一、前 言
我国煤炭年产量居世界首位，煤炭在我国能源结构中占70%以上，这一比例在未来若干年内仍不会有大的改变。然而煤炭开采与利用过程中要排放大量的废水、废气和废渣，这些污染物如不经处理，直接排放，势必对环境造成污染。因此，加强煤炭开采与利用工艺的改进，对其污染源进行控制和治理，促进煤炭工业的可持续发展，是摆在每一个煤炭企业面前的重要难题。然而由于历史原因，煤炭行业的环境保护尚处于初步发展阶段，历史欠账较多，局部生态环境恶化有加剧趋势。
1.1煤矿矿井排水(简称矿井水)的特征:矿井水是煤炭开采过程中地下水渗透到巷道为安全生产而排出的废水。因此，它具有地下水的特征，但由于受到人为的污染，又具有地表水的一些特点。截止1995年，全国年排放矿井水约22亿t，其中国有重点煤矿17亿t，自用率23.5%。预计今年矿井水外排总量将超过23.5亿t。在山西、河南、河北、内蒙等缺水重点产煤省(区)将新建、改建矿井水处理工程260处，新增日处理能力75万t。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素矿井水的水质、水量有决定性的影响。
1.2矿井水处理:矿井排水量受矿区水文地质条件的影响较大，各地相差悬殊。据统计，每生产一吨原煤，井下排水量约为0.5～10m3，一般涌水量约3m3。矿井废水的污染程度较其他工业废水轻，适于作回用水水源。
(1)清污分流:矿井水实现清污分流有利于矿井水的综合利用。采煤工作面与掘进工作面的排水受污染较重，但水量小，容易集中处理，可设井下沉淀池，出水单独排出。井下大量清洁涌水可直接应用。对于酸性矿井水要根据其水质特点单独处理。
(2)轻度污染的矿井水治理:此类废水浑浊度和悬浮物浓度高，部分煤尘与岩尘以胶体分散状态存在于水中，使其呈灰黑色，同时还受到人类遗弃物的污染，细菌数量普遍超标;轻度污染矿井水的处理流程取决于净化水的回用途径：当净化水用作矿区与选煤厂生产用水时，一般多采用混凝沉淀法；当净化水作锅炉用水时，还需经过滤、软化等处理；当作为矿区或城市生活用水时，必须进行消毒处理。
二、设计依据
1、根据用户提供的原水水质情况，用水量等基础资料。
2、原水性质：矿井废水。
3、用户提出的出水水质标准。
4、地表水环境质量标准。
5、系统设计计算参照《给排水设计手册》。
6、通用电器设备配电设计规范GB50055-93。
7、《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006。
8、《地面水环境质量标准》GB 3838—2002。
三、设计范围及原则
1、由于源水为矿井废水，经处理后废水的浊度、COD、总固体等污染物应符合《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006的相关标准方可排放。
2、处理系统中排放的污泥由污泥浓缩池浓缩处理后，由于污泥脱水机进行污泥干化处理，确保污泥有可靠的出路。
3、矿井废水处理设施具有较大的适应性，应急性，可以满足水质、水量的变化，并考虑在突发事故状态下的各种应急用水。
4、采用工艺具有可靠性，运行稳定，运转费用低，管理维护量特别小。
5、系统处理过程中选用工作泵均为离心泵，具有启动及运转功率小，噪音低，工作稳定等特点。
6、控制方式：矿井废水处理系统为自动化控制，液位联锁保护。
7、本工程设计范围为矿井废水进水至净化水出口为止，包括工艺设计、平面布置、设备结构设计及电器控制设计。
四、处理系统供货交接点
1、本公司负责系统工艺设计，电器设计。
2、本公司提供矿井废水处理设备整体装置，污泥脱水机，加药装置，引水泵及控制柜等全套设备。
3、系统中所在控制电缆及预埋线管均由业主负责按图施工。
4、设备的基础、水池由业主负责施工。
5、设备的调试由本公司负责。
6、本公司负责系统的设备运行培训及设备维护培训。
五、设计水量、水质
5.1设计水量: 根据甲方提供的基础资料，矿井废水设计处理能力按1000m3/h计算。
5.2原水水质
1）色度： 灰黑色
2）浊度： 浑浊
3）肉眼可见物： 水面有油质
4）PH： 8.5
5）CODcr： ≤34mg/L
6）SS： ≤28mg/L
5.3出水水质
1）色度： 清澈
2）浊度： ≤5mg/L
3）肉眼可见物： 无肉眼可见物
4）PH： 6-9
5）CODcr： ≤20mg/L
6）SS： ≤10mg/L
出水水质符合《地表水环境质量标准》GB3838-2002采煤废水污染物排放要求。
六、处理工艺流程
七、系统工艺要求及说明
根据用户原水水质情况及用水水质及水量条件，提出以上简易流程。处理系统分污水净化部分，污泥处理部分及电器控制部分。
1、净化处理部分
*由于矿井废水浊度不稳定，矿井废水首先进入平流式调节池进行初次沉淀，主要用于去除矿井废水中含有的煤灰、煤泥等颗粒悬浮物，沉积的污泥由行车式刮泥机刮至集泥斗，利用提升泵将污泥排出池外。调节池内的水再由泵提升通过管道混合器，同时在管道混合器前投加混凝剂PAC和助凝剂PAM，混合反应后，进入高效斜管沉淀池，生成大量的有机胶团将大部分悬浮物(浊度)在斜管沉淀池内下沉除去，
*高效斜管沉淀出水进入气浮装置，气浮装置主要用于去除废水的含有的油类。气浮处理法就是向废水中通入空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的油、微小悬浮颗粒等污染物质黏附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成泡沫气、水、颗粒三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。气浮法主要用来处理废水中靠自然沉降或上浮难以去除的油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。
*气浮池出水可直接达标排放，但无法达到回用标准，因此气浮池出水进入中间水池，由中间水泵提升进入深度处理系统进行深度处理，并达到回用标准。
*深度处理系统设计采用全自动活性炭过滤器进行深度过滤。经过滤后进入清水池，并经消毒后可直接达标回用。
2、污泥处理部分
*平流式调节池的污泥、全自动净水器排泥和气浮池的浮渣等全部排入污泥浓缩池。
*污泥浓缩池的污泥通过污泥泵定期抽入带式压滤机，压滤机是连续操作的加压过滤设备，广泛应用于化工、冶金、制药、食品、印染、环境保护（污水、淤泥处理）等行业各类悬浮液的固液分离。
八、处理工艺设计
8.1调节池:废水来水水质、水量不均匀度极高，为使后续处理工序长期稳定运行，避免水量冲击导致处理效率和处理稳定性降低，需设置具有调节水质、水量和污水收集功能的调节池一座。
◎ 设计参数（以单套2座池设计为准）
设计水量： 500m3/h（共三套6座池总水量为1500m3/h）
停留时间： 4.0h
有效容积： 569.25m3
外形尺寸： 23000×5500×4500mm
有效水深： 4000mm
材 质： 钢筋混凝土
数 量： 2座
配 套：
① 污水提升泵
型 号： WQ2260-419-100
流 量： 550m3/h
扬 程： 22m
功 率： 22.0kw
数 量： 2台（1用1备）
② 行车式刮泥机
型 号： RS-10
跨 度： 10m
驱动型式： 双驱动
电机功率： 0.75kw×2
数 量： 2台
8.2矿井废水处理装置
原水在进入高效混凝沉淀池后，首先进入装置底部的配水区，进行均匀布水，水流速度降低，并缓慢进入高浓度絮凝区，进行彻底的混凝反应，在斜管导流区的导流作用下，污水沿斜管倾斜方向往上流动，进入沉降区内，沉积下来的污泥在重力作用下，沿斜管倾斜方向往下滑落，同时滑落的矾花在导流斜管的水力作用下，被推到全自动矿井废水分离装置的排泥斗内，而通过斜管澄清后的水则由净水装置上部进入过滤室内，并至上而下通过滤层进行过滤，水中的矾花被滤层拦截、过滤。过滤后的清水通过滤头汇集至装置底部的清水区，并由连通管返至装置顶部的清水层。原水在全自动矿井废水分离装置内净化后流入中间水池。
l 基本参数：（以单套2座池设计为准、共三套）
ü 数量：2座
ü 池体尺寸：长×宽×高=12.0m×10.0m×5.5m
ü 单套设计停留时间：4h
ü 有效水深：5m
主要设备：
l 斜管填料
ü 设备数量：1套
ü 总面积：240m2
ü 长度：1000mm
ü 倾斜度：60度
8.3气浮装置
8.3.1概述
气浮处理法就是向废水中通入空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质黏附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成泡沫气、水、颗粒三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。气浮法主要用来处理废水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度近于1的微小悬浮颗粒。
8.3.2结构及特点
1套完整的气浮装置主要由气浮池本体、加压溶气罐、溶气释放器、射流器、循环水泵、回流泵、行车式刮渣机、控制柜及配套管道、仪器仪表等组成。
按其功能可分为四个部分：1）、加药聚凝部分，2）、回流水溶气释放部分，3）、气浮部分，4）、电器控制部份。
8.3.2.1加药聚凝部分：
污水由污水泵从污水池抽向涡流反应器。一般采用在污水泵前加药。这样可使药液和污水通过污水泵的叶轮旋转而得到充分的混和。药液由加药装置供给。加过药的污水进入涡流反应器中，污水得到充分的聚凝。
8.3.2.2回流水溶气释放部分：
气浮效果的好坏，主要取决于回流水溶气释放的效果。溶气释放器是溶气气浮法净水装置的关键装置，压力溶气水只通过该装置降压消能后，才能在水中产生大量的微气泡。它性能稳定、使用寿命长且价格便宜。
性能特点：
A、自动避免堵塞，便于操作，减少劳动强度，克服了其它型释放器内容易堵塞而造成气浮设备停机、放空清洗而带来的麻烦。气浮效率提高一倍以上。释放出来的溶气水停留时间大于5分钟，确保固液分离处于最佳状态。释放出来的溶气水同时向下及四周扩散，具有溶气水服务面积大等特点。
B、在2kg/cm2的压力下，即能有效地工作；
C、释放气泡的平均直径在20～30微米；
D、释气率高达99℅。
溶气的方式采用高效射流式，使空气与处理后通过泵加压的回流水在溶气罐中充分混合溶解，形成溶气水。
8.3.2.3气浮部分：
通过加药混凝的污水进入气浮池中，由溶气罐中的溶气水在进水管口下部由溶气释放器突然减压，使溶解于水中的空气由突然减压而释放出大量微气泡，微气泡在上升过程中遇到污水中已经聚凝的悬浮物，微气泡附着在悬浮物上，使之很快上浮，这样污水中处理掉的悬浮物全部浮于水面，然后通过气浮上部的刮渣机把它们刮去排到集油池中，而通过处理的清水由池底部经集水装置排出。
8.3.2.4电器控制部份：
本设备设现场控制柜，电控柜控制溶气水循环泵、刮渣机、回流泵的运行。
控制柜防护等级IP55，配有遮阳罩、安装支架、底座等所有箱体现场安装材料。
8.3.3技术参数
8.3.3.1气浮设备（以单套2台设计为准、共三套）
型 号： RSQF-180
规 格： 180m3/h
规 格： 13000×2800×2800mm
数 量： 2台
设计停留时间: 25min
8.3.3.2溶气泵（每套）
型 号： KQL65/185-15/2
流 量： 80m3/h
扬 程： 44.0m
功 率： N=11kw
数 量： 2台
8.3.3.3溶气罐（每套）
规 格： Φ1000mm
数 量： 2台
8.3.3.4刮沫机（每套）
型号规格： B=2800mm
电机功率: 0.55kw
数 量： 2台
8.3.3.5空压机（每套）
型 号： Z-0.05/6
电机功率: 0.75kw
数 量： 2台
8.3.3.6释放器（每套）
溶气释放器是该气浮设备的关键装置,压力溶气水只有通过该装置降压消能后,才能在水中产生大量的微细气泡。为此QF-150气浮设备特选用TJ型溶气释放器。该溶气释放器具有如下特点：
① 不易堵塞，单个的溶气释放器的流量及作用范围较大。
② 在0.2MPa的压力下即能有效工作。
③ 释出的气泡平均直径仅在30μm左右。
④ 释气的完善程度已达到99%以上。
*溶气释放器选型：
型 号： RS—10
工作压力： 0.4MPa
流 量： 10 m3/h
材 质： 铜
数 量： 30个
8.3.4设备制造结构说明
平流式溶气气浮装置由溶气水泵、溶气罐、加药装置、进水混凝反应区、溶气水释放区、分离区、出水主支管配水区、出水平衡区、刮渣装置、及排渣系统、接口等组成。气浮池分离区内部设置的均匀配水装置为母支管式。
8.3.5安装
*本设备无地脚，只平置于混凝土基础上，基础要求平整，且高于地坪0.05～0.1米。
*设备置于室内。
*设备安装完毕后应进行清水试漏及刮沫机的转动试验。
8.3.6油漆防腐
*设备制作完毕，底部一侧前期人工打磨除锈，除去毛刺及锈斑，除完锈后，涂环氧红丹漆两遍，膜厚度≥110微米。
*当整体设备制作完毕，在设备装车发运前的1周内，必需对设备进行出厂前的防腐，其防腐分内防腐及外防腐，内防腐要求：先人工打磨除锈，除去毛刺及锈斑，除完锈后，涂环氧煤沥青三遍。外防腐要求：先人工打磨除锈，除去毛刺及锈斑，除完锈后，涂环氧红丹漆两遍，再涂果绿色锤纹漆二遍。
*设备运至需方现场，进行最后一道防腐，防腐前工作：积极组织施工人员进行设备的现场吊装焊接组装（包括系统管道连接，检修平台、扶手），待设备整体组装完毕，在试水前进行设备的最后防腐，防腐内容为：先进行设备运输、制作过程中的对设备损伤的补充除锈及防腐，之后进行外表防腐，外表防腐含设备本体防腐及管道防腐，防腐为外表涂环氧红丹漆一遍，面漆为喷果绿色锤纹漆二遍，膜厚度≥110微米。
8.4中间水池
气浮装置出水进行中间水池，中间水池内的废水可达标排放，但无法满足《地面水环境质量标准》GB 3838—2002要求，需要进行深度处理。由于井田附近地下水铁锰招标，因此在中间水池增加曝气系统去除铁锰等金属元素。
◎ 设计参数（以单套2座池设计为准、共三套）
设计水量： 180m3/h
停留时间： 1h
有效容积： 200m3
外形尺寸： 8000×5000×5500mm
有效水深： 5000mm
材 质： 钢筋混凝土
数 量： 2座
配 套： 中间水泵
型 号： WQ2260-4138-200
流 量： 200m3/h
扬 程： 200m
功 率： 18.5.0kw
数 量： 3台（2用1备）
◎ 高效旋混式风机： 3台（2用1备）
型号：GHBH 015 36 2R8
功率：15 kw
流量：200m3/h
正压：600mbar
负压：-430mbar
电压：ACΔ345-415V/Y600-690V
电流：28.0Δ/16.2Y
噪音：74db
重量：104Kg
外形尺寸：717*500*490(mm)
进风口尺寸：G2 1/2(73mm)
绝缘等级：F级
防护等级：IP54
◎ 曝气系统： Φ216mm
数量： 300套
8.5全自动除铁锰活性炭过滤器
全自动过滤器由进水阀、过滤阀、排水阀、差压控制器等组成。工作时，原水从进水阀进入罐体过滤，滤过清水后再经连通管进入活性炭过滤器过滤出水。随着过滤进行滤料层污物增加，过滤阻力增加，罐体压力增加，到控制点后由差压控制仪控制打开反洗排水阀，同时关闭进水阀，反洗开始，当反洗至清水后切换到正洗，正洗至清水时，自动控制反洗程序结束，打开进水阀，关闭排水阀，过滤开始，过滤器就是这样周期性全自动运行。本过滤器同时设置时间自动控制强制反冲洗及人工控制强制反冲洗，运行绝对可靠。
过滤水量： 60m3/h
罐体直径： Ф2800mm
进水压力： 0.1MPa
工作压力： 常压
过滤速度： 10m/h
反冲洗强度： 14～15L/s.m2
反洗时间： 5～10min
除铁锰过滤层： 滤料1～2、2～4、4～8、8～16优质锰砂1200mm厚
过 滤 层： 滤料0.5～1.2粒径活性炭700mm厚
支 撑 层： 1.2-4、5-8、9-12、13-15粒径石英砂共300mm厚
数 量： 18 台
8.6清水池
清水池主要用于储存全自动过滤器的出水，清水池内的水可全面达标排放。
设计参数（以单套2座池设计为准、共三套）
设计水量： 350m3/h
停留时间： 2.0h
有效容积： 3500m3
外形尺寸： 10000×7000×5500mm
有效水深： 5000mm
材 质： 钢筋混凝土
数 量： 2座
8.7污泥浓缩池
沉淀池的污泥定期排至污泥浓缩池内，进行浓缩处理，浓缩后污泥含水率在97%。浓缩池上清液回流至调节池进行再处理。浓缩后的污泥用压滤机进行压滤，渗滤液排到调节调节池进行再处理。
有效容积： 150m3
浓缩时间： 2h
外形尺寸： 6000×5000×5500mm
材 质： 钢砼
数 量： 3座
8.8带式压滤机
通过带式压滤机上一系列的辊及滚筒，将上下两层滤带张紧，滤带上的污泥在剪力的作用下，污泥中的游离水不断被挤出，从而完成泥水分离过程，脱水过程一般分为三个阶段：重力脱水段、楔形预压榨段，中、高压剪切脱水段。
◎ 设计参数：
型 号： DY-1000
数 量： 3台
处理能力： 8.0m3/h
电机功率： 1.50kw
脱水后污泥含水率： ≤78%
冲洗水量： 12m3/h
冲洗水压： 0.50MPa
◎ 配套：(以单台设计为准)
① 冲洗水泵
型 号： KQL50/220-7.5/2
流 量： 13m3/h
扬 程： 58m
功 率： 7.5kw
转 速： 2960r/min
数 量： 1台
② 空压机
型 号： VA-65
气 量： 0.20m3/min
气 压： 0.70MPa
功 率： 1.50kw
数 量： 1台
8.9污泥泵
型 号： G30-1
流 量： 5m3/h
扬 程： 60m
功 率： 2.2kw
转 速： 960r/min
数 量： 1台
9.1、纳滤工艺原理
经气浮装置和活性炭过滤器处理后的出水无菌体和悬浮物，但还存在部份难降解CODcr不能去除，有机物、色度、氨氮及总氮尚不能达标，拟采用纳滤进行深度处理。采用纳滤能进一步脱除渗滤液中的有机物、重金属及高价离子，同时对后续反渗透处理起到很好的预处理作用，有效避免结垢及污堵。
纳滤工艺特点：
Ø 运行压低，能耗低
纳滤膜组件对离子具有选择性截留，允许单价盐透过膜，具有中等透盐率。由于单价离子可透过膜，不会产生渗透压，所以相比反渗透具有更低的操作压力。
Ø 对有机物、重金属、色度脱除效果好
纳滤膜组件截留分子量为150~300道尔顿，对渗滤液中有机物、重金属、高价盐及色度脱除效好，同时避免后续反渗透的结垢及污堵。
Ø 抗污染性能好：采用三层专利型复合纳滤膜元件，其抗污染性好，运行稳定，受水质波动相对较小。
Ø 回收率高：纳滤回收率可以达到85-90%以上，相比反渗透可达到更高的回收率。
9.2设计水质参数
设计出水水质指标如下：
|
项目 |
CODcr
(mg/L) |
BOD
(mg/) |
NH3-N
(mg/L) |
TN
(mg/L) |
SS
(mg/L) |
pH |
电导率
(μs/cm) |
|
NF出水 |
200 |
40 |
25 |
50 |
5 |
6~9 |
＜15000 |
9.3工艺描述
（1）工艺流程
（2） 工艺说明
n 酸液投加：渗沥液组成成份复杂，存在各种钙、镁、钡、硅等种难溶盐，这些难溶无机盐进入纳滤系统后由于被截留而高倍浓缩，当其浓度超过该条件下的溶解度时将会在膜表面产生结垢现象。为防止无机盐结垢，在进入纳滤前须对原水进行pH值调节。
n 阻垢剂投加：防止硅结垢，在进入保安过滤器前投加一定量的阻垢剂。
n 卷式纳滤：为提高纳滤回收率，同时克服膜污染，卷式纳滤采用浓缩内循环模式，膜组件部分浓水直接回到该组件或该段的进口，并与进水相混合，从而保证膜表面过滤流速；纳滤浓水进入浓缩液处理系统处理，纳滤产水达标时直接排放，若不达标时进入RO原水罐等待进入RO进一步处理。
n 清水冲洗：膜组的冲洗在每次系统关闭时进行，在正常开机运行状态下需要停机时，一般都采取先冲洗后再停机模式。系统故障时自动停机，也执行冲洗程序。冲洗的主要目的是防止渗滤液中的污染物在膜片表面沉积。
n CIP在线清洗：当膜系统的产水量下降或运行压力上升时，为保持膜片的性能，膜组应该定期进行CIP化学清洗。清洗剂分酸性清洗剂和碱性清洗剂两种，碱性清洗剂的主要作用是清除有机物的污染，酸性清洗剂的主要作用是清除无机物污染。
*清洗方式：采用便捷的在线清洗方式，膜组件无需拆卸下来。
*清洗剂分酸性清洗剂、碱性清洗剂：
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清洗剂 |
污染物类型 |
|
清洗剂AP（酸性） |
酸性清洗剂，用于碳酸钙、铁盐、无机胶体，以及硫酸盐等难溶性无机盐 |
|
清洗剂CP（碱性） |
碱性清洗剂，用于脂肪、腐殖酸、有机物、胶体等 |
当膜通量下降时需进行化学清洗，化学清洗前需执行顶洗程序，以充分发挥化学清洗剂的清洗效果。清洗时阀门会自动切换将清洗液返回清洗罐中进行循环，直到充分清洗，清洗结束后，清洗液顶回调节池。清洗时间可以在操作界面上设定，一般为60~120分钟。
*清洗周期：当膜系统透过液流量减少10%~15%或膜组件进出口压差超过允许的设定值时需进行清洗，正常情况下清洗周期如下：
碱清洗： 7-15天，pH=11~12，温度38℃
酸洗： 14-30天，pH=3~4，温度38℃
注：更详细清洗方案见：《膜组件清洗及保存手册》
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