煤礦礦涌水污水處理廠工藝設計研究

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摘要：莊塔煤礦礦涌水污水處理廠污水處理采用“中和+化學沉淀+過濾”工藝，污泥處理采用“重力濃縮+機械脫水”工藝，建設規模為11000m3/d。本文介紹了該項目進出水水質指標的確定，分析了主要構筑物設計參數及工藝設計特點。

關鍵詞：水質確定；設計參數；化學沉淀；過濾；重力濃縮；機械脫水

莊塔煤礦位于慈利縣莊塔水庫上游，1998年閉礦之后，大量的礦井污水從原礦區礦井中涌出，枯水期涌水量約為160m3/h，豐水期涌水量最大可達450m3/h，污水經過周邊渠道匯入張家界市重要飲用水源地莊塔水庫。污水中含有大量Fe、酸度高、水質呈橙黃色，周邊農田土質酸化導致農作物減產，莊塔水庫水質變差，對供水區域內居民的身體健康構成威脅，治理必要性強。為避免發生大量涌水時處理能力不足而出現環保事故，本污水處理廠處理能力按最大涌水量確定，設計規模為11000m3/d。

1工程進水水質指標

經專業機構檢測，主要污染物指標Fe、SS和pH超標，污水處理廠具體進水水質如表1所示。廢水排放pH和SS執行《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準，總鐵執行《煤礦工業污染物排放標準》（GB20426—2006），設計出水水質標準如表1所示。

2處理工藝及流程

2.1礦井污水處理工藝確定

根據專業機構的檢測數據判斷，該礦井涌水的性質為酸性礦井污水，主要為Fe、SS和pH超標。酸性礦井污水降低酸性的處理方法主要有中和法、微生物法、人工濕地法[1]，去除SS的方法主要是混凝沉淀法，除鐵常用到的主要方法有化學沉淀法、電化學氧化法、吸附法、離子交換法，近年來，磁分離技術也有一定應用。根據該污水水質情況，結合同類工程經驗，因本項目用地緊張，經過技術比選和論證，本污水處理廠確定采用“中和+化學沉淀+過濾”工藝，該工藝占地小、投資和運營成本低、簡單易操作，處理效果好。具體工藝流程如圖1所示。

2.2污泥處理工藝確定

礦井污水處理過程中不可避免地會產生污泥，主要是煤泥。目前，礦井污水產生的污泥處理可供選擇的方案主要有“濃縮+消化+自然干化”“濕地污泥+自然干化”“濃縮+機械脫水”三種[2]。隨著環境保護處理要求的提高，近年來，人們研發出兩種污泥處理方法，即“重力濃縮+機械脫水”工藝和機械濃縮脫水工藝。因機械濃縮脫水工藝設備投資高、裝機功率大、藥劑使用量多、運營成本高等原因，經過技術比選和論證，本污水處理廠確定采用“重力濃縮+機械脫水”工藝，脫水機械使用板框壓濾機，泥餅外運至填埋場填埋。本工藝具有總體投資低、運行成本低、機械化程度高，設備體積小、生產場地清潔無任何臭味等技術特點，壓濾水通過回流進行二次處理，從源頭上避免了二次污染。

3主要構筑物設計

3.1格柵池

格柵池1座，總尺寸為0.80m×2.50m×1.00m，漿砌石池壁，水泥砂漿抹面，池壁厚度為200mm，底板厚度為250mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。池內安裝人工格柵，材質為304SS，數量1臺，格柵傾角為90°。

3.2調節池

調節池1座，有效面積為562.20m2，高為5.50m，漿砌石池壁，水泥砂漿抹面，池壁厚度為400mm，底板厚度為450mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。池內安裝潛水攪拌機4臺，材質為鍍塑防腐，型號為QJB4/12-620/3-480/S，SUS304；安裝3臺，2用1備，規格型號為Q=300m3/h，H=15m，N=18.5kW；安裝超聲波液位計1臺，規格型號為0～6m，帶4～20mA電信輸出。

3.3組合池

組合池1座，總尺寸為20.40m×42.90m×5.50m，池壁厚度為400mm，底板厚度為450mm，采用厚100mm的C15素混凝土墊層。組合池由中和反應池、混凝反應池、絮凝反應池、斜管沉淀池、中間水池、清水池、污泥濃縮池組成，除清水池按1組設計，其余均按兩組并聯設計。中和反應池停留時間為60min，尺寸為10.05m×6.50m×4.00m，主要設備包括2臺pH在線監測儀和2臺電磁流量計；混凝反應池和絮凝反應池的停留時間均為20min，尺寸均為10.05m×2.20m×4.00m；斜管沉淀池停留時間為1.305h，有效尺寸為10.00m×21.00m×5.50m，有效水深為4.95m，污泥斗尺寸為上邊長5.00m、下邊長1.20m、深2.71m，斜管填料量為800m2，材質為PP，參數為L=1m，Φ80mm，填料支架材質為Q235A，安裝耐磨砂漿泵8臺，4用4備，規格型號為50UHB-ZK-20-30；中間水池尺寸為10.00m×4.60m×5.50m，內安裝有1臺超聲波液位計和3臺錳砂過濾器提升泵（2用1備），規格型號為Q=300m3/h，H=18m，N=22kW；清水池尺寸為10.00m×4.40m×5.50m，內安裝有1臺超聲波液位計和2臺反沖洗水泵（1用1備），規格型號為Q=400m3/h，H=12.50m，N=22kW；污泥濃縮池尺寸為10.00m×6.40m×5.50m，安裝規格型號為QBY-80的氣動隔膜泵3臺（2用1備），測量范圍為0～6m的超聲波液位計1臺，調節池提升泵2臺（1用1備），型號為Q=200m3/h，H=21m，N=18.5kW。

3.4設備用房

設備用房1座，為鋼砼框架結構，平面尺寸為9.74m×12.74m。設備用房分為風機房和加藥間。風機房內設羅茨風機3臺（2用1備），相關參數為Q=28.27m3/min，風壓為44.1kPa，N=37.0kW。加藥間內設PAM和PAC溶藥裝置各3套，含磁翻板液位計，有效容積為3m3，設PAM加藥計量泵3臺（2用1備），相關參數為Q=1200L/h，N=0.75kW，設PAC加藥計量泵2臺（1用1備），相關參數為Q=170L/h，N=0.37kW，設軸流風機5臺，相關參數為Q=1000m3/h，全壓為152Pa，N=0.12kW。

3.5綜合用房

綜合用房1座，為鋼砼二層框架結構，平面尺寸為21.40m×11.10m。內設軸流風機8臺，相關參數為Q=1000m3/h，全壓152Pa，N=0.12kW，設箱式壓濾機2臺，型號為XAMY100/1250，功率為3kW，并配套污泥斗2套，設11kW空壓機1臺，電動葫蘆2套，型號為HHB-0.5AF，功率為0.75kW。

3.6石灰石加藥間

石灰石加藥間1座，為鋼砼框架結構，平面尺寸為4.50m×5.50m，內設石灰加藥系統一套，含石灰乳溶解罐、石灰乳暫儲罐、加藥泵等。

4工藝設計特點

4.1采用了優化項目投資的污水處理工藝

本項目投資較少，在對現場進行充分調研、論證工藝技術可行的情況下，從藥劑采購、設備采購等多維度考慮，在保證處理效果的基礎上最大限度降低工程投資。藥劑方面，因氫氧化鈉等中和藥劑比氫氧化鈣市場價高很多，方案推薦采用氫氧化鈣降低藥劑采購成本，同時降低污泥含水率，為后續處理節省投資；通過比選帶式壓濾機、螺旋壓濾機和板框壓濾機等多種污泥脫水設備，結合項目實際情況，選用板框壓濾機，極大限度地降低了工程投資和運營成本。

4.2優化了構筑物布置

因本項目所在地地形復雜、用地緊張，通過構筑物布置優化，將中和反應池、混凝反應池、絮凝反應池、斜管沉淀池、中間水池、清水池、污泥濃縮池組成組合池，占地少，連續處理效果高，單位時間處理效率高，極大限度地節約了用地和降低了工程投資。同時，將壓濾水通過回流進行二次處理，從源頭上避免二次污染。

4.3采用了適合項目現場的污泥處理工藝

通過對多個礦井涌水處理的調查，多數投資困難，一般采用污泥堆積+自然干化的方式處理污泥，往往給當地環境造成的二次污染大。為解決該環境問題，本研究采用“重力濃縮+機械脫水”工藝，初期投資看起來較高，但該工藝很好地可以有效減少占地、減少環境污染，而且脫水效率高，后續運營成本低。

5結語

慈利縣莊塔煤礦礦涌水污水處理廠項目采用“中和+化學沉淀+過濾”污水處理工藝和“重力濃縮+機械脫水”污泥處理工藝，該項目占地小，投資和運營成本低，簡單易操作，處理效果好，水質改善大，對下游農田及莊塔水庫水質改善具有重要作用，建議后續運行過程中不斷提高管理水平，發揮污水處理系統的重大功效。

參考文獻

1趙峰華，孫紅福，李文生.煤礦酸性礦井水中有害元素的遷移特性[J].煤炭學報，2007，32（3）：261-266.

2崔玲.淺論礦井排水中污泥的處置[J].煤礦環境保護，2000，14（2）：15-16.

作者：劉利軍 單位：湖南艾布魯環保科技股份有限公司