煤矿矿井片区废水处理工程设计方案.docx
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煤矿矿井片区废水处理工程设计方案
第一章概述1
1.1项目概况1
1.2方案编制依据2
1.3设计原则3
1.4设计依据3
1.5设计参数3
第二章工艺方案选择5
2.1处理工艺选择5
2.2煤矿废水处理工艺流程7
第三章构筑物及设备选型10
3.1土建构筑物设计说明10
3.2主要设备及简要说明14
第四章投资估算19
4.1投资估算依据19
4.2土建投资估算19
4.3设备投资估算21
4.3 工程总投资22
第五章运行费用概算23
5.1药剂费用23
5.2电费23
5.3人工费用24
5.4总运行费用24
第六章电气设计说明25
6.1设计依据25
6.2电控柜的各控制对象的操作说明25
第七章环境保护、劳动保护和安全卫生27
7.1环境影响评价标准27
7.2环境保护27
7.3劳动保护及安全卫生29
第八章 项目效益分析30
8.1环境效益30
8.2经济效益30
8.3社会效益30
第九章工程竣工验收及培训31
第十章售后服务32
10.1售后服务承诺32
10.2保证期内发生问题的处理期限32
10.3售后服务保证措施32
第十一章结论35
附图:
1、《煤矿污染治理工程——煤矿矿井片区废水处理工程工艺流程图》
2、《煤矿污染治理工程——煤矿矿井片区废水处理工程平面布置图》
附件:
1、土建工程概算汇总表
2、企业简介
3、部分类似工程业绩
4、相关资质证明文件
第一章概述
1.1项目概况
(1)项目名称
煤矿污染治理工程——煤矿矿井片区废水处理工程
(2)项目性质
新建
(3)项目建设规模
设计处理量为300m3/h的煤矿矿井废水处理站一座
(4)项目建设地点
煤矿新矿井旁
(5)工程建设的必要性
位于南部,行政区域总面积164余平方千米,耕地面积2140余公顷,其中田1070余公顷。
辖24个行政村,345个村(居)民组。
总人口4.46万人,少数民族人口1.58万人。
早在七十年代,自治出产的煤就因热卡高、质量好,吸引了国内一些厂家远道前来购买。
人以此为骄傲。
是煤炭提升了在外的知晓率,是煤炭改善了矿区农民的生活条件。
然而,由于过度开采造成生态失衡,地质被破坏,使政府与委、政府对的生态环境产生了忧虑。
目前,境内几条小溪因含矾过高变成红色溪流,地表水、地下水受污染严重。
2008年,六井溪下游部分农民向政府部门报告了六井溪受片区煤矿开采污染的情况,对此当地政府及有关部门做了大量的工作,2009年3月,大石板煤矿、煤矿已经开始修建矿井废水处理工程,对煤矿矿井废水进行治理。
但由于煤矿开采产生的环境问题有很大一部分是历史遗留问题,许多已经关闭的老矿仍有矿井废水排出,新老环境问题的交汇导致了片区环境污染进一步加剧。
今年5月至11月,有网民先后三次将六井溪受片区煤矿开采污染的情况发布于人民网等网站,人民政府对煤矿污染治理问题高度重视,组织全相关部门及煤矿企业从实际出发,力求又快又好的解决人们关注的这一问题,省、市、各级领导知道后对其高度重视,省、市领导均作了重要批示,并成立了督察小组,要求尽快解决这一污染问题。
2009年7月10日,由环境保护局组织,铜仁地区环境保护局、人民政府、其他行政主管部门并邀请我公司等环境污染治理企业在环境保护局会议室召开了关于治理片区煤矿废水环境污染问题的应急会议,铜仁地区环保局石局长代表地位行署听取了环境保护局的汇报和环境污染治理企业的治理方案介绍说明后提出,要针对现状,结合实际,轻重缓急,本着为百姓办实事的精神,确保环境污染现状有明显改善。
煤矿位于边,距仅仅一两公里,且该矿区地势较低,周围煤矿矿井废水涌入该煤矿矿井,导致该煤矿新老矿井污水产生量大、污染物含量高,因此治理任务迫在眉睫。
本工程建设完成后,能够从较大程度上解决六井溪上游河水变黄等污染问题,具有很好的环境效益和社会效益,该项目的建设是非常必要的。
1.2方案编制依据
(1)环境保护局提供的相关技术基础资料。
(2)我公司技术人员现场踏勘。
1.3设计原则
1、根据地形条件,进行合理的规划布局;
2、根据当地环保部门的水环境保护要求,合理确定污水处理程度;
3、根据该煤矿污染的特点和现状,选择行之有效、简便、适应性强的工艺处理流程及技术;
4、技术经济论证,优化设计方案,力求技术可靠、经济合理;
5、投资省,运行费用低,操作、管理和维修方便;
6、避免对周围环境造成二次污染。
1.4设计依据
(1)《地表水环境质量标准》(GB3838-2002);
(2)《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006);
(3)《室外排水设计规范》(GB50014-2006);
(4)环境保护局提供的相关资料。
1.5设计参数
1.5.1设计处理水量
现场实测煤矿老井排水量为180m3/h,煤矿新井尚未开采,根据环境保护局要求,煤矿片区新井要求设计处理水量为100m3/h。
考虑到现场实际情况,环境保护局决定将煤矿新老矿井矿井废水集中于新矿井边进行处理,设计处理能力为300m3/h。
1.5.2设计水质
1、进水水质
根据我公司技术人员现场采样分析,结合一般酸性煤矿废水的污染情况,确定本方案的设计进水水质如下表:
表1-1设计进水水质表
污染物
SS
pH
铁
锰
CODcr
浓度(mg/L)
450~650
2.2~3.5
150~350
15~50
100~250
2、处理出水水质:
根据环保要求,处理后的出水水质达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)具体指标见下表:
表1-2处理出水水质表
污染物
SS
pH
铁
锰
CODcr
浓度(mg/L)
≤50
6~9
≤6
≤4
≤50
第二章工艺方案选择
2.1处理工艺选择
由于该煤矿矿井废水为酸性,污染物质主要为矿井开采过程中的悬浮物、铁锰离子,针对煤矿矿井废水选择“中和+曝气氧化+沉淀+过滤”工艺处理。
处理后的出水达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)。
该项工艺技术具有投资低、运行费用低、建设快、出水水质好、操作管理粗放、方便的优点。
目前根据该项工艺技术完成的煤矿污水处理工程已获得广泛应用并取得成功运行,系统运行稳定可靠。
石灰中和主要技术特点如下:
1、中和氧化过程
中和氧化过程是一个比较简单,快速的过程,主要是考虑混合均匀,使原水中Fe2+生成氢氧化物沉淀,减少对于设备、设施的腐蚀。
同时能有效降低设备因防腐需要导致的造价升高,有效降低建设费用,提高设备的正常运行期,降低维护费用。
常用的中和原料主要有氢氧化钠(NaOH)和石灰[生石灰CaO,熟石灰Ca(OH)2]。
(1)氢氧化钠
✧主要优点:
使用方便,易于操作控制,产生较少的污泥,工作现场清洁,易于实现劳动保护,降低工人的劳动强度。
✧主要缺点:
材料价格高,每公斤氢氧化钠价格为3.50元,导致运行费用较高。
(2)石灰(熟石灰和生石灰)
✧主要优点:
价格便宜,材料可以就地解决,在一定程度上带动附属产业。
✧主要缺点:
产生较多的废渣,尤其是石灰纯度不好或烧制质量欠佳时。
根据以上两种中和原料的比较,本方案推荐采用石灰作为主要中和原料,NaOH作为辅助中和原料。
为了提高混合均匀性,本系统采用潜水曝气混合装置,使中和原料与原水混合更充分、Fe2+氧化更快。
2、铁氧化过程
根据化学原理,在混合搅拌充分和碱性条件下,Fe2+将很快形成难溶的Fe(OH)3物质。
(1)二价铁离子沉淀影响因素及沉淀条件
根据文献资料,在不考虑离子强度的近似条件下,处理液中的铁离子浓度可以用下式表达:
lg[Fe2+]=2lg[H+]+lgKFe(OH)2-2lgKw
此式表明,二价铁在水中的溶解度随pH值的升高而迅速减小。
(2)三价铁离子沉淀条件的理论计算
三价铁的溶解度积(6.6×10-38)比二价铁(8.0×10-16)更有利于沉淀,计算结果表明:
在PH=4时,水中三价铁的溶解度约为0.05mg/L,当PH>4,三价铁的溶解度将更小。
因此,在实际煤矿废水处理过程中,将提高PH和氧化铁离子结合在一起进行,以充分沉淀铁离子,同时使中和试剂的使用以及处理水的PH值在合理的范围内。
(3)二价铁的氧化
当水中溶解氧在5mg/L以上时,水的电位约在0.3~0.5V,水中的二价铁易于氧化为三价铁而发生沉淀。
反应式如下:
4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-
研究铁离子氧化的多数研究人员认为,二价铁氧化反应速度与水中二价铁的浓度的一次方成正比,即为一级反应关系,并可以用下式表示:
lg[Fe2+]0-lg[Fe2+]=0.4343kt
式中:
k——反应速度常数,当PH>5.5时,为8×1013L3·atm-1·min-1·mol-2;
t——反应时间;
按照上式进行的理论分析表明:
PH每升高1单位,反应速度增加100倍。
同时实验室的实验结果表明,当PH7.02时,二价铁氧化95%以上所需的时间约为30min;当PH>7.3时,二价铁氧化95%以上所需的氧化时间约为10min,这一结果支持上述理论分析的结果。
因此只要保持溶液的PH>7.3,通过铁离子的氧化、沉淀,处理液中铁离子浓度达标是比较容易在工艺上实现的。
(4)锰氧化过程
在自然状况下,锰离子氧化的时间过程较长,只有在催化剂的帮助下该氧化才有实际意义。
研究结果证实,氧化产生的四价锰(MnO2)沉淀是较好的催化剂,因此该过程是一种自催化过程。
根据有关研究资料,当PH>9.0时,二价锰的氧化速度才显著增加。
一般,当PH>7.2时,废水中的铁氧化速度已经较快。
所以,在相同的PH条件下,二价铁的氧化速度比二价锰的氧化速度要快。
自然氧化法除锰时,要求水的PH提高到9.5以上,这可能会造成出水PH偏高,但由于氧化过程中,随着铁、锰等碱性物质的沉淀,释放出的酸根会使水中的PH值重新回到中性上,不会影响处理出水达标排放。
通过多年来我公司在煤矿废水处理工程实际经验和总结,“石灰中和+曝气氧化+沉淀+过滤”的工艺,不仅处理出水效果明显,而且作为煤矿回用水或排放都不会造成地下水污染。
2.2煤矿废水处理工艺流程
OH-
工艺流程图
流程简述:
矿井废水首先进入中和池中加碱(熟石灰或氢氧化钠),充分搅拌使碱和废水充分混合、中和反应,将pH调到9~10后进入氧化池,利用罗茨风机向氧化池内通入空气供氧,氧化废水中的铁、锰离子,使之转化为高价离子,并与水中的OH-结合形成Fe(OH)3、Mn(OH)2等不容物质,经曝气氧化后的废水自流进入混凝反应池,在鼓风搅动情况下,使废水与加入的絮凝剂和混凝剂充分混合反应,然后自流进入平流沉淀池,废水中的Fe(OH)3、Mn(OH)2+与比重较大的悬浮物质通过重力作用自然沉降于平流沉淀池中;平流沉淀池的水自流进入中间水池内,在平流沉淀池内沉淀不完全的悬浮物等与废水一同经提升泵提升进入YZJ系列高浊度污水净化器,其具有沉淀效率高、停留时间短、占地少等优点。
污水经YZJ系列高浊度污水净化器内设置的斜管,根据“浅层沉淀”理论,提高了沉淀效率,使悬浮物进一步得到去除。
YZJ系列高浊度污水净化器出水进入全自动铁锰离子净化器,去除污水中未反应完全的铁锰离子,使废水经处理后达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)相关指标要求平流沉淀池内的含铁含锰污泥经行走式吸泥机排出,YZJ系列高浊度污水净化器内的含铁含锰污泥通过重力排出,全自动铁锰离子净化器中的含铁含锰污泥通过虹吸排除,所有排除的污泥在污泥反应池内与投加的助凝剂反应,加快污泥浓缩池内污泥浓缩速度及改善污泥的浓缩效果。
污泥浓缩后采用污泥泵将污泥输送到压滤机进行污泥脱水处理,泥饼外运处理,污泥池中的上清液回流到初沉池中。
2.3工艺方案技术特点
(1)根据该煤矿废水水质的特点和我公司多年来煤矿废水处理的成功经验,结合目前处理煤矿废水的先进技术,确定本工程工艺选择“中和+曝气氧化+沉淀+过滤”的处理工艺。
通过中和、曝气、沉淀后处理的出水已能使绝大部分污染物得以去除,然后再通过深度过滤,就能够完全保证出水达标排放。
(2)“中和+曝气氧化+沉淀+过滤”,是目前处理酸性煤矿废水的典型工艺,使用非常广泛。
同时该工艺中的各工艺段均是成熟的水处理手段,该工艺具有成熟性和可靠性。
(3)采用全自动铁锰离子净化器作深度除铁除锰设备,与普通过滤器相比较,不需要反冲洗水泵,减少了动力消耗,降低了运行费用,具有较好的节能效果。
该设备自动运行,无需人工开启,提高了系统的自动化程度,降低了操作工人的工作强度。
(4)本方案在常规酸性煤矿废水处理的工艺上,做了重大的改进,即采用全自动铁锰离子净化器做为深度除铁除锰的设备,采用该设备在保证处理出水结果的同时也极具先进性。
(5)采用风机曝气氧化使石灰与煤矿废水混合更均匀,Fe2+、锰氧化更快。
(6)石灰投加采用螺旋输送机投加,降低了操作人员的劳动强度,并保证石灰的投加量,不会造成石灰的浪费。
第三章构筑物及设备选型
3.1土建构筑物设计说明
1、中和池
用于调节废水pH值到9~10。
设计参数:
1座,污水停留时间5min。
规格尺寸:
L×B×H=3000mm×3000mm×4000mm。
结构:
采用半地上式钢混结构。
配置设备:
搅拌装置1台,为非标装置,功率为2.2kw。
2、氧化池
用于氧化水中的铁锰离子。
设计参数:
1座,设计水量:
300m3/h,有效水深3.5m,污水停留时间2小时。
规格尺寸:
L×B×H=21600mm×8100mm×4000mm。
结构:
采用半地上式钢混结构。
3、平流沉淀池
用于沉淀废水中的比重较大的悬浮物以及氧化后生成的铁锰沉淀物。
设计参数:
1座,设计水量:
300m3/h,有效水深3.6m,污水停留时间2.5h。
规格尺寸:
L×B×H=25800mm×8400mm×4000mm。
结构:
采用半地上式钢混结构。
5、中间水池
用于汇集平流沉淀池的出水,由污水提升泵将其中的废水提升进入YZJ系列高浊度污水净化器中。
设计参数:
1座,有效容积V=45m3。
规格尺寸:
L×B×H=8400mm×1800mm×4000mm。
结构:
采用半地下式钢混结构。
6、污泥反应池
用于向污泥中加入混凝剂,并使污泥和混凝剂充分的混合反应,提高污泥浓缩效率。
设计参数:
1座,有效容积V=15m3。
规格尺寸:
d×H=φ3000mm×2500mm。
结构:
采用地下式砖混结构。
7、污泥浓缩池
用于浓缩污水处理过程中产生的污泥,采用重力浓缩。
设计参数:
2座,每座有效容积V=120m3。
规格尺寸:
d×H=φ6000mm×5000mm。
结构:
采用地下式砖混结构。
配置设备:
每座污泥浓缩池配置浮筒式滗水器1台,非标设备,流量Q=55m3/h,扬程H=18m,功率N=5.5kw。
8、风机房
用于放置风机。
设计参数:
1间,S=24m2。
规格尺寸:
L×B×H=5400mm×4500mm×3300mm。
结构:
采用地上砖混结构。
配置设备:
罗茨风机2台,一用一备,型号为BK6015,风量Q=26.20m3/min,压力P=0.4kgf/cm2,功率N=22.0kw。
9、操作间
用于放置加药装置及电控装置等。
设计参数:
1间,每间面积为S=13m2。
规格尺寸:
L×B×H=4500mm×3000mm×3300mm。
结构:
采用地上砖混结构。
配置设备:
加药装置2套,型号为JB-DC-1000,功率N=0.55kw,加药计量泵。
计量泵2台,型号为MS1C165B,Q=330L/h,P=5bar,N=0.37kw
电控装置1套,非标制作,采用手动控制。
10、YZJ高浊度污水净化器基础
设计参数:
YZJ高浊度污水净化器基础1座。
规格尺寸:
φ=9100mm。
结构:
采用毛石砼结构。
配置设备:
YZJ高浊度污水净化器1台,型号为YZJ-300C,处理水量为
300m3/h。
11、全自动铁锰离子净化器基础
设计参数:
全自动铁锰离子净化器1座。
规格尺寸:
φ=7000mm。
结构:
采用毛石砼结构。
配置设备:
全自动铁锰离子净化器1台,型号为FM-300G,处理水量为
300m3/h。
12、石灰料仓
设计参数:
1座,面积为15m2
结构:
采用地上砖混结构
设备配置:
螺旋输送机1台,型号为WLS-150,输送量:
0.6m3/h,输送距离5.0m,电机功率为1.5kw,用于输送石灰。
碱液投加装置1套。
13、值班室
设计参数:
1座,面积为15m2
规格尺寸:
L×B×H=4200mm×3600mm×3300mm。
结构:
采用地上砖混结构
14、污泥泵房
设计参数:
1座,面积为15m2
规格尺寸:
L×B×H=4200mm×3600mm×4600mm。
结构:
采用半地上砖混结构
配置设备:
自吸浓浆泵2台,与压滤机配套使用,型号为50ZX20-75,流量
Q=20m3/h,扬程H=75m,功率N=11kw。
15、压滤机棚
设计参数:
压滤机棚1间。
规格尺寸:
L×B×H=9600mm×8400mm×3300mm。
结构:
采用钢棚架式结构。
配置设备:
板框式压滤机2台,型号为XAMY200/1250-30U,过滤面积为200m2,滤室容积2.956m3,功率N=5.5kw。
16、输水工程及其他
由于煤矿老矿井地势较高,新矿井地势较低,具备从老矿井将废水引入新矿井集中处理,整个过程不设置动力提升:
污水管道设计参数:
管道充满度0.40~0.65;
检查井间距19~50m(根据管径大小不同而定);
最小设计流速0.6m/s;
管材:
根据项目具体特征及国家建设部重点推荐使用的新型材料,本工程的排水管道采用PVC-U双壁波纹管。
该管材较混凝土管具有水流性能好、防渗透及抗化学腐蚀能力强、侧向抗压性能好、安装简单等优点。
整个污水输送系统包含输送管(Φ400mm双壁波纹管)1400米,输送管网上需要设置42座检查井(φ1000mm)。
附属工程包括围墙、堡坎道路硬化等。
其他项目包括排水沟、排泥沟等
表3-1主要构筑物一览表
序号
构筑物名称
规格(mm)
数量
备注
1
中和池
3000×3000×4000
1座
钢混
2
曝气池
21600×8100×4000
1座
钢混
3
反应池
8100×2100×4000
1座
钢混
4
平流沉淀池
25800×8400×4000
1座
钢混
5
中间水池
8400×1800×4000
1座
钢混
6
压滤机棚
9600×8400×3300
1间
钢棚架结构
7
污泥反应池
φ3000×2500
1座
地下砖混
8
污泥浓缩池
φ6000×5000
2座
地下钢混
9
全自动铁锰离子净化器基础
φ7000
1座
毛石砼
10
YZJ系列高浊度污水净化器基础
φ9100
1座
毛石砼
11
污泥泵房
4200×3600×4600
1间
半地上砖混
12
风机房
5400×4500×3300
1间
地上砖混
13
值班室
4200×3600×3000
1间
地上砖混
14
操作间
4500×3000×3300
1间
地上砖混
15
石灰料仓
15m3
砖混
16
水封井
4600×1800
1座
砖混
17
排泥(水)沟
宽600mm,i=0.3%
100米
砖混
18
排泥(水)沟
宽1000mm,i=0.3%
48米
砖混
19
进水沟
500×600
30米
砖混
20
围墙
90米
21
堡坎
160米
浆砌石
22
场地硬化
400m2
23
厂内道路
280m2
24
进厂道路
80m
25
双壁波纹管
φ400
1400m
26
检查井
φ700
42座
3.2主要设备及简要说明
1、YZJ系列高浊度净化器
选用YZJ-300C型钢制YZJ系列高浊度净化器一台,处理能力300m3/h。
YZJ系列高浊度净化器是我公司开发的拳头产品,在近二十年的生产使用过程中不断创新,到目前为止技术已经相当稳定成熟。
絮凝沉淀器由反应区和沉淀区两部分组成。
反应区是以形成絮凝体为中心的单元净化过程,原水与药剂充分混合后直接进入絮凝室,絮凝室内设置多层网格,通过不同网眼的交错拦截作用,与污水中的污染物充分反应,形成细小密实的矾花絮体,并在流速不断变缓的情况下增大为比重较大的矾花,然后进入沉淀室。
沉淀采用高效斜管沉淀,大大提高了上升流速,增大了沉淀区的表面负荷,节省了投资和占地面积。
自1985年以来,我公司技术人员在絮凝沉淀技术研究方面投入了大量的人力和物力,积累了丰富的设计、制造和调试运行经验,生产了300多台套絮凝沉淀器,在国内十多个省、市、自治区上百家单位投入使用,并出口到新加坡和马来西亚。
处理效果均达到了设计指标和用户的使用要求。
2、全自动铁锰离子净化器
选用FM-300G型钢制全自动铁锰离子净化器1台,处理能力300m3/h。
其主要作用是:
经过设备内滤料的拦截作用进一步去除水中的悬浮物及铁锰物质。
YZJ系列高浊度污水净化器出水由进水管进入全自动铁锰离子净化器分配水箱后,进入过滤器的滤室,经滤料层自上而下过滤,过滤水从内部连通管注入设备上部的清水箱内储存,清水箱充满后水通过出水管排出。
由于滤层不断截留悬浮物,造成滤层阻力的逐渐增加,因而促使虹吸管内的水位不断升高,当水位达到虹吸辅助管管口时,水自该管中落下,通过抽气管带走虹吸下降管中的空气,当真空度达到一定值时,便发生虹吸作用,使滤室中的水自下而上地通过滤层,对滤料进行反冲洗。
当冲洗水箱水面下降至虹吸破坏斗时,空气进入虹吸管,破坏虹吸作用,滤池反冲洗结束,进入下一周期过滤运行。
该设备无须人工操作,无须设置反冲洗水泵或冲洗水塔。
3、螺旋输送机
选用WLS-100型螺旋输送机1台,倾斜安装,输送能力0.6m3/h,输送距离为5.0m,电机功率1.5kw,配置石灰斗。
其作用是将石灰输送到中和池中,降低操作人员的劳动强度。
4、罗茨风机
选用BK6015罗茨风机,2台,一用一备,风量26.20m3/min,风压0.4kgf/cm2,功率22.0kw,气水比5:
1,用于曝气池曝气以及污泥反应池搅拌。
该风机是目前国内噪音最低的节能型高效风机。
该风机在汽缸和叶轮制作中采用独特的加工工艺和优质材料,不仅极大地降低风机噪音(风机运转时噪音低于50分贝),而且大大提高了风机的工作性能和耐久性。
该风机还具有体积小、风量大、耗电省、运转平稳、抗负荷变化、风量稳定的特点,尤其适用于污水处理生物曝气池中负荷变化大的场合。
由于低转速运行,设备磨损小,使用寿命长,故障率极低。
5、浮筒式滗水器
浮筒式滗水器为非标制作,Q=55m3/h,H=18m,N=5.
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