山西某煤矿矿井水处理工艺设计

摘　要： 山西某煤矿矿井水处理设计处理水量4000m3/d，生产饮用水量3000m3/d，采用混凝沉淀+过滤+RO膜为主处理工艺，工程投资暂估为1000万元,吨水直接运行费用7.81元。

关键词：煤矿矿井水 混凝 沉淀 过滤 RO膜
　　山西某煤矿矿井水处理水源为废弃矿井汇集水，矿化度及悬浮物含量高，高硬高铁锰，呈弱酸性；对此种水源主要采用物化法去除悬浮物，并通过RO膜处理达到生活饮用水标准。本设计矿井水处理水量为4000m3/d，生产饮用水3000m3/d，生产饮用水以外的水量供给井下洗煤等。经连续多次取样监测及现场调研，确定矿井水处理相关水质指标如下所示（其中饮用水指标执行《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006）：矿井水水质pH=5.0～6.0，SS=200mg/L，CODMn=77.9mg/L，总硬度=2000 mg/L（以CaCO3计），总溶解性固体=5500mg/L，铁=130mg/L，锰=8mg/L，硫酸盐=3500mg/L；生产饮用水水质pH=6.5～8.5，浊度≤1.0NTU，CODMn＜3mg/L，总硬度＜450 mg/L（以CaCO3计），总溶解性固体=1000mg/L，铁=0.3mg/L，锰=0.1mg/L，硫酸盐=250mg/L；矿井回用水水质浊度≤2.0NTU，总硬度＜1700 mg/L（以CaCO3计），总溶解性固体=4700mg/L，其余指标同饮用水指标。
　　本设计矿井水经提升泵提升进入原水调节池进行预曝气，将部分的2价铁离子氧化为3价铁离子，提高水的pH及溶解氧，之后提升进入混凝反应池，投加Na2CO3药剂降低硬度，再通过NaOH调整pH，保障铁、锰离子在混凝反应过程大部分沉淀去除。然后再进入斜管沉淀池进行沉淀澄清，上清液进入1#中间水池，再经过水泵加压通过后续的锰砂、活性炭过滤器串联系统去除锰、铁后进入2#中间水池，再通过高压泵加压经过RO系统脱盐并消毒后供给用户。
　　主要设计参数：调节池：池体尺寸：16X16X4（h）m；HRT：6h；结构：地下钢筋混凝土结构；数量：1座；盘式曝气头：250个；罗茨鼓风机：2台，一用一备；参数：Q=4～8m3/min,H=5m，N=7.5kW；潜污泵：3台，两用一备；参数：Q=100m3/h,H=15m，N=7.5kW。前混凝反应池：池体尺寸：3.5X3.5X4（h)m；结构：碳钢防腐；HRT：15min；快速搅拌机：1台；参数：145r/min，N=1.1kW；罗茨鼓风机：2台；参数：Q=1.67m3/min，H=5m，N=2.2kW。后混凝反应池：池体尺寸：3.5X3.5X4m；结构：碳钢防腐；HRT：15min；慢速搅拌机：1台；参数：45r/min，N=0.75kW。斜管沉淀池：池体尺寸：8X8X5.5m；结构：半地上碳钢防腐；HRT：1.5h；表面负荷：2.6m3/m2*h；斜管规格：ф100mm；单螺杆排泥泵：3台；参数：Q=8m3/h，H=1.2bar,N=2.2kW；刮泥机：1套；参数： N=1.1kW。1#中间水池：池体尺寸:4.5X2.7X2.5m；结构：半地下钢筋混凝土结构；HRT：6min；过滤器进水泵：3台，两用一备；参数：Q=100m3/h，H=32m，N=15kW。锰砂过滤器：数量：4台；规格尺寸：ф2.8X3.5m；滤速：7m/h；强制滤速：9.33m/h；反洗强度:18L/m2*S；结构：PE内衬+碳钢防腐；锰砂粒径：1.0～2.0mm；滤料高度：1.2m。活性炭过滤器：数量：3台；规格尺寸：ф2.8X3.5m；结构：PE内衬+碳钢防腐；滤速：10m/h；强制滤速：15m/h；反洗强度：18L/m2*S；活性炭滤料：ф3mm柱状；滤料高度：1.2m。2#中间水池：池体尺寸：6X10X3.5m；结构：半地下钢筋混凝土结构；有效容积：200m3；反冲洗泵：1台；参数：Q=400m3/h,H=20m,N=30kW；反渗透升压泵：3台，两用一备；参数：Q=84m3/h,H=35m,N=15kW；单螺杆空压机：1台；参数：3.5m3/min,P=0.8MPa,N=22kW；容气罐：1台；容积：5m3；过滤器气洗反洗强度：13L/m2*S；工业用水回用泵；2台；参数：Q=35m3/h,H=37m,N=7.5kW。反渗透装置：保安过滤器：2台；高压泵：2台；参数：Q=84m3/h,H=160m,N=75kW；RO装置：1套；RO膜：156支；产水率：75%；脱盐率：95%；RO清洗装置：1套；清洗泵：2台，一用一备；参数：Q=56m3/h,H=33m,N=11kW；阻垢剂投药装置：1套；还原剂投药装置：1套。清水池：池体尺寸：9X18X3.5m；结构：半地下钢筋混凝土结构；有效容积：500m3；HRT:4h；饮用水供水泵：2台，一用一备；参数：Q=140m3/h,H=15m,N=11kW；CLO2发生器：1台；参数：200g/h。污泥池：池体尺寸：6X3.5X3.5m；结构：半地下钢筋混凝土结构；渣浆泵：2台；参数：Q=22m3/h,H=61m,N=15kW；板框压滤机：2台；参数：滤面30m2，N=0.75kW；搅拌机：1台；参数：N=7.5kW。药剂投配器：Na2CO3、NaOH、PAM一体投加器各1套。
结论：1．工程总投资约1000万元（暂估），核算吨水处理直接成本为7.81元/t（含药剂费、电费、设备折旧费、污泥处置费及人工费）。2．该工艺流程相对较复杂、但造价适中、运行成本低于煤矿集团统一供水价格，可操作性强，适合该煤矿地下矿井水的治理。
参考文献：
[1]《室外给水设计规范》GB50013-2006.
[2]《室外排水设计规范》GB50014-2006.
[3]《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006.
[4]混凝沉淀烧杯试验方法》CECS130：2001.
[5] 美国陶氏RO膜产品说明书.