)其去除需要采用微米級(jí)的過濾工藝；難降解的有機(jī)物需要通過強(qiáng)氧化劑的氧化將其分解為小分子有機(jī)物，通過生物作用或吸附手段將其去除。

（4）石油類超標(biāo)

主要因?yàn)榫率褂萌榛旱脑颍蟛糠址侨芙庑允皖愐淹ㄟ^前端混凝、沉淀、過濾去除，膠體狀石油類可通過超濾去除、溶解性石油類可通過氣浮、臭氧氧化分解后經(jīng)生物活性炭等工藝去除。

（5）鐵錳可通過前端曝氣后經(jīng)錳砂過濾器去除。

（6）氟化物可通過沉淀法、吸附、反滲透等工藝去除。

（7）對(duì)于深度處理，表1為上述三種污水深度處理工藝出水水質(zhì)、工藝優(yōu)缺點(diǎn)、運(yùn)行管理及成本等方面的對(duì)比。

表1

3 核心處理單元技術(shù)參數(shù)

3.1 處理車間

（1）預(yù)沉調(diào)節(jié)池：設(shè)預(yù)沉調(diào)節(jié)池一座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)時(shí)間為6h，分兩格，單格尺寸為25.3×8.0m，有效水深3.5m，池底縱坡0.01，每格設(shè)二個(gè)污泥斗，調(diào)節(jié)池上端設(shè)平流式刮泥機(jī)2臺(tái)，末端設(shè)提升泵3臺(tái)（2用1備），排泥泵4臺(tái)，定時(shí)將污泥排入污泥濃縮池。

（2）污泥濃縮池：設(shè)置直徑6m污泥濃縮池一座，半地下式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，設(shè)置中心傳動(dòng)濃縮機(jī)1臺(tái)。

（3）污泥脫水間：污泥脫水間設(shè)壓濾機(jī)入料泵2臺(tái)（1備）、板框壓濾機(jī)2臺(tái)，絮凝劑投加系統(tǒng)1套。

3.2 深度處理間3.2.1 預(yù)處理區(qū)

（1）高密度澄清池：高密度澄清池采用碳鋼防腐設(shè)備，共2套，每套由三個(gè)主要部分組成：反應(yīng)池、濃縮池和斜管分離池。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：混凝反應(yīng)池停留時(shí)間15s，絮凝反應(yīng)池停留時(shí)間20min，有效水深為5.7m；澄清區(qū)表面負(fù)荷5.1m3/m2·h。

（2）除鐵除錳過濾器，4臺(tái)，φ3200mm，過濾濾速7.8m/h，沖洗強(qiáng)度：15L/m2·s，反沖洗歷時(shí)15min。

3.2.2 深度處理區(qū)

（1）泵坑：泵坑采用鋼筋混凝土地下結(jié)構(gòu)，位于深度處理車間地下，主要設(shè)置錳砂過濾器提升泵、除氟過濾器沖洗泵（和錳砂過濾器反洗泵共用）、活性炭過濾器提升泵、活性炭過濾器反洗泵、超濾反洗泵、除鐵鼓風(fēng)機(jī)、活性炭反洗鼓風(fēng)機(jī)（備用泵利用除鐵鼓風(fēng)機(jī)備用）以及潛污泵等裝置。

（2）除氟系統(tǒng)：本系統(tǒng)配置3臺(tái)Φ3200高效碳基磷石灰石除氟過濾器，4用1備，設(shè)計(jì)濾速7.7m/h。即采用4并聯(lián)運(yùn)行，連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水，1臺(tái)再生備用，每套過濾器配備在線測(cè)氟計(jì)，進(jìn)水總管設(shè)pH儀。同時(shí)，配備除氟調(diào)酸系統(tǒng)、除氟再生系統(tǒng)、高氟廢水化學(xué)預(yù)沉器、再生廢水鈣基化除氟加藥裝置等配套設(shè)施。

（3）臭氧活性炭系統(tǒng)：包括2.0kg/h臭氧發(fā)生裝置2套及空氣源制備裝置、尾氣處理裝置等配套裝置。

（4）生物活性炭過濾器：臭氧接觸池出水經(jīng)提升送至生物活性炭過濾器。生物活性炭濾池采用碳鋼防腐材質(zhì)，共4臺(tái)，單臺(tái)主要設(shè)計(jì)參數(shù)：φ3200mm，空床濾速7.8m/h，空床接觸時(shí)間15min，強(qiáng)制濾速 10.4m/h，超高0.3m，濾層上水深1.5m，活性炭層厚度2.0m，承托層厚度0.3m，配水系統(tǒng)高度1.0m，活性炭過濾器總高度5.1m。

（4）平超濾裝置：主要包括超濾裝置（設(shè)置2套微超濾組合裝置，每套設(shè)備產(chǎn)水量為125m3/h，通量為40.4L/ m2·h，單套42支80m2的膜，并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率大于92%）、自清洗過濾器及加藥裝置等。

（5）消毒裝置采用管式紫外線消毒設(shè)備消毒。

3.3 組合水池

（1）中間水池：1座，高密度澄清池出水進(jìn)入中間水池，中間水池兼做氧化曝氣池，通過曝氣使廢水和空氣中所含氧氣充分混合，具備了二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵的條件，出水提升至錳砂過濾器，尺寸5.8×3.6×6.8m，有效水深5.0m。

（2）UF產(chǎn)水池：1座，超濾系統(tǒng)出水進(jìn)入U(xiǎn)F產(chǎn)水池，尺寸5.8×3.6×6.8m。

（3）臭氧接觸池：除氟濾池出水進(jìn)入臭氧接觸池，臭氧曝氣裝置采用微氣泡曝氣頭形式，設(shè)于接觸池底部。每座臭氧接觸池設(shè)3個(gè)臭氧投加點(diǎn)，投加比例順?biāo)鞣较蚍謩e為50%，30%，20%。布?xì)鈱?dǎo)管的材料為 316L 不銹鋼，密封材料為 PTFE，臭氧投加量按3.5mg/L設(shè)計(jì)。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)：臭氧接觸時(shí)間15min，有效水深6.0m，第一段接觸時(shí)間3.0min，第二段接觸時(shí)間5.5min，第三段接觸時(shí)間6.5min；第一段臭氧投加量1.75mg/L（占總投加量50%），第二段臭氧投加量1.05mg/L（占總投加量30%），第三段臭氧投加量0.70mg/L（占總投加量20%）。

3.4 組合水池2

（1）污泥池：高密度澄清池剩余污泥排入污泥池，內(nèi)設(shè)潛污泵和攪拌器。

（2）反沖洗集水池：錳砂過濾器、除氟過濾器的首次反沖洗水、活性炭過濾器反沖水排入反沖水集水池，內(nèi)設(shè)排水泵，將反沖水排入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，循環(huán)處理。

（3）廢液池：除氟過濾器的二次反沖洗水（終沖洗）、再生后的除氟水及濾罐放空水排入廢液池，內(nèi)設(shè)排水泵，將廢液提升至高氟廢水化學(xué)預(yù)沉器處理，設(shè)在線pH計(jì)1臺(tái)。

4 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

項(xiàng)目總造價(jià)為1998.25萬元，直接運(yùn)行費(fèi)用約為1.50元/m3。

5 結(jié)語

針對(duì)礦井水處理為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類的案例，處理標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤炭工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，僅靠傳統(tǒng)的混凝、沉淀+過濾不能滿足要求，需要根據(jù)進(jìn)水礦井水指標(biāo)，選擇合宜的處理方案，方能達(dá)到預(yù)期的處理目標(biāo)。