【正文】 同煤集團鵲兒山煤礦礦井水處理工程設(shè)計畢業(yè)設(shè)計第一章 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目: 同煤集團鵲兒山煤礦礦井水處理工程設(shè)計 設(shè)計原始資料： 原水水質(zhì)同煤集團鵲兒山煤礦礦井水如表1所示。表1 鵲兒山礦礦井水水質(zhì)序號污染物名稱單位污染物濃度1pH2SSmg/l2583可溶解性固體mg/l13004總硬度mg/16805氯化物mg/l2806硫酸鹽mg/l5867鐵mg/l8錳mg/l 用水水質(zhì)標準由于大同屬于嚴重缺水地區(qū)，礦區(qū)生活用水緊張，礦井水處理后要求達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB57492006。，該煤礦年礦井涌水量為140萬m3，即每天外排礦井水大約4000m3左右。因此，礦井水處理設(shè)計水量為：4000m3/d。 礦井水處理的一般原則(1)各礦井原則上只設(shè)一個煤矸石處置場，按國家標準和要求科學規(guī)范處置 部分具體構(gòu)筑物及工藝的選擇 礦井水處理的初級單元(1)中和單元。對于顯酸性的礦井水，這是必不可少的一個單元，酸性礦井水可用任何堿性物質(zhì)來中和，選用何種堿性物質(zhì)，取決價格、反應(yīng)性、適用性、運輸方便、產(chǎn)生的泥狀沉積物性及所需求的凈水質(zhì)量。(2)沉降單元。在礦井水處理過程中，懸浮固體的去除一般是靠重力沉降來實現(xiàn)的，這些單元被稱為沉降(池)。這是一種經(jīng)濟實用的方法。(3)氧化單元。氧化進行的方式有空氣氧化、化學氧化、電解氧化三種?？諝庋趸饕瞧貧夂统溲酢；瘜W氧化利用氧化劑氧化水中污染物。礦井水凈化中主要用到的是自然曝氣充氧過程。該單元的主要功能是將廢水中有機物質(zhì)氧化，達到氧化的終端產(chǎn)物C02和H20，這可以有效降低COD.(4)化學凝聚單元。礦井水中一般含有很多膠狀物質(zhì)，沉淀所需時間長，效果差，常采用化學凝聚法處理。(5)過濾單元。過濾的目的是進一步去除水中懸浮物。一般情況下，進水濁度不大于l00mg/L時，出水濁度可保證小于5mg/L。進水濁度小于l mg/L時，出水濁度可小于lmg/L:進水濁度小于1 mg/L時。過濾在礦井水處理中具有重要的作用。它不僅能進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細菌及病毒等含量將隨濁度的降低而被去除。至于殘留在經(jīng)過過濾后的水中的細菌、病毒等在失去渾濁物的保護和依附時，在過濾后的消毒過程也將容易被殺滅，因此過濾為后續(xù)的消毒單元提供了良好的條件。它是保證礦井水處理成生活飲用水衛(wèi)生安全的重要措施。(6)消毒單元。由于礦井水受人類生產(chǎn)生活活動的污染而含有大量細菌，雖然混凝、沉淀和過濾后其大部分細菌被得到了去除，但還有一定水量的細菌和病原菌存在。在處理工藝中，必須加以消毒滅菌。消毒主要是殺死對人體健康有害的病原菌和病毒等，保證飲水的衛(wèi)生安全。在工業(yè)用水過程中，消毒也是防止細菌、微生物對離子交換膜、反滲透膜等污染的措施。(7)輔助單元。在礦井水凈化處理工藝中，各單元均產(chǎn)生大量的污泥，這些污泥必須經(jīng)妥善處理。一般采用板框壓濾機、自動清料間歇式壓濾機等機器進行固液分離處理 礦井水深度處理單元針對礦井水中的重度污染因子，單純的初級處理單元的組合，是無法脫除干凈的。經(jīng)初級處理后的礦井水仍有一些無機鹽類、金屬和有毒物質(zhì)超標，達不到用水標準，因此，應(yīng)有針對性地增加一些深度處理單元，以解決這一問題。增加的處理單元主要包括如下 :(1)高硬度去除單元。對于高硬度礦井水，可采用石灰軟化法。在不需要徹底去除硬度的情況下，該方法可將硬度降低到80100mg/L，遠低于生活飲用水標準。(2)除鐵單元。初級處理后Fe, Mn超標，可再利用高錳酸鉀法去除。Fe, Mn的氧化速度隨水溫的升高、攪拌強度的增加而加快，反應(yīng)發(fā)生后，錳鹽滲析出來，形成礬花沉淀。同時能取除90%的酚。(3)脫硫單元。電滲析脫硫技術(shù)目前己成熟，但其造價高，運行費用大、維護復雜，這些限制了它的使用和推廣。生物法脫硫，對環(huán)境條件要求苛刻，難以實現(xiàn)。目前較理想的方法是用6210凈水劑脫硫。該凈水劑是以鋁鈣渣為主要原料研制的。溫度為25 0C時，反應(yīng)30min以上，S042’去除率可達90%以上，同時也能去除Ca 2+, Mgt+, HC03a(4)脫氟單元。去除礦井水中的氟的主要方法有石灰沉淀法、活化鋁吸附法。在水中投加石灰石后形成CaF2沉淀。 礦井水處理的高級單元在礦井水資源化過程中，經(jīng)過初級處理和高級處理后，仍達不到用水標準，就需要采取更高一級的處理單元來處理礦井水。主要有:(1)電滲析單元。(2)反滲透單元。(3)離子交換單元。(4)蒸餾法單元。(5)生物脫硝單元。這些工藝，技術(shù)先進，脫除效率高，可成為礦井水的終極處理方法。但一般來講，這些高級處理單元往往是工程造價高、運行費用高，維護維修復雜且費用高。當管理操作不正確時，會使處理后達標的礦井水變得非常昂貴，一般不做這樣的工藝。但本廠水用于生活飲用，需加超濾和反滲透處理。 處理方法和處理設(shè)施的選定當?shù)孛嫠次词艿轿廴緯r，一般主要是濁度、細菌總數(shù)等超標，未達到飲用水標準，大部分凈水廠采用的常規(guī)工藝為混凝、沉淀、過濾、消毒、用戶。而礦井水的水質(zhì)特性不同于一般地表水，往往是濁度、硬度、礦化度等項超標，為了達到飲用水的標準，除了采用常規(guī)工藝外，還需要考慮增加深度處理和高級處理單元。當?shù)孛嫠次词艿轿廴緯r，一般主要是濁度、細菌總數(shù)等超標，未達到飲用水標準，大部分凈水廠采用的常規(guī)工藝為混凝沉淀、過濾、消毒、用戶。而礦井水的水質(zhì)特性不同于一般地表水，往往是濁度、硬度、礦化度等項超標，為了達到飲用水的標準，除了采用常規(guī)工藝外，還需要考慮增加深度處理和高級處理單元。由于采用何種處理方法、處理設(shè)施以及處理到何種程度取決于原礦井水水質(zhì)、水量及用水對象對水質(zhì)、水量的要求。同煤集團鵲兒山煤礦水水質(zhì)有以下幾項超標:濁度、色度、總硬度、礦化度、硫酸鹽、細菌等，除濁度及色度外基本上都屬低量超標。礦區(qū)用水大戶為選煤廠洗煤生產(chǎn)用水、礦區(qū)電廠循環(huán)冷卻用水及沖灰用水。其次是道路灑水和居住區(qū)生活用水。而洗煤用水、綠化及道路灑水、循環(huán)冷卻水對水質(zhì)的要求很低，一般對礦井水經(jīng)過初級處理即可滿足要求。鍋爐用水需除去硬度:礦區(qū)生活飲用水，對水質(zhì)要求較高。因此礦井水回用可以采取分質(zhì)供水。現(xiàn)對處理過程的具體構(gòu)筑物及工藝做對比選擇：澄清池澄清池是一種將絮凝反應(yīng)過程與澄清分離過程綜合于一體的構(gòu)筑物。在澄清池中，沉泥被提升起來并使之處于均勻分布的懸浮狀態(tài)，在池中形成高濃度的穩(wěn)定活性泥渣層，該層懸浮物濃度約在3～10g/L。原水在澄清池中由下向上流動，泥渣層由于重力作用可在上升水流中處于動態(tài)平衡狀態(tài)。當原水通過活性污泥層時，利用接觸絮凝原理，原水中的懸浮物便被活性污泥渣層阻留下來，使水獲得澄清。清水在澄清池上部被收集。 　　泥渣懸浮層上升流速與泥渣的體積、濃度有關(guān)，因此，正確選用上升流速，保持良好的泥渣懸浮層，是澄清池取得較好處理效果的基本條件。沉淀和澄清。礦井水凈化處理采用沉淀池或澄清池作為主要處理單元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管（板）沉淀，其處理能耗小，但存在處理設(shè)施占地面積大，沉淀污泥易堵塞造成排泥不暢等缺點。機械加速澄清池、水力循環(huán)澄清池都是集混凝反應(yīng)和沉淀過程于一體的水處理設(shè)施，水力循環(huán)澄清池具有處理過程中動力消耗低、耐負荷沖擊能力強、設(shè)施維護簡單和操作方便等優(yōu)點。機械加速澄清池占地面積較小，但處理能耗大、設(shè)備維護工作量大，實際應(yīng)用中處理效果不如水力循環(huán)澄清池好。氣浮池也有應(yīng)用，但應(yīng)用較少。各種澄清池的優(yōu)缺點及適用條件類 型優(yōu) 點缺 點適用條件機械攪拌澄清池(1) 單位面積產(chǎn)水量大,處理效率高(2) 處理效果較穩(wěn)定,適應(yīng)性較強(1) 需機械攪拌設(shè)備(2) 維修較麻煩(1)進水懸浮物含量＜,短時間允許5～10g/L(2)適用于大、中型水廠水力循環(huán)澄清池(1)無機械攪拌設(shè)備(2)構(gòu)筑物較簡單(1) 投藥量較大(2) 消耗大的水頭(3) 對水質(zhì)、水溫變化適應(yīng)性差(1) 進水懸浮物含量＜2g/L,短時間允許5g/L(2) 適用于中、小型水廠脈沖澄清池(1) 混合充分,布水均勻(2) 池深較淺,便于平流式沉沉池改造(1) 需要一套真空設(shè)備(2) 虹吸式水頭損失較大,脈沖周期較難控制(3) 對水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性較差(4) 操作管理要求較高適用于大、中、小型水廠懸浮澄清池(無穿孔底板)(1) 構(gòu)造較簡單(2) 能處理高濁度水(雙層式加懸浮層底部開孔)(1) 需設(shè)氣水分離器(2) 對水量、水溫較敏感,處理效果不夠穩(wěn)定(3) 雙層式池深較大(1)進水懸浮物含量＜,宜用單池。進水懸浮物含量3～10g/L,宜用雙池(2)流量變化一般每小時≯10%,水溫變化≯1℃ 本設(shè)計采用水力澄清池。濾池過濾的目的，有的用來去除水中的懸浮物，以獲得濁度更低的水；有的是用來去掉污泥中的水，以獲得含水量較低的污泥。礦井水處理常用的過濾設(shè)施有快濾池和重力式無閥濾池?？鞛V池管路、閥門系統(tǒng)復雜，反沖洗操作繁瑣；重力式無閥濾池能自動反沖洗，操作簡便，管理和維護方便。濾池通常采用無煙煤和石英砂雙層濾料。 　　(1) 快濾池和慢濾池 ：應(yīng)用石英砂或白煤、礦石等粒狀濾料對自來水進行快速過濾而達到截留水中懸浮固體和部分細菌、微生物等目的的池子。 　　(2) 虹吸濾池（siphon filter）：以虹吸管代替進水和排水閥門的快濾池形式之一。濾池各格出水互相連通，反沖洗水由其他濾水補給。每個濾格均在等濾速變水位條件下運行。 　　(3) 無閥濾池（pressure filter）：一種沒有閥門的快濾池，在運行過程中，出水水位保持恒定，進水水位則隨濾層的水頭損失增加而不斷在吸管內(nèi)上升，當水位上升到虹吸管管頂，并形成虹吸時，即自動開始濾層反沖洗，沖洗廢水沿虹吸管排出池外。 　　(4) 壓力濾池（pressure filter）：在密閉的容器中進行壓力過濾的濾池。 (5) 移動罩濾池（movable hood backwashing filter）：濾池上部設(shè)有可移位的沖洗罩，對各濾格按須序依次進行沖洗的濾池。它由若干小濾格組成，并具有同一進水和出水系統(tǒng)。 　　(6) 粗濾料濾池（V型濾池）：進水由池兩側(cè)V型槽流入，槽下部有水平的配水孔，該池的過濾和反沖洗已實現(xiàn)自動控制，常用于大、中型水廠。本設(shè)計采用采用重力無閥濾池。混凝劑和混合形式。 含懸浮物礦井水凈化處理通常采用鋁鹽或鐵鹽混凝劑。目前聚合氯化鋁較為常用，也有用聚合鋁鐵的。絮凝劑主要采用聚丙烯酰胺。 礦井水處理中混凝劑混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和機械混合，其中水泵混合較常采用。幾種常見的混合方式的比較：方式優(yōu)缺點使用條件管式混合優(yōu)點：設(shè)備簡單，不占地缺點：（1）當流量減小時，可能在管內(nèi)中反應(yīng)沉淀（2）一般的管道混合效果較差，采用靜態(tài)混合器，效果較好但水頭損失大適用于流量變化較大的水廠機械混合優(yōu)點：（1）混合效果較好，受水量變化影響小，水頭損失小。缺點：（1）需耗動能，（2）管理維修比較復雜。適用于各種水量的水廠水泵混合優(yōu)點：（1）設(shè)備簡單，混合充分，效果好（2）不另設(shè)消耗功能缺點：吸水灌較多時，投藥設(shè)備要增加，安裝管理麻煩適用于一級泵房里處理構(gòu)筑物較近的水廠消毒。 礦井水凈化處理后作為生活用水必須經(jīng)過消毒處理，一般采用二氧化氯消毒，次氯酸鈉和液氯采用較少。在此采用次氯酸鈉發(fā)生器。礦井水中主要含有以煤屑為主的懸浮物，具有色黑、加藥后形成的礬花結(jié)構(gòu)松散、沉降速度慢等特點。許多含懸浮物礦井水處理工程，投入運行后，設(shè)計水量和水質(zhì)達不到設(shè)計要求，主要是因為反應(yīng)不充分、平流或斜管沉淀池表面負荷取值較大所致。另一方面，由于提升泵、供水泵、加藥設(shè)備、消毒設(shè)備、控制系統(tǒng)和附屬建（構(gòu)）筑等均按計處理水量設(shè)計，這就造成工程投資的巨大浪費。不同煤礦的礦井水中所設(shè)含懸浮物的濃度差異較大，決定了投加混凝劑種類和數(shù)量不盡相同。由于混凝藥劑選擇和投加不當，使得一些煤礦礦井水處理后達不到預期效果。由于不能及時對進水和出水水質(zhì)、處理流量、加藥量、水池液位等進行監(jiān)控，許多礦井水處理工程只有水泵和簡易的加藥裝置，因此，礦井水處理后的水量和水質(zhì)無法得到保證。煤礦井下生產(chǎn)使用的采掘機械需要使用乳化油和機油，油類物質(zhì)進入礦井 水中，采用常規(guī)混凝、斜管沉淀和過濾技術(shù)不能有效去除礦井水中的油類物質(zhì)。多介質(zhì)過濾器是利用一種或幾種過濾介質(zhì)，在一定的壓力下把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒材料，從而有效的除去懸浮雜質(zhì)使水澄清的過程，常用的濾料有石英砂，無煙煤，錳砂等，主要用于水處理除濁，軟化水，純水的前級預處理等，出水濁度可達3度以下。保安過濾器為了防止預處理中未能完全去除或新產(chǎn)生的懸浮顆粒進入反滲透系統(tǒng)，保護高壓泵和反滲透膜，通常在反滲透進水前設(shè)置濾芯式保安過濾器。一般采用孔徑小于10um，根據(jù)實際設(shè)計情況可設(shè)計為5um或更低。精密過濾器（又稱保安過濾器）具有以下特點： 、鐵銹