某礦井水處理站處理至地表水Ⅲ類工藝方案設計

文-趙宇鵬 煤炭工業太原設計研究院

1 處理規模及水質特征

處理規模為5000m3/d，即250m3/h（日工作時間20h）。

1.1 進水水質

(1)本工程設計進水pH值7.23～7.81，基本屬于中性礦井水。

(2)礦井水SS和COD超標且波動幅度大，SS范圍在66～5650mg/L，結合現場產泥量了解，本礦井水的懸浮物并不是特別高，懸浮物暫時升高可能與井下清倉等生產行為有關。

(3)NH3-N超標，主要因為井下人為活動形成。

(4)石油類超標，主要因為井下生產機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，主要與當地的地下水質特點有關。

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

1.2 設計出水水質

出水水質需滿足《地表水環境質量標準》GB3838-2002中的Ⅲ類水水質要求。

2 處理工藝選擇

（1）設計確定的進水水質與地表水環境質量Ⅲ類標準對比，進水水質主要超標項目為SS、COD、BOD5、氨氮、氟化物、石油類、鐵、錳等。

（2）根據上述特點知，系統進水水質可生化性差，不利于直接采用生化法進行深度處理，BOD5、NH3-N等指標可通過臭氧-活性炭、吸附等工藝去除。

（3）COD超標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主要由難降解有機物、細小無機的還原性煤粉組成。還原性煤粉為非常細小的微米級顆粒物或膠體，對其去除需要采用微米級的過濾工藝；難降解的有機物需要通過強氧化劑的氧化將其分解為小分子有機物，通過生物作用或吸附手段將其去除。

（4）石油類超標

主要因為井下使用乳化液的原因，大部分非溶解性石油類已通過前端混凝、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、臭氧氧化分解后經生物活性炭等工藝去除。

（5）鐵錳可通過前端曝氣后經錳砂過濾器去除。

（6）氟化物可通過沉淀法、吸附、反滲透等工藝去除。

（7）對于深度處理，表1為上述三種污水深度處理工藝出水水質、工藝優缺點、運行管理及成本等方面的對比。

表1

3 核心處理單元技術參數

3.1 處理車間

（1）預沉調節池：設預沉調節池一座，鋼筋混凝土結構，有效調節時間為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，每格設二個污泥斗，調節池上端設平流式刮泥機2臺，末端設提升泵3臺（2用1備），排泥泵4臺，定時將污泥排入污泥濃縮池。

（2）污泥濃縮池：設置直徑6m污泥濃縮池一座，半地下式鋼筋砼結構，設置中心傳動濃縮機1臺。

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

3.2 深度處理間3.2.1 預處理區

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

主要設計參數：混凝反應池停留時間15s，絮凝反應池停留時間20min，有效水深為5.7m；澄清區表面負荷5.1m3/m2·h。

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

3.2.2 深度處理區

（1）泵坑：泵坑采用鋼筋混凝土地下結構，位于深度處理車間地下，主要設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、除鐵鼓風機、活性炭反洗鼓風機（備用泵利用除鐵鼓風機備用）以及潛污泵等裝置。

（2）除氟系統：本系統配置3臺Φ3200高效碳基磷石灰石除氟過濾器，4用1備，設計濾速7.7m/h。即采用4并聯運行，連續進水、連續出水，1臺再生備用，每套過濾器配備在線測氟計，進水總管設pH儀。同時，配備除氟調酸系統、除氟再生系統、高氟廢水化學預沉器、再生廢水鈣基化除氟加藥裝置等配套設施。

（3）臭氧活性炭系統：包括2.0kg/h臭氧發生裝置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，共4臺，單臺主要設計參數：φ3200mm，空床濾速7.8m/h，空床接觸時間15min，強制濾速 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（設置2套微超濾組合裝置，每套設備產水量為125m3/h，通量為40.4L/ m2·h，單套42支80m2的膜，并聯運行，系統設計回收率大于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，具備了二價鐵氧化為三價鐵的條件，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產水池：1座，超濾系統出水進入UF產水池，尺寸5.8×3.6×6.8m。

（3）臭氧接觸池：除氟濾池出水進入臭氧接觸池，臭氧曝氣裝置采用微氣泡曝氣頭形式，設于接觸池底部。每座臭氧接觸池設3個臭氧投加點，投加比例順水流方向分別為50%，30%，20%。布氣導管的材料為 316L 不銹鋼，密封材料為 PTFE，臭氧投加量按3.5mg/L設計。

主要設計參數：臭氧接觸時間15min，有效水深6.0m，第一段接觸時間3.0min，第二段接觸時間5.5min，第三段接觸時間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，內設潛污泵和攪拌器。

（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，內設排水泵，將反沖水排入預沉調節池，循環處理。

（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，內設排水泵，將廢液提升至高氟廢水化學預沉器處理，設在線pH計1臺。

4 主要經濟指標

項目總造價為1998.25萬元，直接運行費用約為1.50元/m3。

5 結語

針對礦井水處理為地表水環境質量標準Ⅲ類的案例，處理標準遠遠高于煤炭工業排放標準，僅靠傳統的混凝、沉淀+過濾不能滿足要求，需要根據進水礦井水指標，選擇合宜的處理方案，方能達到預期的處理目標。