同煤集团鹊儿山煤矿矿井水处理工程设计毕业设计第一章 设计任务书1.1 设计题目: 同煤集团鹊儿山煤矿矿井水处理工程设计1.2 设计原始资料：1.2.1 原水水质同煤集团鹊儿山煤矿矿井水如表1所示。表1 鹊儿山矿矿井水水质序号污染物名称单位污染物浓度1pH7.12SSmg/l2583可溶解性固体mg/l13004总硬度mg/16805氯化物mg/l2806硫酸盐mg/l5867铁mg/l0.28锰mg/l1.21.2.2 用水水质标准由于大同属于严重缺水地区，矿区生活用水紧张，矿井水处理后要求达到生活饮用水卫生标准GB5749-2006。1.2.3设计水量按每生产1t煤将有0.7m3的矿井废水产生估算，该煤矿年矿井涌水量为140万m3，即每天外排矿井水大约4000m3左右。因此，矿井水处理设计水量为：4000m3/d。1.3 矿井水处理的一般原则(1)各矿井原则上只设一个煤矸石处置场，按国家标准和要求科学规范处置2.1 部分具体构筑物及工艺的选择2.1.1 矿井水处理的初级单元(1)中和单元。对于显酸性的矿井水，这是必不可少的一个单元，酸性矿井水可用任何碱性物质来中和，选用何种碱性物质，取决价格、反应性、适用性、运输方便、产生的泥状沉积物性及所需求的净水质量。(2)沉降单元。在矿井水处理过程中，悬浮固体的去除一般是靠重力沉降来实现的，这些单元被称为沉降(池)。这是一种经济实用的方法。(3)氧化单元。氧化进行的方式有空气氧化、化学氧化、电解氧化三种。空气氧化主要是曝气和充氧;化学氧化利用氧化剂氧化水中污染物。矿井水净化中主要用到的是自然曝气充氧过程。该单元的主要功能是将废水中有机物质氧化，达到氧化的终端产物C02和H20，这可以有效降低COD.(4)化学凝聚单元。矿井水中一般含有很多胶状物质，沉淀所需时间长，效果差，常采用化学凝聚法处理。(5)过滤单元。过滤的目的是进一步去除水中悬浮物。一般情况下，进水浊度不大于l00mg/L时，出水浊度可保证小于5mg/L;进水浊度小于l mg/L时，出水浊度可小于lmg/L:进水浊度小于1 mg/L时，可使出水浊度小于0.5mg/L。过滤在矿井水处理中具有重要的作用。它不仅能进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌及病毒等含量将随浊度的降低而被去除。至于残留在经过过滤后的水中的细菌、病毒等在失去浑浊物的保护和依附时，在过滤后的消毒过程也将容易被杀灭，因此过滤为后续的消毒单元提供了良好的条件。它是保证矿井水处理成生活饮用水卫生安全的重要措施。(6)消毒单元。由于矿井水受人类生产生活活动的污染而含有大量细菌，虽然混凝、沉淀和过滤后其大部分细菌被得到了去除，但还有一定水量的细菌和病原菌存在。在处理工艺中，必须加以消毒灭菌。消毒主要是杀死对人体健康有害的病原菌和病毒等，保证饮水的卫生安全。在工业用水过程中，消毒也是防止细菌、微生物对离子交换膜、反渗透膜等污染的措施。(7)辅助单元。在矿井水净化处理工艺中，各单元均产生大量的污泥，这些污泥必须经妥善处理。一般采用板框压滤机、自动清料间歇式压滤机等机器进行固液分离处理2.1.2 矿井水深度处理单元针对矿井水中的重度污染因子，单纯的初级处理单元的组合，是无法脱除干净的。经初级处理后的矿井水仍有一些无机盐类、金属和有毒物质超标，达不到用水标准，因此，应有针对性地增加一些深度处理单元，以解决这一问题。增加的处理单元主要包括如下 :(1)高硬度去除单元。对于高硬度矿井水，可采用石灰软化法。在不需要彻底去除硬度的情况下，该方法可将硬度降低到80-100mg/L，远低于生活饮用水标准。(2)除铁单元。初级处理后Fe, Mn超标，可再利用高锰酸钾法去除。Fe, Mn的氧化速度随水温的升高、搅拌强度的增加而加快，反应发生后，锰盐渗析出来，形成矾花沉淀。同时能取除90%的酚。(3)脱硫单元。电渗析脱硫技术目前己成熟，但其造价高，运行费用大、维护复杂，这些限制了它的使用和推广。生物法脱硫，对环境条件要求苛刻，难以实现。目前较理想的方法是用6210净水剂脱硫。该净水剂是以铝钙渣为主要原料研制的。温度为25 0C时，反应30min以上，S042去除率可达90%以上，同时也能去除Ca 2+, Mgt+, HC03-a(4)脱氟单元。去除矿井水中的氟的主要方法有石灰沉淀法、活化铝吸附法。在水中投加石灰石后形成CaF2沉淀。2.1.3 矿井水处理的高级单元在矿井水资源化过程中，经过初级处理和高级处理后，仍达不到用水标准，就需要采取更高一级的处理单元来处理矿井水。主要有:(1)电渗析单元。(2)反渗透单元。(3)离子交换单元。(4)蒸馏法单元。(5)生物脱硝单元。这些工艺，技术先进，脱除效率高，可成为矿井水的终极处理方法。但一般来讲，这些高级处理单元往往是工程造价高、运行费用高，维护维修复杂且费用高。当管理操作不正确时，会使处理后达标的矿井水变得非常昂贵，一般不做这样的工艺。但本厂水用于生活饮用，需加超滤和反渗透处理。2.2 处理方法和处理设施的选定当地面水源未受到污染时，一般主要是浊度、细菌总数等超标，未达到饮用水标准，大部分净水厂采用的常规工艺为混凝、沉淀、过滤、消毒、用户。而矿井水的水质特性不同于一般地表水，往往是浊度、硬度、矿化度等项超标，为了达到饮用水的标准，除了采用常规工艺外，还需要考虑增加深度处理和高级处理单元。当地面水源未受到污染时，一般主要是浊度、细菌总数等超标，未达到饮用水标准，大部分净水厂采用的常规工艺为混凝沉淀、过滤、消毒、用户。而矿井水的水质特性不同于一般地表水，往往是浊度、硬度、矿化度等项超标，为了达到饮用水的标准，除了采用常规工艺外，还需要考虑增加深度处理和高级处理单元。由于采用何种处理方法、处理设施以及处理到何种程度取决于原矿井水水质、水量及用水对象对水质、水量的要求。同煤集团鹊儿山煤矿水水质有以下几项超标:浊度、色度、总硬度、矿化度、硫酸盐、细菌等，除浊度及色度外基本上都属低量超标。矿区用水大户为选煤厂洗煤生产用水、矿区电厂循环冷却用水及冲灰用水;其次是道路洒水和居住区生活用水。而洗煤用水、绿化及道路洒水、循环冷却水对水质的要求很低，一般对矿井水经过初级处理即可满足要求;锅炉用水需除去硬度:矿区生活饮用水，对水质要求较高。因此矿井水回用可以采取分质供水。现对处理过程的具体构筑物及工艺做对比选择：1、澄清池澄清池是一种将絮凝反应过程与澄清分离过程综合于一体的构筑物。在澄清池中，沉泥被提升起来并使之处于均匀分布的悬浮状态，在池中形成高浓度的稳定活性泥渣层，该层悬浮物浓度约在310g/L。原水在澄清池中由下向上流动，泥渣层由于重力作用可在上升水流中处于动态平衡状态。当原水通过活性污泥层时，利用接触絮凝原理，原水中的悬浮物便被活性污泥渣层阻留下来，使水获得澄清。清水在澄清池上部被收集。 泥渣悬浮层上升流速与泥渣的体积、浓度有关，因此，正确选用上升流速，保持良好的泥渣悬浮层，是澄清池取得较好处理效果的基本条件。沉淀和澄清。矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管（板）沉淀，其处理能耗小，但存在处理设施占地面积大，沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅等缺点。机械加速澄清池、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施，水力循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和操作方便等优点。机械加速澄清池占地面积较小，但处理能耗大、设备维护工作量大，实际应用中处理效果不如水力循环澄清池好。气浮池也有应用，但应用较少。各种澄清池的优缺点及适用条件类 型优 点缺 点适用条件机械搅拌澄清池(1) 单位面积产水量大,处理效率高(2) 处理效果较稳定,适应性较强(1) 需机械搅拌设备(2) 维修较麻烦(1)进水悬浮物含量5.0g/L,短时间允许510g/L(2)适用于大、中型水厂水力循环澄清池(1)无机械搅拌设备(2)构筑物较简单(1) 投药量较大(2) 消耗大的水头(3) 对水质、水温变化适应性差(1) 进水悬浮物含量2g/L,短时间允许5g/L(2) 适用于中、小型水厂脉冲澄清池(1) 混合充分,布水均匀(2) 池深较浅,便于平流式沉沉池改造(1) 需要一套真空设备(2) 虹吸式水头损失较大,脉冲周期较难控制(3) 对水质、水量变化适应性较差(4) 操作管理要求较高适用于大、中、小型水厂悬浮澄清池(无穿孔底板)(1) 构造较简单(2) 能处理高浊度水(双层式加悬浮层底部开孔)(1) 需设气水分离器(2) 对水量、水温较敏感,处理效果不够稳定(3) 双层式池深较大(1)进水悬浮物含量3.0g/L,宜用单池;进水悬浮物含量310g/L,宜用双池(2)流量变化一般每小时10%,水温变化1 本设计采用水力澄清池。2、滤池过滤的目的，有的用来去除水中的悬浮物，以获得浊度更低的水；有的是用来去掉污泥中的水，以获得含水量较低的污泥。矿井水处理常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂，反冲洗操作繁琐；重力式无阀滤池能自动反冲洗，操作简便，管理和维护方便。滤池通常采用无烟煤和石英砂双层滤料。 (1) 快滤池和慢滤池 ：应用石英砂或白煤、矿石等粒状滤料对自来水进行快速过滤而达到截留水中悬浮固体和部分细菌、微生物等目的的池子。 (2) 虹吸滤池（siphon filter）：以虹吸管代替进水和排水阀门的快滤池形式之一。滤池各格出水互相连通，反冲洗水由其他滤水补给。每个滤格均在等滤速变水位条件下运行。 (3) 无阀滤池（pressure filter）：一种没有阀门的快滤池，在运行过程中，出水水位保持恒定，进水水位则随滤层的水头损失增加而不断在吸管内上升，当水位上升到虹吸管管顶，并形成虹吸时，即自动开始滤层反冲洗，冲洗废水沿虹吸管排出池外。 (4) 压力滤池（pressure filter）：在密闭的容器中进行压力过滤的滤池。 (5) 移动罩滤池（movable hood backwashing filter）：滤池上部设有可移位的冲洗罩，对各滤格按须序依次进行冲洗的滤池。它由若干小滤格组成，并具有同一进水和出水系统。 (6) 粗滤料滤池（V型滤池）：进水由池两侧V型槽流入，槽下部有水平的配水孔，该池的过滤和反冲洗已实现自动控制，常用于大、中型水厂。本设计采用采用重力无阀滤池。3、混凝剂和混合形式。 含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂。目前聚合氯化铝较为常用，也有用聚合铝铁的。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。 矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混合较常采用。几种常见的混合方式的比较：方式优缺点使用条件管式混合优点：设备简单，不占地缺点：（1）当流量减小时，可能在管内中反应沉淀（2）一般的管道混合效果较差，采用静态混合器，效果较好但水头损失大适用于流量变化较大的水厂机械混合优点：（1）混合效果较好，受水量变化影响小，水头损失小。缺点：（1）需耗动能，（2）管理维修比较复杂。适用于各种水量的水厂水泵混合优点：（1）设备简单，混合充分，效果好（2）不另设消耗功能缺点：吸水灌较多时，投药设备要增加，安装管理麻烦适用于一级泵房里处理构筑物较近的水厂