西铭矿矿井水处理提标改造研究

赵枢娟

（西山煤电环保健康部，山西 太原 030053）

1 工程概况

山西焦煤集团有限责任公司西铭矿目前有两套矿井废水处理系统，两套系统总处理量为5 000 m3/d，处理工艺为“旋流澄清+过滤”，处理后的出水基本达到消防洒水用水水质标准。但是，当前随着国家环保力度的加大，以及该矿矿井涌水量的增大，以往的两套矿井废水处理系统已经不能满足目前的处理水量和水质要求，况且以往的两套矿井废水处理系统使用时间在十年以上，设备老化严重，处理效率及处理量也达不到原设计水平，原设计沉砂池及调节池都偏小，给后续处理工艺带来不少问题。针对以上情况，对西铭矿目前水处理系统进行全面改造，并增加后续处理工艺，使最终产水水质达到《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水水质标准[1-3]。

2 矿井水处理提标改造思路

2.1 设计水量

根据西铭矿提供的数据，矿井水处理系统改造后水处理站的处理水量要达到9 000 m3/d，经综合考虑，确定最终处理量为10 000 m3/d。

2.2 设计进出水水质

根据西铭矿提供的原水水质报告分析可知，超标污染物主要为COD、BOD5、总氮和氟化物，其中主要为COD 和BOD5超标。

处理后的水可直接排放或井下回用，出水水质按《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水水质标准进行控制，水质指标要求如表1 所示。

表1 出水水质指标要求 mg/L

2.3 设计依据

设计依据主要包括《中华人民共和国环境保护法》；《中华人民共和国水污染防治法》；《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）《;山西省污水综合排放标准》（DB 14/1928—2019）《;室外排水设计规范》（GB 50014—2014）；《煤矿矿井设计规范》；《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB 50383—2006）；《泵站设计规范》（GB/T 50265—2010）；业主提供的相关资料及水质化验报告。

3 改造后处理工艺流程分析

3.1 工艺方案选择原则

在水处理工艺选择时一般考虑以下几方面：工艺能否达到各项出水指标的要求；工艺是否可靠；工艺方案造价的高低；运行管理是否方便；运行成本的高低。

3.2 处理工艺及流程分析

矿井废水处理提标改造工艺流程如图1 所示，矿井废水首先进入调节池，然后通过提升泵提升至旋流混凝器中，去除水中大部分砂粒，并使药液与废水充分混合，混凝器的出水则进入水平管沉淀池，通过水平管沉淀去除水中大部分的悬浮物后，出水则自流进入生物快滤池，在快滤池中进行曝气，以去除水中的COD 和氨氮，快滤池的出水则进入中间水池，通过中间提升泵将污水提升到一体化净水器中，在提升过程中通过管道混合器加絮凝剂，污水在一体化净水器中通过混凝、沉淀、过滤处理后的出水则进入净水器出水池，净水器出水池中的废水由过滤器提升泵提升至活性炭旋升过滤器，通过活性炭过滤后的产水通过折点加氯后即可达到出水指标，进入清水池以供矿区回用或直接排放。

图1 矿井废水处理提标改造工艺流程

由上述工艺中产生的污泥则进入污泥缓冲池，经污泥泵提升至污泥浓缩器，污泥经污泥浓缩器浓缩后，上清液返回调节池，下沉污泥则通过螺杆泵输送至板框压滤机进行泥水分离，分离后的滤液返回调节池，泥饼则定期外运。

3.3 主要工艺及设备分析

设计处理量为500 m3/h，系统24 h 连续运行。

1）调节池。在调节池内设置潜水搅拌系统，以防止悬浮物在调节池内发生沉淀。调节池设计为：有效容积，1 250 m3；数量，2 座；材质，钢砼；形式，地下式。主要设备有潜水搅拌机：型号，QJB100-615；功率，10 kW；数量，4 台。调节池提升泵：型号，150WQ150-16-11；流量，150 m3/h；功率，11 kW；扬程，16m；数量，4 台。

2）旋流混凝器。旋流混凝器主要设备管道混合器：型号，接管口径DN200；数量，4 台。旋流混凝器：型号，Ф3 200 mm；最大处理水量，150 m3/h；数量，4 台。配药系统，1 套。加药计量泵：型号，GM0120；功率，0.25 kW；数量，4 套。

3）水平管沉淀池。水平管沉淀池：数量，2 座；材质，钢砼；形式，半地下式。水平管沉淀装置：2 套。水平管排泥装置：2 套。水平管清洗小车：2 套。

4）生物快滤池。生物快滤池：数量，2 座；材质，钢砼；形式，半地下式。生物滤池滤料：2 批。滤池曝气系统：2 套。滤池布水系统：2 套。滤池曝气风机：风量，7.12 m3/min；功率，11 kW；数量，4 台。滤池反洗泵：型号，200WQ400-18-37；流量，400 m3/h；功率，37 kW；扬程，18 m；数量，2 台。

5）中间水池。中间水池：有效容积，600 m3；数量：1 座；材质，钢砼；形式，地下式。中间池提升泵：型号，200WQ270-14-15；流量，270 m3/h；功率，14 kW；扬程，15m；数量，3 台。

6）全水力控制一体化净水器。采用LWJS-250型全水力自控一体化净水器，净尺寸：Ф9 400 mm×6 200 mm；材质：碳钢；数量：2 台。设备间及控制室：材质，钢结构；形式，地上式；数量，1 座。配药罐：净尺寸，Ф1 200 mm×900 mm；材质，碳钢；数量，4 套。加药搅拌机型号：BLD0.75-15-59Q；功率，0.75 kW；数量，4 台。加药计量泵：型号，GM0170；功率，0.75 kW；数量，4 台。管道混合器：型号，SF-250；数量，2 台。

7）净水器出水池。用来存放一体化净水器的出水。通过折点加氯法向水中投加一定量的次氯酸钠，并通过一定的停留时间，使次氯酸钠和出水充分混合反应，已达到降低水中总氮的目的。净水器出水池：有效容积，600 m3；数量，1 座；材质，钢砼；形式，地下式。过滤器提升泵：型号，200WQ270-28-37；流量，270 m3/h；功率，37 kW；扬程，28 m；数量：3 台（两用一备）。

8）清水池。经活性炭旋升过滤器处理后的产水，通过折点加氯法向水中投加一定量的次氯酸钠，并通过一定的停留时间，使次氯酸钠和出水充分混合反应，已达到降低水中总氮的目的，进入清水池，以备矿区回用或直接排放。清水池：有效容积，600 m3；数量，1 座；材质，钢砼；形式，地下式。次氯酸钠发生器：有效产氯量：300 g/h；数量：1 台。

9）污泥缓冲池。从旋流除砂器和一体化净水器排出的泥水混合物首先进入污泥池缓冲中，对污泥水进行均质化处理，为了防止污泥水在缓冲池中发生沉淀，在污泥缓冲池中设置两台潜水搅拌机。污泥缓冲池：有效容积，200 m3；材质，钢砼；形式，地下式；数量，1 座。缓冲池提升泵：型号，100WQ80-25-11；流量，80 m3/h；扬程，25 m；功率，11 kW；数量，2 台，。缓冲池搅拌机：型号，QJB022-320；功率，2.2 kW；数量，2台。

10）污泥浓缩器。用来对旋流除砂器和一体化净水器中排出的污泥进行浓缩，更有利于后续污泥处理系统的运行。污泥浓缩器：型号：Ф2 800 mm；数量，1台。螺杆泵：型号，G40-1；流量，12 m3/h；扬程，60 m；功率，4 kW；数量，2 台。

4 项目运行效果分析

4.1 运行效果

西铭矿矿井水处理提标改造工程已于2020 年10 月完工，改造后矿井水处理系统处理量能达10 000 m3/d，出水水质满足《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水水质标准。

4.2 运行成本分析

电费：总装机容量为400 kWh，实际运行容量为245 kWh。折合吨水电耗为0.49 kW·h。电费以0.60 元/kW·h 计，则电费为0.294 元/t。

人工费：按三班轮岗，每班按2 人值班考虑，另设一名班长，共7 人，按每人每月工资3 500 元考虑，共24 500 元/月，折合吨水费用为0.068 元。

药剂费：需投加混凝剂（聚合氯化铝），投加量为5 g/m3，聚合氯化铝按2 000 元/t 考虑，则为0.01 元/t（水）；助凝剂（聚丙烯酰胺）投加量为2 g/m3，聚丙烯酰胺按7 000 元/t 考虑，则为0.014 元/（t水）。总药剂费为0.024 元/（t水）。

因此，总运行成本为0.294+0.068+0.024＝0.386元/（t水）。

5 结语

为了能更好的对西铭矿矿井水进行处理，西铭矿对现有的矿井水处理系统进行了扩容提标改造。对扩容提标改造的思路进行了保障分析，从工艺方案选择原则、处理工艺及流程、主要工艺及设备等方面对扩容提标改造方案进行了阐述。改造后，矿井水处理能力得到有效提高，矿井水运行处理成本仅为0.386 元/吨水，具有较好的社会经济效益。