煤矿矿涌水污水处理厂工艺设计研究

摘要：庄塔煤矿矿涌水污水处理厂污水处理采用“中和+化学沉淀+过滤”工艺，污泥处理采用“重力浓缩+机械脱水”工艺，建设规模为11000m3/d。本文介绍了该项目进出水水质指标的确定，分析了主要构筑物设计参数及工艺设计特点。

关键词：水质确定；设计参数；化学沉淀；过滤；重力浓缩；机械脱水

庄塔煤矿位于慈利县庄塔水库上游，1998年闭矿之后，大量的矿井污水从原矿区矿井中涌出，枯水期涌水量约为160m3/h，丰水期涌水量最大可达450m3/h，污水经过周边渠道汇入张家界市重要饮用水源地庄塔水库。污水中含有大量Fe、酸度高、水质呈橙黄色，周边农田土质酸化导致农作物减产，庄塔水库水质变差，对供水区域内居民的身体健康构成威胁，治理必要性强。为避免发生大量涌水时处理能力不足而出现环保事故，本污水处理厂处理能力按最大涌水量确定，设计规模为11000m3/d。

1工程进水水质指标

经专业机构检测，主要污染物指标Fe、SS和pH超标，污水处理厂具体进水水质如表1所示。废水排放pH和SS执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准，总铁执行《煤矿工业污染物排放标准》（GB20426—2006），设计出水水质标准如表1所示。

2处理工艺及流程

2.1矿井污水处理工艺确定

根据专业机构的检测数据判断，该矿井涌水的性质为酸性矿井污水，主要为Fe、SS和pH超标。酸性矿井污水降低酸性的处理方法主要有中和法、微生物法、人工湿地法[1]，去除SS的方法主要是混凝沉淀法，除铁常用到的主要方法有化学沉淀法、电化学氧化法、吸附法、离子交换法，近年来，磁分离技术也有一定应用。根据该污水水质情况，结合同类工程经验，因本项目用地紧张，经过技术比选和论证，本污水处理厂确定采用“中和+化学沉淀+过滤”工艺，该工艺占地小、投资和运营成本低、简单易操作，处理效果好。具体工艺流程如图1所示。

2.2污泥处理工艺确定

矿井污水处理过程中不可避免地会产生污泥，主要是煤泥。目前，矿井污水产生的污泥处理可供选择的方案主要有“浓缩+消化+自然干化”“湿地污泥+自然干化”“浓缩+机械脱水”三种[2]。随着环境保护处理要求的提高，近年来，人们研发出两种污泥处理方法，即“重力浓缩+机械脱水”工艺和机械浓缩脱水工艺。因机械浓缩脱水工艺设备投资高、装机功率大、药剂使用量多、运营成本高等原因，经过技术比选和论证，本污水处理厂确定采用“重力浓缩+机械脱水”工艺，脱水机械使用板框压滤机，泥饼外运至填埋场填埋。本工艺具有总体投资低、运行成本低、机械化程度高，设备体积小、生产场地清洁无任何臭味等技术特点，压滤水通过回流进行二次处理，从源头上避免了二次污染。

3主要构筑物设计

3.1格栅池

格栅池1座，总尺寸为0.80m×2.50m×1.00m，浆砌石池壁，水泥砂浆抹面，池壁厚度为200mm，底板厚度为250mm，采用厚100mm的C15素混凝土垫层。池内安装人工格栅，材质为304SS，数量1台，格栅倾角为90°。

3.2调节池

调节池1座，有效面积为562.20m2，高为5.50m，浆砌石池壁，水泥砂浆抹面，池壁厚度为400mm，底板厚度为450mm，采用厚100mm的C15素混凝土垫层。池内安装潜水搅拌机4台，材质为镀塑防腐，型号为QJB4/12-620/3-480/S，SUS304；安装3台，2用1备，规格型号为Q=300m3/h，H=15m，N=18.5kW；安装超声波液位计1台，规格型号为0～6m，带4～20mA电信输出。

3.3组合池

组合池1座，总尺寸为20.40m×42.90m×5.50m，池壁厚度为400mm，底板厚度为450mm，采用厚100mm的C15素混凝土垫层。组合池由中和反应池、混凝反应池、絮凝反应池、斜管沉淀池、中间水池、清水池、污泥浓缩池组成，除清水池按1组设计，其余均按两组并联设计。中和反应池停留时间为60min，尺寸为10.05m×6.50m×4.00m，主要设备包括2台pH在线监测仪和2台电磁流量计；混凝反应池和絮凝反应池的停留时间均为20min，尺寸均为10.05m×2.20m×4.00m；斜管沉淀池停留时间为1.305h，有效尺寸为10.00m×21.00m×5.50m，有效水深为4.95m，污泥斗尺寸为上边长5.00m、下边长1.20m、深2.71m，斜管填料量为800m2，材质为PP，参数为L=1m，Φ80mm，填料支架材质为Q235A，安装耐磨砂浆泵8台，4用4备，规格型号为50UHB-ZK-20-30；中间水池尺寸为10.00m×4.60m×5.50m，内安装有1台超声波液位计和3台锰砂过滤器提升泵（2用1备），规格型号为Q=300m3/h，H=18m，N=22kW；清水池尺寸为10.00m×4.40m×5.50m，内安装有1台超声波液位计和2台反冲洗水泵（1用1备），规格型号为Q=400m3/h，H=12.50m，N=22kW；污泥浓缩池尺寸为10.00m×6.40m×5.50m，安装规格型号为QBY-80的气动隔膜泵3台（2用1备），测量范围为0～6m的超声波液位计1台，调节池提升泵2台（1用1备），型号为Q=200m3/h，H=21m，N=18.5kW。

3.4设备用房

设备用房1座，为钢砼框架结构，平面尺寸为9.74m×12.74m。设备用房分为风机房和加药间。风机房内设罗茨风机3台（2用1备），相关参数为Q=28.27m3/min，风压为44.1kPa，N=37.0kW。加药间内设PAM和PAC溶药装置各3套，含磁翻板液位计，有效容积为3m3，设PAM加药计量泵3台（2用1备），相关参数为Q=1200L/h，N=0.75kW，设PAC加药计量泵2台（1用1备），相关参数为Q=170L/h，N=0.37kW，设轴流风机5台，相关参数为Q=1000m3/h，全压为152Pa，N=0.12kW。

3.5综合用房

综合用房1座，为钢砼二层框架结构，平面尺寸为21.40m×11.10m。内设轴流风机8台，相关参数为Q=1000m3/h，全压152Pa，N=0.12kW，设箱式压滤机2台，型号为XAMY100/1250，功率为3kW，并配套污泥斗2套，设11kW空压机1台，电动葫芦2套，型号为HHB-0.5AF，功率为0.75kW。

3.6石灰石加药间

石灰石加药间1座，为钢砼框架结构，平面尺寸为4.50m×5.50m，内设石灰加药系统一套，含石灰乳溶解罐、石灰乳暂储罐、加药泵等。

4工艺设计特点

4.1采用了优化项目投资的污水处理工艺

本项目投资较少，在对现场进行充分调研、论证工艺技术可行的情况下，从药剂采购、设备采购等多维度考虑，在保证处理效果的基础上最大限度降低工程投资。药剂方面，因氢氧化钠等中和药剂比氢氧化钙市场价高很多，方案推荐采用氢氧化钙降低药剂采购成本，同时降低污泥含水率，为后续处理节省投资；通过比选带式压滤机、螺旋压滤机和板框压滤机等多种污泥脱水设备，结合项目实际情况，选用板框压滤机，极大限度地降低了工程投资和运营成本。

4.2优化了构筑物布置

因本项目所在地地形复杂、用地紧张，通过构筑物布置优化，将中和反应池、混凝反应池、絮凝反应池、斜管沉淀池、中间水池、清水池、污泥浓缩池组成组合池，占地少，连续处理效果高，单位时间处理效率高，极大限度地节约了用地和降低了工程投资。同时，将压滤水通过回流进行二次处理，从源头上避免二次污染。

4.3采用了适合项目现场的污泥处理工艺

通过对多个矿井涌水处理的调查，多数投资困难，一般采用污泥堆积+自然干化的方式处理污泥，往往给当地环境造成的二次污染大。为解决该环境问题，本研究采用“重力浓缩+机械脱水”工艺，初期投资看起来较高，但该工艺很好地可以有效减少占地、减少环境污染，而且脱水效率高，后续运营成本低。

5结语

慈利县庄塔煤矿矿涌水污水处理厂项目采用“中和+化学沉淀+过滤”污水处理工艺和“重力浓缩+机械脱水”污泥处理工艺，该项目占地小，投资和运营成本低，简单易操作，处理效果好，水质改善大，对下游农田及庄塔水库水质改善具有重要作用，建议后续运行过程中不断提高管理水平，发挥污水处理系统的重大功效。

参考文献

1赵峰华，孙红福，李文生.煤矿酸性矿井水中有害元素的迁移特性[J].煤炭学报，2007，32（3）：261-266.

2崔玲.浅论矿井排水中污泥的处置[J].煤矿环境保护，2000，14（2）：15-16.

作者：刘利军 单位：湖南艾布鲁环保科技股份有限公司