煤矿矿井水处理站设计
目录
第1章 概述 .......................................................................................................................... 1
1.1 项目概况 ................................................................................................................................ 1
1.1.1 交通位置......................................................................................................................... 1
1.1.2 地震 ................................................................................................................................ 1
1.1.3 气象 ................................................................................................................................ 1
1.2 设计规模 ................................................................................................................................ 1
1.2.1 井下涌水及井下排水状况 ............................................................................................. 1
1.2.1.1 井下涌水量数据 ...................................................................................................... 1
1.2.1.2 井下排水设计概况 .................................................................................................. 1
1.2.2 原水水质......................................................................................................................... 1
................................................................................................................. 1 1.2.3 设计处理能力
1.2.3.1 分质处理.................................................................................................................. 1
1.2.3.2 分质处理能力 .......................................................................................................... 2
................................................................................................................. 2 1.2.4 设计出水水质
1.3 设计范围 ................................................................................................................................ 4
1.4 设计依据 ................................................................................................................................ 4
第2章 工艺设计分析 ........................................................................................................... 6
2.1 矿井水概述 ............................................................................................................................ 6
2.2 煤矿井水的特征及处理工艺 ................................................................................................ 6
............................................................................................................. 6 2.2.1 煤矿井水的特征
2.2.2 煤矿井废水处理工艺 ..................................................................................................... 7
2.3 工艺简述 ................................................................................................................................ 8
..................................................................................................................... 8 2.3.1 预沉调节池
................................................................................................................. 9 2.3.2 混凝沉淀系统
2.3.2.1 混凝处理矿井水机理研究 ...................................................................................... 9
2.3.2.2 高密度沉淀池 ........................................................................................................ 10
............................................................................................................... 12 2.3.3 砂滤净化系统
2.3.4 UF系统 ........................................................................................................................... 14
2.3.5 消毒系统....................................................................................................................... 15
2.3.6 脱水系统....................................................................................................................... 16
第3章 主要构筑物及设备 .................................................................................................. 18
3.1 矿井水处理站供水系统水量分配图 .................................................................................. 18
3.2 调节预沉池 .......................................................................................................................... 18
........................................................................................................... 19 3.2.1 预沉调节池设计
3.2.2 主要设备....................................................................................................................... 19
3.3 高效自动化净水系统——高密度沉淀池 .......................................................................... 20
....................................................................................................... 20 3.3.1 高密度沉淀池设计
3.3.2 主要设备....................................................................................................................... 21
3.4 砂滤系统 .............................................................................................................................. 21
............................................................................................................... 22 3.4.1 砂滤系统设计
3.4.2 主要设备....................................................................................................................... 23
3.5 中间水池 .............................................................................................................................. 23
3.6 污泥脱水系统 ...................................................................................................................... 23
............................................................................................................... 24 3.6.1 污泥系统设计
............................................................................................................... 24 3.6.2 系统主要设备
3.7 深度处理超滤系统 .............................................................................................................. 25
3.7.1 设计参数....................................................................................................................... 25
....................................................................................................... 25 3.7.2 集成超滤主要设备
3.8 生产泵房设备 ...................................................................................................................... 27
3.9 消毒系统 .............................................................................................................................. 27
3.9.1 消毒池 .......................................................................................................................... 27
3.9.2 ........................................................................................................................................ 27
第4章 ................................................................................................................................... 28
第1章 概述
1.1 项目概况
1.1.1 交通位置
1.1.2 地震
1.1.3 气象
1.2 设计规模
1.2.1 井下涌水及井下排水状况
1.2.1.1 井下涌水量数据
矿井正常涌水量：Qs=1500m3/h=36000m3/d；
矿井最大涌水量：Qmax=2000m3/h=48000m3/h。
1.2.1.2 井下排水设计概况
1.2.2 原水水质
矿井水水质受地下水补给条件，降雨、煤层、顶板岩性及构造等影响，水中
悬浮物具有变化大的特点。
根据金鸡滩矿井可采煤层煤质、顶板岩性、地下水水质等分析，并参考邻近
榆树湾煤矿矿井水水质资料，矿井水设计原水水质主要指标
表1-2 原水水质数据 序号 水质指标 数值 备注
400~1500
2
3
4
5
6
7 矿化度总硬度总碱度硫酸根氯离子
氟离子7.8 472 1.2.3 设计处理能力
1.2.3.1 分质处理
根据用水水质要求，矿井水处理站采用分质处理。
全部矿井涌水均由井下排水泵排入矿井水处理站经过常规处理后一部分供
矿井及选煤厂生产用水，另一部分经深度处理后，用于井下消防洒水。
1.2.3.2 分质处理能力
1.2.4 设计出水水质
项目
浊度 标准 ≤5NTU 备注 ≤5NTU
溶解性固体，悬浮性固体，色度，度臭 无不快感觉 无不快感觉
BOD5氨氮总硬度氯化物阴离子合成洗涤剂铁锰游离余氯 管网末端水不小于0.2
总大肠杆菌2．深度处理出水水质要求：
①处理出水经消毒后主要指标应符合《生活饮用水卫生标准》（GB
5749-2006）中各项要求；
②其中：色度15，PH=7-8.4，溶解性总固体1000mg/L，肉眼可见物，无。浊
度小于1NTU。菌落总数《100，总大肠菌群不得检出等。
指 标
1、微生物指标
总大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）
耐热大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）
大肠埃希氏菌（MPN/100mL或CFU/100mL） 不得检出 不得检出 不得检出 ①限 值
菌落总数（CFU/mL）2、毒理指标
砷（mg/L）镉（mg/L）
铬（六价，mg/L）铅（mg/L）汞（mg/L）硒（mg/L）氰化物（mg/L）氟化物（mg/L）地下水源限制时为20 硝酸盐（以N计，mg/L）三氯甲烷（mg/L）四氯化碳（mg/L）溴酸盐（使用臭氧时，mg/L）甲醛（使用臭氧时，mg/L）亚氯酸盐（使用二氧化氯消毒时，mg/L）氯酸盐（使用复合二氧化氯消毒时，mg/L）3、感官性状和一般化学指标
1
水源与净水技术条件限制时为3
无异臭、异味
无
不小于6.5且不大于8.5 色度（铂钴色度单位）浑浊度（NTU-散射浊度单位） 臭和味 肉眼可见物 pH （pH单位）
铝（mg/L）铁（mg/L）锰（mg/L）铜（mg/L）锌（mg/L）氯化物（mg/L）硫酸盐（mg/L）溶解性总固体（mg/L）总硬度(以CaCO3计，mg/L）3
耗氧量（CODMn法，以O2计，mg/L） 水源限制，原水耗氧量＞6mg/L时为
5
挥发酚类（以苯酚计，mg/L）②阴离子合成洗涤剂（mg/L）4、放射性指标 指导值
总α放射性（Bq/L）
总β放射性（Bq/L）① MPN表示最可能数；CFU表示菌落形成单位。当水样检出总大肠菌群时，应进一步检
验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群；水样未检出总大肠菌群，不必检验大肠埃希氏菌或耐热大
肠菌群。
② 放射性指标超过指导值，应进行核素分析和评价，判定能否饮用。
1.3 设计范围
1.4 设计依据
1）、设备的设计、制造、安装标准
1、《生活杂用水水质标准》CJ/T 48-1999
2、煤矿矿井初步设计、环境影响报告及其矿井原始水质资料；
3、《生活饮用水卫生标准》GB5749 -2006
4、《室外给水设计规范》GB 50013-2006
5、《室外排水设计规范》GB 50014-2006
6、《工业企业设计卫生标准》TJ 36－1979
7、《工业企业厂界噪声标准》GB 12348－1990
8、《建筑设计防火规范》GB 50016-2006
9、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
10、《建筑给水排水设计规范》_GB50015-2009
11、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
12、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92
13、《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》GBJ63-90
10、《自动化仪表选型规定》HG20507-92
14、《煤矿工业矿井设计规范》 GB50215－94
15、《煤炭工业给水排水设计规范》 MT/T5014-96
16、《煤炭工业矿区总体设计规范》 MT5006－94
17、《煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范》MT/T5008－94
18、《煤炭工业选煤厂设计规范》 MT5007-94
2）、现场安装
机械设备安装工程施工及验收通用规范 GB50231
钢结构工程施工、安装及验收规范 GB50205
钢结构工程质量检验评定标准 GB50221
排水工程机电设备安装质量检验评定标准 SZ-06-99
泵安装技术规范 SD204-98
泵安装工程施工及验收规范 GB50275-98 建筑排水硬聚氯乙烯管道设计与施工验收规程 CECS41-92
低压流体输送用焊接钢管 GB/T3092-93 低压流体输送用镀锌焊接钢管 GB/T3091-93 低压流体输送用大直径电焊钢管 GB/T14980-94 工业管道工程施工及验收规范 GBJ235-82
给排水管道工程施工及验收规范
现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
建筑电气安装工程施工质量检验评定标准
电气装置安装工程电缆电线施工及验收规范
工业自动化仪表工程施工及验收
第2章 工艺设计分析
2.1 矿井水概述
煤炭在我国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计我国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。
矿井水是指在煤炭开采过程中所有渗入井下采掘空间的水。据不完全统计，平均吨煤涌水量为4m3，但不同地区差异较大,我国东北地区一般矿井吨煤涌水量在 2～3 m3； 华北、华东及河南等大部分矿区一般为 3～5 m3，其中峰峰、淄博、邯郸、开滦等矿区在 10m3左右；南方矿区平均吨煤涌水量也在10m3以上；西部矿区吨煤涌水量在1.6m3以下。在煤炭开采过程中为了保证矿井安全，必须将涌出水排出矿井，这部分水中含大量悬浮物，需要进一步处理，以净化矿井水和回收煤泥，减少环境污染。
矿井水本身的水质主要受当地水文地质、气候、 地理等自然条件的影响。当矿井水流经采煤工作面时,将带入大量的煤粉、 岩粒等悬浮物；由于受到井下矿工的生产生活等影响，矿井水往往含有较多的细菌。根据矿井水含污染物的特性,一般可将其划分为:洁净矿井水、 含悬浮物矿井水、 高矿化度矿井水、酸性矿井水、碱性矿井水及含特殊污染物矿井水, 如含高氖矿井水，含重金属矿井水及含放射性污染物矿井水等。
2.2 煤矿井水的特征及处理工艺
2.2.1 煤矿井水的特征
不同煤矿的矿井水水质有很大差异，其水质与普通地表水和地下水的水质有明显的差异，具有明显的煤炭行业的特征，主要有：
1)、煤矿矿井水的悬浮物含量明显高于地表水，且很不稳定，感官性状差。
2)、悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢，矿井水中悬浮颗粒直径较小，平均只有2～8um，总悬浮物中约85％以上的粒径在50um以下；煤粉的平均密度一般只有1．3～1．6g／cm3，明显小于地表水中泥砂颗粒物的平均密度1．9～
2．6g／cm3。
3)、含有机污染物。地表水中一般不含有有机物，而在矿井水中，除了煤粉本身就是有机物以外，水体中还含有少量的废机油、乳化油、腐烂废坑木、井下粪便等有机物。
4)、混凝过程中矾花形成困难，沉降效果差。矿井水中悬浮固体多为有机物(煤粉)和无机物(岩粉)的复合体，且不同煤化阶段的煤分子结构大不相同，煤粒表面所带电荷数量也不相同，因而其亲水程度差异较大。因此含悬浮物矿井水中煤粉表面与水和无机混凝剂的亲和能力要比地表水系巾的泥砂差得多。
5)、矿井水中的煤粉仅为悬浮物，并不是耗氧有机污染物。不同的含悬浮物矿井水CODcr差异大，但CODcr是由于煤屑中有机碳分子的还原性所致，故一般需要要进行生化处理。
2.2.2 煤矿井废水处理工艺
我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。
2.3 工艺简述
2.3.1 预沉调节池
煤矿井下排水的水质、水量既具有相对的稳定性又存在一定的波动性。在实际运行中，经常会发现井下排水短时悬浮物含量异常波动的现象，悬浮物含量瞬时可高达平均值的几倍甚至数十倍，为了缓冲、均衡水质,确保处理站的安全稳定运行,在水处理工艺前端设置预沉调节池是十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面，而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存 在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水 处理设备能力使之更趋以合理。由此看出，该构筑物是水站的安全稳定运行，在水处理工艺前端设置预沉调节池是十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面，而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存在不一致,通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况,而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出,该构筑物是水处理工艺中较为重要的一个环节，设计中应引起足够的重视。
在矿井排水处理中,为了调节水量、均衡水质,水处理工艺的前端往往设有调
节池,由于该构筑物还具有一定的沉淀作用,故常常被称作为预沉调节池。合理的设置预沉调节池不仅能保证处理站安全、稳定、灵活的运行,而且能优化水处理设备能力，降低工程投资。
2.3.2 混凝沉淀系统
煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理悬浮物主要采用混凝沉淀法，这部分矿井煤泥水的主要特征是浓度高，所含固体颗粒细，灰分高，颗粒表面多带负电荷。由于颗粒带同号电荷，阻止颗粒间彼此接近聚合成大颗粒下沉，同时颗粒同周围水分子发生水化作用，形成水化膜，也阻止颗粒聚合，使颗粒在水中保持分散状态，此外，煤泥颗粒在水中还受布朗运动的影响。颗粒界面间的相互作用，使得煤泥水性质复杂化，不但有悬浮液的特性，还有胶体的某些性质，它集中了最细最难处理的微细粒级颗粒。
2.3.2.1 混凝处理矿井水机理研究
混凝处理是目前处理高悬浮物矿井水的主要技术之一。混凝是一项重要的物理化学水处理技术，在水处理、化工、选矿等行业中是关键的分离过程。特别是在水处理工艺中，混凝技术无论是作为主体澄清工艺，还是作为生化处理前的预处理或是生化处理后的深度处理手段，都是一个必不可少的步骤。混凝包括凝聚和絮凝过程，凝聚过程主要是通过加入的絮凝剂与水中胶体颗粒迅速发生电中和、双电层压缩而凝聚脱稳，脱稳颗粒再相互聚结而形成初级微絮凝体。絮凝过程则是促使微絮凝体继续增长形成粗大而密实的沉降絮体。混凝作用过程是水中胶体粒子聚集的过程，也就是胶粒成长的过程，而这个过程是在混凝剂的水解作用下进行的。因此，混凝作用机理与以下3个因素有关：胶粒性质、不同混凝剂在不同条件下的水解产物、胶粒与混凝剂水解产物之间的相互作用。混凝剂水解产物与胶粒之间的作用有4种，即压缩双电层、吸附一电中和作用、吸附一架桥作用和卷扫作用。
3、 压缩双电层作用
压缩双电层作用是指向水中投加混凝剂，增加反离子浓度，使胶体扩散层压缩，心电位降低，排斥势能也就随之降低。当混凝剂量继续增加、胶粒心电位逐渐降至零时，胶粒间排斥势能消失，此点称为。等电点“。
2)吸附一电中和作用
吸附一电中和作用指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷‘的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而相互吸附。用吸附一电中和理论可以解释高价混凝剂水解引起的胶体脱稳，能够解释压缩双电层理论所不能说明的一些问题。
3)吸附架桥作用
吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶体相互吸附，但胶粒与胶体本身井不直接接触，而使胶体凝聚为大的絮凝体。还可以理解成两个大的同号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连结在瘫：。吸附架桥理论指高分子物质对胶体的强烈吸附，体现在胶粒与胶粒之间的架桥联接作用。
4)卷扫作用
卷扫作用是当铝盐或铁盐投加量超过溶度积会产生凝絮状氢氧化物的沉淀，这些凝絮状氢氧化物具有巨大的网状表面结构，且带一定正电荷量，具有一定的静电粘附能力，因而在沉淀物牛成过程中，胶体颗粒可同时被粘附网捕在沉淀物中而迅速卷扫沉淀。
混凝过程实际是上述几种作用机理综合作用的结果，或是在特定水质条件以某种机理为主。混凝机理不仅取决于所使用混凝剂的物化特性，而且与所处理水质特性，如浊度、碱度、p H值以及水中各种无机或有机杂质等有关。
以上论述可知，煤矿矿井水中悬浮颗粒物超标情况较多。对于高悬浮物矿井水的处理主要是通过混凝沉淀处理，配以沉淀、澄清、过滤和消毒等工序。在处理过程中，混凝剂水解产物与胶粒之间的作用有压缩双电层、吸附一电中和作用、吸附架桥作用和卷扫作用。
2.3.2.2 高密度沉淀池
高密度沉淀池属于水处理领域中最先进的技术一族。高密度沉淀池是沉淀技术进化和发展的最新阶段，在水处理技术中，属于三代沉淀池中最新的一代。二十世纪二三是年代采用的是第一代沉淀技术——“静态车垫”；五十年代开发了称为“污泥接触层”的第二代沉淀池并投入使用；八十年代被称为“污泥循环型”的第三代沉底池登上了历史舞台，以密度沉淀池为代表。
3、 高密度沉淀池的原理
用沉淀筒实验说明，在充满悬浮物的量筒内进行沉淀观察，上端为自由沉淀，特点是悬浮物浓度低，颗粒小，沉降速度慢；下端主要是集团沉淀，特点是悬浮物凝聚，颗粒大，沉降速度快。所以要提高沉降速度，要求将悬浮物凝聚成大颗粒。
2、优点：
高你读沉淀池自20世纪90年代中期从欧洲引入国内。其特点是集良好的机械混合、絮凝、澄清和高效混合于一体，分离效率高、陪你水量低、占地面积小，出水浊度低。
3、特点：
z 最佳的絮凝性能，矾花密集、结实。在装置中回流一部分沉淀污泥至絮凝段，利用回流污泥与金水混合，使金水中的脱稳微粒与活性泥渣充分接触，再加上高分子助凝剂的吸附架桥作用，有利于使水中的脱稳微粒形成大颗粒絮凝，提高絮凝沉淀效果。
z 回流污泥中的混凝剂、助凝剂在絮凝池中得到充分利用，节约混凝剂及助凝剂的投加量。
z 沉淀池采用斜管沉淀，可达到泥水快速分离的目的，水力停留时间明显减少，使沉淀池的占地面积明显减少，节约工程费，经初步工程方案比较，相对于平流沉淀池，高效沉淀池可降低工程造价约20%。
z 斜板分离，水力配水设计周密，原水在整个溶气内被均匀分配。
z 提高的上升流速，上升速度在15~35m/h之间。
z 外部污泥循环，污泥从浓缩区到反应池。
z 集中污泥浓缩。高密度沉淀池排泥浓度较高
z 高你读沉底池具有以下优点：
z 优质的出水；
z 除去剩余的矾花；
z 适用于多类型的原水；
z 由于循环使污泥和水之间的接触时间较长，从而使耗药量低于其他的沉淀装置，在特点条件下达30%；
z 节约用地，高密度沉淀池的沉淀速度较高，它是世界上结构最紧凑的沉
淀池，结构紧凑减少了土建造价，并且解药安装用地
z 无以下负作用：原水水质变化，药处理率调节不好，关机后再启动流量变化；由于污泥循环，反应池中的污泥浓度保持不变。另外与原水中的污泥浓度相比，循环污泥的浓度较高，原水浓度的变化不影响处理效果，高密度沉淀池甚至在原水处于峰值浊度时也能工作；
z 很低的水量损失，外排的污泥浓度很高，与静态沉淀池相比，高你读沉淀池的水是损失非常低；
z 由于反应池和沉淀池之间的低速配水不会破坏，已形成的矾花颗粒，从而保持了矾花的完整性；
z 可实现对水进行软化；
z 结构简单，可紧挨其它构筑物修建。高密度沉淀池为三个单元的综合体：反应、预沉—浓缩和斜板分离。
4、工艺流程图
主要构件
反应池
预沉池—浓缩池
斜板分离池
5、应用范围
这种沉淀池可以广泛地应用于各个领域。例如：工业工艺水生辰及工业废水的特殊处理，例如回用水处理，硬度的去除；地下及地表水的沉淀和（或）软化；城镇污水的初级沉淀和(或)深度除磷；污泥浓缩。
2.3.3 砂滤净化系统
矿井废水经混凝沉淀后，水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体，利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中，它是混凝沉淀装置的后处理过程，同时也是活性炭吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池，采用自动虹吸原理达到反冲洗，不需要人工单独管理，操作简便，管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。
1、砂滤系统能起到如下作用：
(1)、进一步去除前处理单元未能去除的微细颗粒和胶体颗粒，进一步降低
浊度，并去除磷、COD、BOD、重金属、细菌、病菌，提高出水水质。
(2)、由于提高了悬浮物和其他干扰物质的去除率， 降低了消毒剂的用量， 消毒效果也得到加强。
(3)、作为后续离子交换、吸附、膜过程等处理装置的保护设备，过滤池可使它们免于堵塞，并提高它们的处理效率。
2、污水经过滤料， 其中污染颗粒被去除， 其净水原理如下。
(1)、机械隔滤
滤料是由大小不同的砂粒组成的， 砂粒之间的空隙就像一个筛子。当废水自上而下流过粒状滤料层时， 粒径较大的悬浮颗粒首先被截留，在表层滤料的空隙中， 随着滤料间空隙越来越小， 截污能力也变得越来越大，逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜并由它起重要的过滤作用。这种作用属于机械隔滤或筛滤作用。
(2)、沉淀作用
可以把滤料看成是一个层层叠起来的沉淀池，废水通过滤料层时，众多滤料表面提供了巨大的沉降面积，污水中的部分颗粒会沉淀到滤料颗粒的表面上而被去除。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，则水流越乎稳，这些都有利于悬浮物的沉降。
(3)、接触吸附作用
滤料由于具有巨大的表面积必然存在着较强的吸附能力，对悬浮物具有明显的物理吸附作用。污水在滤层弯弯曲曲的空隙中流动时，杂质颗粒与滤料接触频繁，从而被吸附到滤料颗粒表面。此外砂粒在水中常带有电荷， 能吸附带有相反电荷的胶体，从而在滤料表面形成带相反电荷的薄膜，并进而再吸附带电荷胶体，在滤料上发生接触絮凝。滤料颗粒越小，吸附和接触絮凝的效果也越好。
在过滤过程中， 污染物颗粒被去除的过程实际上是多种作用的综合结果(除以上三种作用外， 还包括扩散作用等其他作用)。
4、过滤及清洗过程
当废水经过滤料层时，较大的悬浮颗粒首先被截留下来，而细微悬浮物通过与滤料颗粒或已被吸附的悬浮颗粒接触，由于吸附作用而被截留下来。被吸附的杂质颗粒一部分可能由于吸附不牢而被水流作用剥离，但它马上会被下层的滤料
所吸附截留。随着过滤时间的延长，滤料颗粒表面的吸附量越来越大，空隙变得越来越小，从而使水流速度增加，在水流的冲刷下，被截留物也能被带到下一层。当滤层深处被截留的物质也变多时，甚至随水被带出滤层，这时出水水质变坏。因此系统需要及时清洗。
滤池工作一段时间后，滤料截留的污染物质趋于最大容量，这时就要对滤池进行定期清洗， 以恢复滤料层的工作能力。反冲洗是快滤池冲洗的主要办法， 从滤料层底部进水，逆工作时的水流对滤料进行冲洗。在很多情况下，反冲洗不能保证足够的冲洗效果，可以辅以表面冲洗，一般在滤料上层表面设置喷头，对膨胀起来的表层滤料进行强制冲洗。
本方案中设计砂滤作为：降低水的浊度＜5，降低水的污染指数SDI＜5。
2.3.4 UF系统 超滤(UF)是利用膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，与MF相比，其过滤精度更高，因而膜孔更小，膜孔径在0.1~5μm之间，实际的操作压力也比MF略高，一般为0.10.5MPa；UF更着重分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。
1、超滤工艺的特点 ①属于压力驱动器型膜过程；
②分离范围为相对分子质量1000~105（次方）的大分子物质和胶体物质，相应粒子直径5nm~ 0.1μm；
③分离机理一般认为是机械筛分原理；
④UF膜的形态为不对称结构；
⑤膜组件有形式有板式、卷式、管式、毛细管式及中空纤维式； ⑥ 过滤的方式一般为错流过滤；
⑦膜皮层厚度小于1μm，操作压力低，可不考虑渗透压的影响；
⑧易于工业化，应用范围广。
2、超滤的基本原理
在一定的压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过UF膜表面时，溶剂和小分子物质（无机盐等）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。
UF膜一般为非对称膜，由一层极薄的（ 0.1~1μm ）具有一定孔径的表皮层和一层较厚的（125μm左右）具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。
UF过程中溶质的截留包括：在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附等三种方式。
UF和MF的功能有所不同，MF多数是除杂，产物是过滤液；而UF着重是分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。
2.3.5 消毒系统
二氧化氯消毒剂是国际上公认的含氯消毒剂中唯一的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，分枝杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。
二氧化氯的消毒性能：
1、高效、强力。在常用消毒剂中，相同时间内到同样的杀菌效果所需的ClO2浓度是最低的。对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2。ClO2对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl2高5倍以上。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强。
2、 快速、持久。二氧化氯溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在。它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出。当细菌浓度在105~106个/mL时，0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99%以上的异养菌；而0.5ppm的Cl2的杀菌率最高只能达到75%，试验表明，0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99%以上，作用时间长达24小时杀菌率才下降为86.3%。
3、 广谱、灭菌。 ClO2是一种广谱型消毒剂，对一切经水体传播的病原微生物均有很好的杀灭效果。二氧化氯除对一般细菌有杀死作用外，对芽孢、病毒、异养菌、铁细菌、硫酸盐还原和真菌等均有很好的杀灭作用，且不易产生抗药性，尤其是对伤寒，甲肝、乙肝、脊髓灰质炎及艾滋病毒等也有良好的杀灭和抑制效果。ClO2对病毒的灭活比O3和Cl2更有效。低剂量的二氧化氯还具有很强的杀蠕虫效果。
4、 无毒、无刺激。急性经口毒性试验表明，二氧化氯消毒灭菌剂属实际无毒级产品，积累性试验结论为弱蓄积性物质。用其消毒的水体不会对口腔粘膜、皮膜和头皮产生损伤，其在急性毒性和遗传毒理学上都是绝对安全的。
5、 安全、广泛。二氧化氯不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动物细胞、精子及染色体无致癌、致畸、致突变作用。ClO2对还原性阴、阳离子和氧化效果以去毒为主（H2S、SO32-、CN－、Mn2+），对有机物的氧化降解以含氧基团的小分子化合物为主，这些产物到目前的研究为止，均证明是无毒害用的，并且ClO2使用剂量极低，因此用ClO2消毒十分安全，无残留毒性。其安全性是被世界卫生组织（WHO）定为AI级。
二氧化氯作为一个强氧化剂，它还具有除藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、氯化及漂白色等多方面的功能，用途十分广泛。
二氧化氯灭菌消毒剂经美国食品药物管理局（FDA）和美国环境保护（EPA）的长期科学试验和反复论证，考验了ClO2对饮用水的处理效果后，被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品（肉类、水产品、果蔬）的防腐、保鲜、环境、饮水和工业循环及污水处理等方面杀菌、清毒、除臭的理想药剂，是国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品。
2.3.6 脱水系统
矿井水经过净化处理后，会产生大量的含水污泥，含水污泥中含粘土类物质多 、粒度细、粘度大，难以用常规方法脱水回收。因而选用了目前最有效的方法即采用压滤机处理，经压滤机处理后的滤饼固体率为≥25% 滤液中的SS仅为10g/L~20g/L，可以直接打入到混凝沉淀系统处理。
3、 厢式压滤机的原理及过程
当压滤机工作时,将所有滤板压紧在活动头板和固定尾板之间,使相邻滤板之间构成周围是密封的滤室,矿浆由固定尾板的入料孔给入。在所有滤室充满矿浆后,压滤过程开始,矿浆借助给料泵给入矿浆的压力进行固液分离。固体颗粒由于滤布的阻挡留在滤室内,滤液经滤布沿滤板上的泄水沟排出,滤液不再流出时,即完成脱水过程。此时,可停止给料,将头板退回到原来的位置,滤板移动装置将滤板相继拉开。滤饼依靠自重脱落。至此,完成了压滤过程。
2、厢式压滤机的特点
液压泵站、电机、电器控制箱分别装在油缸座和油箱体内，使机身、电器、液压三部分融为一体，机器安装调试后，只需接通电源即可投入使用。它具有造型美观、结构紧凑、占据空间小等突出优点，该系列的压滤机无论在运输、安装、使用等各方面既安全又方便。
3、厢式压滤机的结构
主要由固定头板，可移动的尾板，及在这两个端板间排列着滤板和滤布组成．所有的滤板都可以借助自己两侧的的把手搁挂在横梁上，，并可沿横梁作水平方向移动，活塞杆的前端与可动压紧板相联，当活塞在液压推动下推动压紧板，将所有滤板、滤布压紧在机架中，达到液压压紧工作压力后，用锁紧螺母锁紧而保压(机械保压)，关闭液压站电机后，即可进行过滤。
第3章 主要构筑物及设备
3.1 矿井水处理站供水系统水量分配图
3.2 调节预沉池
煤矿井下排水的水质、水量既具有相对的稳定性又存 在一定的波动性。在实际运行中，经常会发现井下排水短时悬浮物含量异常波动的现象，悬浮物含量瞬时可高达平 均值的几倍甚至数十倍，为了缓冲、均衡水质，确保处理站的安全稳定运行，在水处理工艺前端设置预沉调节池是 十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面,而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出，该构筑物是水站的安全稳定运行,在水处理工艺前端设置预沉调节池是 十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面,而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存 在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出,该构筑物是水处理工艺中较为重要的一个环节。
在矿井排水处理中,为了调节水量、均衡水质,水处理工艺的前端往往设有调
节池,由于该构筑物还具有一定的沉淀作用,故常常被称作为预沉调节池。合理的设置预沉调节池不仅能保证处理站安全、稳定、灵活的运行,而且能优化水处理设备能力,降低工程投资。
预沉调节池的池容与井下小时排水量、井下排水时间以及处理站小时处理水量等因素有关。当井下排水系统设计工况一定时,其井下小时排水量、排水时间就是一定的，预沉调节池的池容仅与处理站小时处理水量有关，当水处理设备的小时能力越大时,调节池的 池容就越小,反之就越大。在利用上式计算时,预沉调节 池的池容大小还应结合处理场地的大小、工程投资等因素综合予以考虑,设计中既要防止预沉调节池偏小造成水处理设备偏大，水处理设备长时间“闲置”的状况，又要防止预沉、调节池偏大造成占地面积过大的现象。 3.2.1 预沉调节池设计
预沉池设计 日进水流量Q 最大涌水量Q
Q=48000m³/d=2000m3/h Q=3400m3/h
预沉淀池尺寸不包含超高),超高0.3m 结构 数量 有效容积 调节池部分
尺寸不包含超高),超高0.5m 结构 数量 有效容积
钢砼 1座 2160m3 钢砼
5座(保证最大涌水过程系统运行正常) 3840m3
3.2.2 主要设备
设备名称
(1)行车式刮泥吸泥机
(2) 超声波液位计 (3) 潜水搅拌器
参数
材质SS304，行车P0.75kw,吸泥机P0.75kw， 量程0~8m
搅拌速率480rpm,Pn5.5kw,
数量（台或个）
备注
设备名称 参数 材质SS304
数量（台或个）备注
(4)调节池进水阀 (5)电磁波流量计
电动浆液阀 DN400 1.6MPa DN400 Q300~700m3/h 分体式
3.3 高效自动化净水系统——高密度沉淀池
高效自动化净水系统——高密度沉淀池。高密度沉淀池是在传统的平流沉淀池基础上．充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论．对混凝、强化絮凝、
=斜管沉淀3个过程进行优化，通过投加不同的药剂．可以去除部分悬浮物和有机
污染物．以降低后续处理构筑物的负荷。具有水力负荷高(就相同沉淀面积而言。斜管沉淀的沉淀效率是普通沉淀池的8～10倍1、占地面积少、启动时间短(一般
混合区 日进水流量Q 回流污泥量Q
Q=24000m³/d=1000m3/h, Q=20m3/h
其它液(滤液，清洗液100m3/h(最大流量) 混合区尺寸 混凝区 混凝区尺寸 缓冲区 缓冲区尺寸 沉淀区
沉淀区沉淀部分尺寸不包含超高),超高0.3m 设池底径向坡度i 污泥斗上口直径 污泥斗下底直径 泥斗高度 设池底径向坡度i
0.05 2m 1m 0.87m 0.05
6.5m×1.8m×6m 6.5m×6.5m×6m 6.5m×3.0m×6m
泥斗以上池底污泥厚度h1 结构 数量
0.24m 钢砼 1座
3.3.2 主要设备
设备名称
(1)液下桨叶式搅拌器
(2)液下桨叶式搅拌器 (3)刮泥机 (4)沉淀区斜板模板(5)回流泵 (6)电磁流量计 (7)出水堰 (8)干粉自动投加机
参数
搅拌棒长度4m,材质SS316，桨叶直径2.4m，Pnkw
搅拌棒长度4m,材质SS316，桨叶直径3m，Pnkw刮泥机直径11.5m,Pnkw 非标
螺杆泵Q20m3/h,H15m,Pnkw 工作流量20m3/h, 非标
料斗1m3，投加量10~15kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw
料斗0.25m3，投加量0~3kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw 非标
起重重量2吨，H3m,Pn3kw
，
数量（台或个）
备注
1套 2(1用1备)
1套
(9)自控泡药加药机(10)干粉自动投加机
(11)自控泡药加药机
(12)加药平台 (13)自动上料装置
1
1
(14)电动浆液阀材质SS304
3.4 砂滤系统
重力式无阀滤池，是因过滤过程依靠水的重力自动流入滤池进行过滤或反洗， 且滤池没有阀门而得名的。含有一定浊度的原水通过高位进水分配槽由进水管经挡板进入滤料层，过滤后的水由连通渠进入水箱并从出水管排出净化水。当滤层截留物多， 阻力变大时， 水由虹吸上升管上升， 当水位达到虹吸辅助管口时， 水便从此管中急剧下落， 并将虹吸管内的空气抽走， 使管内形成真空， 虹吸上升管中水位继续上升。此时虹吸下降管将水封井中的水也吸上至一
定高度， 当虹吸上升管中水与虹吸下降管中上升的水相汇合时， 虹吸即形成，水流便冲出管口流入水封井排出， 反冲洗即开始。因为虹吸流量为进水流量的倍， 一旦虹吸形成，进水管来的水立即被带入虹吸管， 水箱中水也立即通过连通渠沿着过滤相反的方向， 自下而上地经过滤池， 自动进行冲洗。冲洗水经虹吸上升管流到水封井中排出。当水箱中水位降到虹吸破坏斗缘口以下时， 虹吸破坏管即将斗中水吸光， 管口露出水面， 空气便大量由破坏管进入虹吸管， 破坏虹吸， 反冲洗即停止， 过滤又重新开始。
重力式无阀滤池的运行全部自动进行， 操作方便， 工作稳定可靠， 结构简单， 造价也较低， 较适用于工矿、 小型水处理工程以及较大型循环冷却水系统中作旁滤池用。该滤池的缺点是冲洗时自耗水量较大。
重力式无阀滤池结构示意图
1、 进水分配器；2、进水管；3、虹吸上升管；4、顶盖；5、挡板；6、滤
料层；7、承托层；8、配水系统；9、底部空间；10、连同渠；11、冲洗水箱；12、出水管；13虹吸辅助管；14、抽气管；15、虹吸下降管；
16、水封井；17、虹吸破坏斗；18、虹吸破坏管
3.4.1 砂滤系统设计
日进水流量3/h 缓冲水池(接高密度沉淀池出水)
有效容积3
缓冲池结构×10m×5m
结构 数量 无阀砂滤系统 砂滤结构 结构 数量
出水缓冲池(满足反洗需要)
钢砼 1座(地埋式)
Ф8m×7m 碳钢 2座
有效容积3
出水缓冲池结构×10m×5m 结构 数量
钢砼 1座
3.4.2 主要设备
设备名称 (1) 进水泵 (2)超声波液位计 (3)电磁流量计 (4)无阀过滤器 (5)反洗泵 (6)排水泵 (7)超声波液位计
参数
卧式离心泵,Q550m3/h,H15m,Pnkw 量程0~8m 工作流量550m3/h, 处理水量Ф8m×7m,碳钢
数量（台或个）3(2用1备)
备注
550m3/h, 3(2用1备)
潜水泵，Q180m3/h,H55m,Pnkw 潜水泵，Q550m3/h,H15m,Pnkw 量程0~8m
3.5 中间水池
中间水池有效容积3
中间水池尺寸×13m×6m(不包含超高),超高0.5m 结构 数量
钢砼 2座
3.6 污泥脱水系统
污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化、及综合利用。通常使用的单
元工艺过程有：浓缩、稳定、污泥调节、脱水。污泥经浓缩后尚有约98%～99%的含水量，体积仍很大。根据业主提供的水质，废水中的SS的含量400～1500mg/L，它是物化系统处理过程中产生污泥量的主要来源，根据工艺系统的处理过程，污泥产生的单元主要有预沉池系统、高密度沉淀池系统及过滤系统，每天产生的污泥量约为 (按1000mg/L计算，干基质的量)48000kg/d,按照未脱水前含水率98%(经过重量浓缩后)，则湿污泥的产量为2400m3/d
为了综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理。脱水的作用是去除存在于污泥颗粒间以及颗粒内的水，从而使液态的污泥的物理性能改变成半固态、理想的脱水应当是最大限度地把水去除，同时污泥的固体颗粒则应当全部保留在脱水后的泥饼上。 3.6.1 污泥系统设计
集泥池(本次一次性建成)
集泥池尺寸×6m×5m(不包含超高),超高0.5m 结构 数量
污泥浓缩池(本次一次性建成) 污泥浓缩池尺寸 结构 数量
滤液池(本次一次性建成)
滤液池尺寸×8m×5m 结构 数量
钢砼(地埋) 1座 Ф15m×10m 钢砼(半地埋) 1座 钢砼(地埋) 1座
3.6.2 系统主要设备
设备名称 (1)集泥池提升泵
参数 泥
浆
泵
，
数量（台或个）2(1用1备)
备注
Q100m3/h,H15m,Pnkw
(2)超声波液位计 (3)螺杆泵
量程0~8m
Q45m3/h,H20m,Pnkw
6(4用2备)
设备名称
(4)全自动厢式压滤机
(5)干粉投药机
参数
单次处理量45m3,Pnkw
数量（台或个）4
备注
工作次数6次，每次2.5h
料斗
1m3，投加量
1 PAC投加装置
10~15kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
(6)自控泡药加药机(7)干粉自动投加机
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw
料斗0.5m3，投加量0~5kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw 输送量32m3/h,Pnkw
1 1
PAM投加装置
(8)自控泡药加药机(9)胶带输送机
1 4
水平安装，满足厢式压滤机污泥输送
(10)胶带输送机
输送量45m3/h,Pnkw
2 水平一个，倾斜安装一个，满足污泥装车
(11)加药平台 (11)滤液提升泵
非标 潜
污
泵
，
2(1用1备)
Q100m3/h,H15m,Pnkw
(12)超声波液位计
量程0~8m
3.7 深度处理超滤系统 3.7.1 设计参数
处理量3/h 单位处理系统3/h 设计系统
平行2套(便于检修维护)
3.7.2 集成超滤主要设备
设备名称 (1)电动蝶阀 (2)超滤进水泵
参数
数量（套、台、个）
DN200,材质SS304
离心泵Q120m3/h,H28m,Pnkw
2
3(2用1备)
放在泵房 备注
(3)膜架 (4)保安过滤器 (5) 电磁流量计
个）
不锈钢，非标过滤孔径≤200u,流量150m3/h,材质不锈钢
工作流量120m3 进水管道 放空管道
(6) 电磁阀材质(7) 电磁阀材质(8) 膜元件
膜组件型号HFU1020,材质PVDF,
耐压外壳PVC,PN300kPa, 单位膜面积29m2, 进水浊度≤30NTU
(9)不锈钢管箍 (10)不锈钢管箍 (11)固定带和鞍座 (12)化学清洗罐 (13)化学清洗泵 (14)电磁流量计 (15)空气压缩机,带冷干机
Ф90，材质 Ф75，材质 固定带8寸，材质SS304,鞍座8寸，材质橡胶
容积3m3,材质离心泵，Q60m3/h,H24m,Pnkw
工作流量60m3风量2.2m3/min,抽口风压240kpa,Pnkw
(16)电磁阀材质进气管道
(17)电磁阀材质排气管道
(18)反洗泵 离心泵，Q150m3/h,H24m,Pnkw
(19)流量计
工作流量150m3
(20)电磁阀材质反洗管道
(21)电磁阀材质排水管道
(22)化学加药泵
隔
膜
计
量
泵
个）
Q500L/h,H30m,Pn0.75kw
(23)产水罐
容积20m3,材质PE，出水自溢
1
满足反洗需要
(24)流量感应器 (25)pH传感器 (26)压力传感器
转轮式，工作流量100~120m3/h,承压0.3mPa
管道安装， 管道安装
(27)温度传感器℃(28)PLC控制柜2
3.8 生产泵房设备
设备名称 (1)电动蝶阀 (2)生产水泵 (3)电动蝶阀 (4) 供水泵 (5)手动单轨起重小车
参数
DN300,材质SS304 离
泵,Q150m3/h,H32m,Pnkw DN400,材质SS304
离心泵Q300m3/h,H28m,Pnkw起重重量3t，起重高度9m,P1.7kw
2(1用1备心
数量（台或个）
备注
2(1用1备3.9 消毒系统 3.9.1 消毒池
消毒池有效容积3
消毒池尺寸×4m×4m,超高0.5m 结构 数量
钢砼 1座
3.9.2
设备名称
(1)二氧化氯发生器成套设备
参数
有效氯产量2000g/L，P7.5kw
数量（台或个）1
备注
包含余氯监测系统
28
煤矿矿井水处理站设计
目录
第1章 概述 .......................................................................................................................... 1
1.1 项目概况 ................................................................................................................................ 1
1.1.1 交通位置......................................................................................................................... 1
1.1.2 地震 ................................................................................................................................ 1
1.1.3 气象 ................................................................................................................................ 1
1.2 设计规模 ................................................................................................................................ 1
1.2.1 井下涌水及井下排水状况 ............................................................................................. 1
1.2.1.1 井下涌水量数据 ...................................................................................................... 1
1.2.1.2 井下排水设计概况 .................................................................................................. 1
1.2.2 原水水质......................................................................................................................... 1
................................................................................................................. 1 1.2.3 设计处理能力
1.2.3.1 分质处理.................................................................................................................. 1
1.2.3.2 分质处理能力 .......................................................................................................... 2
................................................................................................................. 2 1.2.4 设计出水水质
1.3 设计范围 ................................................................................................................................ 4
1.4 设计依据 ................................................................................................................................ 4
第2章 工艺设计分析 ........................................................................................................... 6
2.1 矿井水概述 ............................................................................................................................ 6
2.2 煤矿井水的特征及处理工艺 ................................................................................................ 6
............................................................................................................. 6 2.2.1 煤矿井水的特征
2.2.2 煤矿井废水处理工艺 ..................................................................................................... 7
2.3 工艺简述 ................................................................................................................................ 8
..................................................................................................................... 8 2.3.1 预沉调节池
................................................................................................................. 9 2.3.2 混凝沉淀系统
2.3.2.1 混凝处理矿井水机理研究 ...................................................................................... 9
2.3.2.2 高密度沉淀池 ........................................................................................................ 10
............................................................................................................... 12 2.3.3 砂滤净化系统
2.3.4 UF系统 ........................................................................................................................... 14
2.3.5 消毒系统....................................................................................................................... 15
2.3.6 脱水系统....................................................................................................................... 16
第3章 主要构筑物及设备 .................................................................................................. 18
3.1 矿井水处理站供水系统水量分配图 .................................................................................. 18
3.2 调节预沉池 .......................................................................................................................... 18
........................................................................................................... 19 3.2.1 预沉调节池设计
3.2.2 主要设备....................................................................................................................... 19
3.3 高效自动化净水系统——高密度沉淀池 .......................................................................... 20
....................................................................................................... 20 3.3.1 高密度沉淀池设计
3.3.2 主要设备....................................................................................................................... 21
3.4 砂滤系统 .............................................................................................................................. 21
............................................................................................................... 22 3.4.1 砂滤系统设计
3.4.2 主要设备....................................................................................................................... 23
3.5 中间水池 .............................................................................................................................. 23
3.6 污泥脱水系统 ...................................................................................................................... 23
............................................................................................................... 24 3.6.1 污泥系统设计
............................................................................................................... 24 3.6.2 系统主要设备
3.7 深度处理超滤系统 .............................................................................................................. 25
3.7.1 设计参数....................................................................................................................... 25
....................................................................................................... 25 3.7.2 集成超滤主要设备
3.8 生产泵房设备 ...................................................................................................................... 27
3.9 消毒系统 .............................................................................................................................. 27
3.9.1 消毒池 .......................................................................................................................... 27
3.9.2 ........................................................................................................................................ 27
第4章 ................................................................................................................................... 28
第1章 概述
1.1 项目概况
1.1.1 交通位置
1.1.2 地震
1.1.3 气象
1.2 设计规模
1.2.1 井下涌水及井下排水状况
1.2.1.1 井下涌水量数据
矿井正常涌水量：Qs=1500m3/h=36000m3/d；
矿井最大涌水量：Qmax=2000m3/h=48000m3/h。
1.2.1.2 井下排水设计概况
1.2.2 原水水质
矿井水水质受地下水补给条件，降雨、煤层、顶板岩性及构造等影响，水中
悬浮物具有变化大的特点。
根据金鸡滩矿井可采煤层煤质、顶板岩性、地下水水质等分析，并参考邻近
榆树湾煤矿矿井水水质资料，矿井水设计原水水质主要指标
表1-2 原水水质数据 序号 水质指标 数值 备注
400~1500
2
3
4
5
6
7 矿化度总硬度总碱度硫酸根氯离子
氟离子7.8 472 1.2.3 设计处理能力
1.2.3.1 分质处理
根据用水水质要求，矿井水处理站采用分质处理。
全部矿井涌水均由井下排水泵排入矿井水处理站经过常规处理后一部分供
矿井及选煤厂生产用水，另一部分经深度处理后，用于井下消防洒水。
1.2.3.2 分质处理能力
1.2.4 设计出水水质
项目
浊度 标准 ≤5NTU 备注 ≤5NTU
溶解性固体，悬浮性固体，色度，度臭 无不快感觉 无不快感觉
BOD5氨氮总硬度氯化物阴离子合成洗涤剂铁锰游离余氯 管网末端水不小于0.2
总大肠杆菌2．深度处理出水水质要求：
①处理出水经消毒后主要指标应符合《生活饮用水卫生标准》（GB
5749-2006）中各项要求；
②其中：色度15，PH=7-8.4，溶解性总固体1000mg/L，肉眼可见物，无。浊
度小于1NTU。菌落总数《100，总大肠菌群不得检出等。
指 标
1、微生物指标
总大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）
耐热大肠菌群（MPN/100mL或CFU/100mL）
大肠埃希氏菌（MPN/100mL或CFU/100mL） 不得检出 不得检出 不得检出 ①限 值
菌落总数（CFU/mL）2、毒理指标
砷（mg/L）镉（mg/L）
铬（六价，mg/L）铅（mg/L）汞（mg/L）硒（mg/L）氰化物（mg/L）氟化物（mg/L）地下水源限制时为20 硝酸盐（以N计，mg/L）三氯甲烷（mg/L）四氯化碳（mg/L）溴酸盐（使用臭氧时，mg/L）甲醛（使用臭氧时，mg/L）亚氯酸盐（使用二氧化氯消毒时，mg/L）氯酸盐（使用复合二氧化氯消毒时，mg/L）3、感官性状和一般化学指标
1
水源与净水技术条件限制时为3
无异臭、异味
无
不小于6.5且不大于8.5 色度（铂钴色度单位）浑浊度（NTU-散射浊度单位） 臭和味 肉眼可见物 pH （pH单位）
铝（mg/L）铁（mg/L）锰（mg/L）铜（mg/L）锌（mg/L）氯化物（mg/L）硫酸盐（mg/L）溶解性总固体（mg/L）总硬度(以CaCO3计，mg/L）3
耗氧量（CODMn法，以O2计，mg/L） 水源限制，原水耗氧量＞6mg/L时为
5
挥发酚类（以苯酚计，mg/L）②阴离子合成洗涤剂（mg/L）4、放射性指标 指导值
总α放射性（Bq/L）
总β放射性（Bq/L）① MPN表示最可能数；CFU表示菌落形成单位。当水样检出总大肠菌群时，应进一步检
验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群；水样未检出总大肠菌群，不必检验大肠埃希氏菌或耐热大
肠菌群。
② 放射性指标超过指导值，应进行核素分析和评价，判定能否饮用。
1.3 设计范围
1.4 设计依据
1）、设备的设计、制造、安装标准
1、《生活杂用水水质标准》CJ/T 48-1999
2、煤矿矿井初步设计、环境影响报告及其矿井原始水质资料；
3、《生活饮用水卫生标准》GB5749 -2006
4、《室外给水设计规范》GB 50013-2006
5、《室外排水设计规范》GB 50014-2006
6、《工业企业设计卫生标准》TJ 36－1979
7、《工业企业厂界噪声标准》GB 12348－1990
8、《建筑设计防火规范》GB 50016-2006
9、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
10、《建筑给水排水设计规范》_GB50015-2009
11、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
12、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92
13、《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》GBJ63-90
10、《自动化仪表选型规定》HG20507-92
14、《煤矿工业矿井设计规范》 GB50215－94
15、《煤炭工业给水排水设计规范》 MT/T5014-96
16、《煤炭工业矿区总体设计规范》 MT5006－94
17、《煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范》MT/T5008－94
18、《煤炭工业选煤厂设计规范》 MT5007-94
2）、现场安装
机械设备安装工程施工及验收通用规范 GB50231
钢结构工程施工、安装及验收规范 GB50205
钢结构工程质量检验评定标准 GB50221
排水工程机电设备安装质量检验评定标准 SZ-06-99
泵安装技术规范 SD204-98
泵安装工程施工及验收规范 GB50275-98 建筑排水硬聚氯乙烯管道设计与施工验收规程 CECS41-92
低压流体输送用焊接钢管 GB/T3092-93 低压流体输送用镀锌焊接钢管 GB/T3091-93 低压流体输送用大直径电焊钢管 GB/T14980-94 工业管道工程施工及验收规范 GBJ235-82
给排水管道工程施工及验收规范
现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
建筑电气安装工程施工质量检验评定标准
电气装置安装工程电缆电线施工及验收规范
工业自动化仪表工程施工及验收
第2章 工艺设计分析
2.1 矿井水概述
煤炭在我国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计我国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。
矿井水是指在煤炭开采过程中所有渗入井下采掘空间的水。据不完全统计，平均吨煤涌水量为4m3，但不同地区差异较大,我国东北地区一般矿井吨煤涌水量在 2～3 m3； 华北、华东及河南等大部分矿区一般为 3～5 m3，其中峰峰、淄博、邯郸、开滦等矿区在 10m3左右；南方矿区平均吨煤涌水量也在10m3以上；西部矿区吨煤涌水量在1.6m3以下。在煤炭开采过程中为了保证矿井安全，必须将涌出水排出矿井，这部分水中含大量悬浮物，需要进一步处理，以净化矿井水和回收煤泥，减少环境污染。
矿井水本身的水质主要受当地水文地质、气候、 地理等自然条件的影响。当矿井水流经采煤工作面时,将带入大量的煤粉、 岩粒等悬浮物；由于受到井下矿工的生产生活等影响，矿井水往往含有较多的细菌。根据矿井水含污染物的特性,一般可将其划分为:洁净矿井水、 含悬浮物矿井水、 高矿化度矿井水、酸性矿井水、碱性矿井水及含特殊污染物矿井水, 如含高氖矿井水，含重金属矿井水及含放射性污染物矿井水等。
2.2 煤矿井水的特征及处理工艺
2.2.1 煤矿井水的特征
不同煤矿的矿井水水质有很大差异，其水质与普通地表水和地下水的水质有明显的差异，具有明显的煤炭行业的特征，主要有：
1)、煤矿矿井水的悬浮物含量明显高于地表水，且很不稳定，感官性状差。
2)、悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢，矿井水中悬浮颗粒直径较小，平均只有2～8um，总悬浮物中约85％以上的粒径在50um以下；煤粉的平均密度一般只有1．3～1．6g／cm3，明显小于地表水中泥砂颗粒物的平均密度1．9～
2．6g／cm3。
3)、含有机污染物。地表水中一般不含有有机物，而在矿井水中，除了煤粉本身就是有机物以外，水体中还含有少量的废机油、乳化油、腐烂废坑木、井下粪便等有机物。
4)、混凝过程中矾花形成困难，沉降效果差。矿井水中悬浮固体多为有机物(煤粉)和无机物(岩粉)的复合体，且不同煤化阶段的煤分子结构大不相同，煤粒表面所带电荷数量也不相同，因而其亲水程度差异较大。因此含悬浮物矿井水中煤粉表面与水和无机混凝剂的亲和能力要比地表水系巾的泥砂差得多。
5)、矿井水中的煤粉仅为悬浮物，并不是耗氧有机污染物。不同的含悬浮物矿井水CODcr差异大，但CODcr是由于煤屑中有机碳分子的还原性所致，故一般需要要进行生化处理。
2.2.2 煤矿井废水处理工艺
我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。
2.3 工艺简述
2.3.1 预沉调节池
煤矿井下排水的水质、水量既具有相对的稳定性又存在一定的波动性。在实际运行中，经常会发现井下排水短时悬浮物含量异常波动的现象，悬浮物含量瞬时可高达平均值的几倍甚至数十倍，为了缓冲、均衡水质,确保处理站的安全稳定运行,在水处理工艺前端设置预沉调节池是十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面，而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存 在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水 处理设备能力使之更趋以合理。由此看出，该构筑物是水站的安全稳定运行，在水处理工艺前端设置预沉调节池是十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面，而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存在不一致,通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况,而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出,该构筑物是水处理工艺中较为重要的一个环节，设计中应引起足够的重视。
在矿井排水处理中,为了调节水量、均衡水质,水处理工艺的前端往往设有调
节池,由于该构筑物还具有一定的沉淀作用,故常常被称作为预沉调节池。合理的设置预沉调节池不仅能保证处理站安全、稳定、灵活的运行,而且能优化水处理设备能力，降低工程投资。
2.3.2 混凝沉淀系统
煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理悬浮物主要采用混凝沉淀法，这部分矿井煤泥水的主要特征是浓度高，所含固体颗粒细，灰分高，颗粒表面多带负电荷。由于颗粒带同号电荷，阻止颗粒间彼此接近聚合成大颗粒下沉，同时颗粒同周围水分子发生水化作用，形成水化膜，也阻止颗粒聚合，使颗粒在水中保持分散状态，此外，煤泥颗粒在水中还受布朗运动的影响。颗粒界面间的相互作用，使得煤泥水性质复杂化，不但有悬浮液的特性，还有胶体的某些性质，它集中了最细最难处理的微细粒级颗粒。
2.3.2.1 混凝处理矿井水机理研究
混凝处理是目前处理高悬浮物矿井水的主要技术之一。混凝是一项重要的物理化学水处理技术，在水处理、化工、选矿等行业中是关键的分离过程。特别是在水处理工艺中，混凝技术无论是作为主体澄清工艺，还是作为生化处理前的预处理或是生化处理后的深度处理手段，都是一个必不可少的步骤。混凝包括凝聚和絮凝过程，凝聚过程主要是通过加入的絮凝剂与水中胶体颗粒迅速发生电中和、双电层压缩而凝聚脱稳，脱稳颗粒再相互聚结而形成初级微絮凝体。絮凝过程则是促使微絮凝体继续增长形成粗大而密实的沉降絮体。混凝作用过程是水中胶体粒子聚集的过程，也就是胶粒成长的过程，而这个过程是在混凝剂的水解作用下进行的。因此，混凝作用机理与以下3个因素有关：胶粒性质、不同混凝剂在不同条件下的水解产物、胶粒与混凝剂水解产物之间的相互作用。混凝剂水解产物与胶粒之间的作用有4种，即压缩双电层、吸附一电中和作用、吸附一架桥作用和卷扫作用。
3、 压缩双电层作用
压缩双电层作用是指向水中投加混凝剂，增加反离子浓度，使胶体扩散层压缩，心电位降低，排斥势能也就随之降低。当混凝剂量继续增加、胶粒心电位逐渐降至零时，胶粒间排斥势能消失，此点称为。等电点“。
2)吸附一电中和作用
吸附一电中和作用指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状高分子带异号电荷‘的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而相互吸附。用吸附一电中和理论可以解释高价混凝剂水解引起的胶体脱稳，能够解释压缩双电层理论所不能说明的一些问题。
3)吸附架桥作用
吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶体相互吸附，但胶粒与胶体本身井不直接接触，而使胶体凝聚为大的絮凝体。还可以理解成两个大的同号胶粒中间由于有一个异号胶粒而连结在瘫：。吸附架桥理论指高分子物质对胶体的强烈吸附，体现在胶粒与胶粒之间的架桥联接作用。
4)卷扫作用
卷扫作用是当铝盐或铁盐投加量超过溶度积会产生凝絮状氢氧化物的沉淀，这些凝絮状氢氧化物具有巨大的网状表面结构，且带一定正电荷量，具有一定的静电粘附能力，因而在沉淀物牛成过程中，胶体颗粒可同时被粘附网捕在沉淀物中而迅速卷扫沉淀。
混凝过程实际是上述几种作用机理综合作用的结果，或是在特定水质条件以某种机理为主。混凝机理不仅取决于所使用混凝剂的物化特性，而且与所处理水质特性，如浊度、碱度、p H值以及水中各种无机或有机杂质等有关。
以上论述可知，煤矿矿井水中悬浮颗粒物超标情况较多。对于高悬浮物矿井水的处理主要是通过混凝沉淀处理，配以沉淀、澄清、过滤和消毒等工序。在处理过程中，混凝剂水解产物与胶粒之间的作用有压缩双电层、吸附一电中和作用、吸附架桥作用和卷扫作用。
2.3.2.2 高密度沉淀池
高密度沉淀池属于水处理领域中最先进的技术一族。高密度沉淀池是沉淀技术进化和发展的最新阶段，在水处理技术中，属于三代沉淀池中最新的一代。二十世纪二三是年代采用的是第一代沉淀技术——“静态车垫”；五十年代开发了称为“污泥接触层”的第二代沉淀池并投入使用；八十年代被称为“污泥循环型”的第三代沉底池登上了历史舞台，以密度沉淀池为代表。
3、 高密度沉淀池的原理
用沉淀筒实验说明，在充满悬浮物的量筒内进行沉淀观察，上端为自由沉淀，特点是悬浮物浓度低，颗粒小，沉降速度慢；下端主要是集团沉淀，特点是悬浮物凝聚，颗粒大，沉降速度快。所以要提高沉降速度，要求将悬浮物凝聚成大颗粒。
2、优点：
高你读沉淀池自20世纪90年代中期从欧洲引入国内。其特点是集良好的机械混合、絮凝、澄清和高效混合于一体，分离效率高、陪你水量低、占地面积小，出水浊度低。
3、特点：
z 最佳的絮凝性能，矾花密集、结实。在装置中回流一部分沉淀污泥至絮凝段，利用回流污泥与金水混合，使金水中的脱稳微粒与活性泥渣充分接触，再加上高分子助凝剂的吸附架桥作用，有利于使水中的脱稳微粒形成大颗粒絮凝，提高絮凝沉淀效果。
z 回流污泥中的混凝剂、助凝剂在絮凝池中得到充分利用，节约混凝剂及助凝剂的投加量。
z 沉淀池采用斜管沉淀，可达到泥水快速分离的目的，水力停留时间明显减少，使沉淀池的占地面积明显减少，节约工程费，经初步工程方案比较，相对于平流沉淀池，高效沉淀池可降低工程造价约20%。
z 斜板分离，水力配水设计周密，原水在整个溶气内被均匀分配。
z 提高的上升流速，上升速度在15~35m/h之间。
z 外部污泥循环，污泥从浓缩区到反应池。
z 集中污泥浓缩。高密度沉淀池排泥浓度较高
z 高你读沉底池具有以下优点：
z 优质的出水；
z 除去剩余的矾花；
z 适用于多类型的原水；
z 由于循环使污泥和水之间的接触时间较长，从而使耗药量低于其他的沉淀装置，在特点条件下达30%；
z 节约用地，高密度沉淀池的沉淀速度较高，它是世界上结构最紧凑的沉
淀池，结构紧凑减少了土建造价，并且解药安装用地
z 无以下负作用：原水水质变化，药处理率调节不好，关机后再启动流量变化；由于污泥循环，反应池中的污泥浓度保持不变。另外与原水中的污泥浓度相比，循环污泥的浓度较高，原水浓度的变化不影响处理效果，高密度沉淀池甚至在原水处于峰值浊度时也能工作；
z 很低的水量损失，外排的污泥浓度很高，与静态沉淀池相比，高你读沉淀池的水是损失非常低；
z 由于反应池和沉淀池之间的低速配水不会破坏，已形成的矾花颗粒，从而保持了矾花的完整性；
z 可实现对水进行软化；
z 结构简单，可紧挨其它构筑物修建。高密度沉淀池为三个单元的综合体：反应、预沉—浓缩和斜板分离。
4、工艺流程图
主要构件
反应池
预沉池—浓缩池
斜板分离池
5、应用范围
这种沉淀池可以广泛地应用于各个领域。例如：工业工艺水生辰及工业废水的特殊处理，例如回用水处理，硬度的去除；地下及地表水的沉淀和（或）软化；城镇污水的初级沉淀和(或)深度除磷；污泥浓缩。
2.3.3 砂滤净化系统
矿井废水经混凝沉淀后，水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体，利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中，它是混凝沉淀装置的后处理过程，同时也是活性炭吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池，采用自动虹吸原理达到反冲洗，不需要人工单独管理，操作简便，管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。
1、砂滤系统能起到如下作用：
(1)、进一步去除前处理单元未能去除的微细颗粒和胶体颗粒，进一步降低
浊度，并去除磷、COD、BOD、重金属、细菌、病菌，提高出水水质。
(2)、由于提高了悬浮物和其他干扰物质的去除率， 降低了消毒剂的用量， 消毒效果也得到加强。
(3)、作为后续离子交换、吸附、膜过程等处理装置的保护设备，过滤池可使它们免于堵塞，并提高它们的处理效率。
2、污水经过滤料， 其中污染颗粒被去除， 其净水原理如下。
(1)、机械隔滤
滤料是由大小不同的砂粒组成的， 砂粒之间的空隙就像一个筛子。当废水自上而下流过粒状滤料层时， 粒径较大的悬浮颗粒首先被截留，在表层滤料的空隙中， 随着滤料间空隙越来越小， 截污能力也变得越来越大，逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜并由它起重要的过滤作用。这种作用属于机械隔滤或筛滤作用。
(2)、沉淀作用
可以把滤料看成是一个层层叠起来的沉淀池，废水通过滤料层时，众多滤料表面提供了巨大的沉降面积，污水中的部分颗粒会沉淀到滤料颗粒的表面上而被去除。滤料越小，沉降面积越大；滤速越小，则水流越乎稳，这些都有利于悬浮物的沉降。
(3)、接触吸附作用
滤料由于具有巨大的表面积必然存在着较强的吸附能力，对悬浮物具有明显的物理吸附作用。污水在滤层弯弯曲曲的空隙中流动时，杂质颗粒与滤料接触频繁，从而被吸附到滤料颗粒表面。此外砂粒在水中常带有电荷， 能吸附带有相反电荷的胶体，从而在滤料表面形成带相反电荷的薄膜，并进而再吸附带电荷胶体，在滤料上发生接触絮凝。滤料颗粒越小，吸附和接触絮凝的效果也越好。
在过滤过程中， 污染物颗粒被去除的过程实际上是多种作用的综合结果(除以上三种作用外， 还包括扩散作用等其他作用)。
4、过滤及清洗过程
当废水经过滤料层时，较大的悬浮颗粒首先被截留下来，而细微悬浮物通过与滤料颗粒或已被吸附的悬浮颗粒接触，由于吸附作用而被截留下来。被吸附的杂质颗粒一部分可能由于吸附不牢而被水流作用剥离，但它马上会被下层的滤料
所吸附截留。随着过滤时间的延长，滤料颗粒表面的吸附量越来越大，空隙变得越来越小，从而使水流速度增加，在水流的冲刷下，被截留物也能被带到下一层。当滤层深处被截留的物质也变多时，甚至随水被带出滤层，这时出水水质变坏。因此系统需要及时清洗。
滤池工作一段时间后，滤料截留的污染物质趋于最大容量，这时就要对滤池进行定期清洗， 以恢复滤料层的工作能力。反冲洗是快滤池冲洗的主要办法， 从滤料层底部进水，逆工作时的水流对滤料进行冲洗。在很多情况下，反冲洗不能保证足够的冲洗效果，可以辅以表面冲洗，一般在滤料上层表面设置喷头，对膨胀起来的表层滤料进行强制冲洗。
本方案中设计砂滤作为：降低水的浊度＜5，降低水的污染指数SDI＜5。
2.3.4 UF系统 超滤(UF)是利用膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，与MF相比，其过滤精度更高，因而膜孔更小，膜孔径在0.1~5μm之间，实际的操作压力也比MF略高，一般为0.10.5MPa；UF更着重分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。
1、超滤工艺的特点 ①属于压力驱动器型膜过程；
②分离范围为相对分子质量1000~105（次方）的大分子物质和胶体物质，相应粒子直径5nm~ 0.1μm；
③分离机理一般认为是机械筛分原理；
④UF膜的形态为不对称结构；
⑤膜组件有形式有板式、卷式、管式、毛细管式及中空纤维式； ⑥ 过滤的方式一般为错流过滤；
⑦膜皮层厚度小于1μm，操作压力低，可不考虑渗透压的影响；
⑧易于工业化，应用范围广。
2、超滤的基本原理
在一定的压力作用下，含有大、小分子溶质的溶液流过UF膜表面时，溶剂和小分子物质（无机盐等）透过膜，作为透过液被收集起来，而大分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液被回收。
UF膜一般为非对称膜，由一层极薄的（ 0.1~1μm ）具有一定孔径的表皮层和一层较厚的（125μm左右）具有海绵状或指状结构的多孔层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。
UF过程中溶质的截留包括：在膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附等三种方式。
UF和MF的功能有所不同，MF多数是除杂，产物是过滤液；而UF着重是分离，产物既可以是渗透液，也可以是截留液或二者兼而有之。
2.3.5 消毒系统
二氧化氯消毒剂是国际上公认的含氯消毒剂中唯一的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，分枝杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。
二氧化氯的消毒性能：
1、高效、强力。在常用消毒剂中，相同时间内到同样的杀菌效果所需的ClO2浓度是最低的。对杀灭异养菌所需的ClO2浓度仅为Cl2的1/2。ClO2对地表水中大肠杆菌杀灭效果比Cl2高5倍以上。二氧化氯对孢子的杀灭作用比氯强。
2、 快速、持久。二氧化氯溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在。它在水中的扩散速度与渗透能力都比氯快，特别在低浓度时更突出。当细菌浓度在105~106个/mL时，0.5ppm的ClO2作用5分钟后即可杀灭99%以上的异养菌；而0.5ppm的Cl2的杀菌率最高只能达到75%，试验表明，0.5ppm的ClO2在12小时内对异养菌的杀灭率保持在99%以上，作用时间长达24小时杀菌率才下降为86.3%。
3、 广谱、灭菌。 ClO2是一种广谱型消毒剂，对一切经水体传播的病原微生物均有很好的杀灭效果。二氧化氯除对一般细菌有杀死作用外，对芽孢、病毒、异养菌、铁细菌、硫酸盐还原和真菌等均有很好的杀灭作用，且不易产生抗药性，尤其是对伤寒，甲肝、乙肝、脊髓灰质炎及艾滋病毒等也有良好的杀灭和抑制效果。ClO2对病毒的灭活比O3和Cl2更有效。低剂量的二氧化氯还具有很强的杀蠕虫效果。
4、 无毒、无刺激。急性经口毒性试验表明，二氧化氯消毒灭菌剂属实际无毒级产品，积累性试验结论为弱蓄积性物质。用其消毒的水体不会对口腔粘膜、皮膜和头皮产生损伤，其在急性毒性和遗传毒理学上都是绝对安全的。
5、 安全、广泛。二氧化氯不与水体中的有机物作用生成三卤甲烷等致癌物质，对高等动物细胞、精子及染色体无致癌、致畸、致突变作用。ClO2对还原性阴、阳离子和氧化效果以去毒为主（H2S、SO32-、CN－、Mn2+），对有机物的氧化降解以含氧基团的小分子化合物为主，这些产物到目前的研究为止，均证明是无毒害用的，并且ClO2使用剂量极低，因此用ClO2消毒十分安全，无残留毒性。其安全性是被世界卫生组织（WHO）定为AI级。
二氧化氯作为一个强氧化剂，它还具有除藻、剥泥、防腐、抗霉、保鲜、除臭、氯化及漂白色等多方面的功能，用途十分广泛。
二氧化氯灭菌消毒剂经美国食品药物管理局（FDA）和美国环境保护（EPA）的长期科学试验和反复论证，考验了ClO2对饮用水的处理效果后，被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品（肉类、水产品、果蔬）的防腐、保鲜、环境、饮水和工业循环及污水处理等方面杀菌、清毒、除臭的理想药剂，是国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品。
2.3.6 脱水系统
矿井水经过净化处理后，会产生大量的含水污泥，含水污泥中含粘土类物质多 、粒度细、粘度大，难以用常规方法脱水回收。因而选用了目前最有效的方法即采用压滤机处理，经压滤机处理后的滤饼固体率为≥25% 滤液中的SS仅为10g/L~20g/L，可以直接打入到混凝沉淀系统处理。
3、 厢式压滤机的原理及过程
当压滤机工作时,将所有滤板压紧在活动头板和固定尾板之间,使相邻滤板之间构成周围是密封的滤室,矿浆由固定尾板的入料孔给入。在所有滤室充满矿浆后,压滤过程开始,矿浆借助给料泵给入矿浆的压力进行固液分离。固体颗粒由于滤布的阻挡留在滤室内,滤液经滤布沿滤板上的泄水沟排出,滤液不再流出时,即完成脱水过程。此时,可停止给料,将头板退回到原来的位置,滤板移动装置将滤板相继拉开。滤饼依靠自重脱落。至此,完成了压滤过程。
2、厢式压滤机的特点
液压泵站、电机、电器控制箱分别装在油缸座和油箱体内，使机身、电器、液压三部分融为一体，机器安装调试后，只需接通电源即可投入使用。它具有造型美观、结构紧凑、占据空间小等突出优点，该系列的压滤机无论在运输、安装、使用等各方面既安全又方便。
3、厢式压滤机的结构
主要由固定头板，可移动的尾板，及在这两个端板间排列着滤板和滤布组成．所有的滤板都可以借助自己两侧的的把手搁挂在横梁上，，并可沿横梁作水平方向移动，活塞杆的前端与可动压紧板相联，当活塞在液压推动下推动压紧板，将所有滤板、滤布压紧在机架中，达到液压压紧工作压力后，用锁紧螺母锁紧而保压(机械保压)，关闭液压站电机后，即可进行过滤。
第3章 主要构筑物及设备
3.1 矿井水处理站供水系统水量分配图
3.2 调节预沉池
煤矿井下排水的水质、水量既具有相对的稳定性又存 在一定的波动性。在实际运行中，经常会发现井下排水短时悬浮物含量异常波动的现象，悬浮物含量瞬时可高达平 均值的几倍甚至数十倍，为了缓冲、均衡水质，确保处理站的安全稳定运行，在水处理工艺前端设置预沉调节池是 十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面,而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出，该构筑物是水站的安全稳定运行,在水处理工艺前端设置预沉调节池是 十分必要的。另外，井下涌水一般是通过井下排水系统排至地面,而井下排水系统与井下排水处理站的工况往往存 在不一致，通过调节池的设置不仅可协调井下排水系统与井下排水处理站的不同工况，而且可通过池容调节优化水处理设备能力使之更趋以合理。由此看出,该构筑物是水处理工艺中较为重要的一个环节。
在矿井排水处理中,为了调节水量、均衡水质,水处理工艺的前端往往设有调
节池,由于该构筑物还具有一定的沉淀作用,故常常被称作为预沉调节池。合理的设置预沉调节池不仅能保证处理站安全、稳定、灵活的运行,而且能优化水处理设备能力,降低工程投资。
预沉调节池的池容与井下小时排水量、井下排水时间以及处理站小时处理水量等因素有关。当井下排水系统设计工况一定时,其井下小时排水量、排水时间就是一定的，预沉调节池的池容仅与处理站小时处理水量有关，当水处理设备的小时能力越大时,调节池的 池容就越小,反之就越大。在利用上式计算时,预沉调节 池的池容大小还应结合处理场地的大小、工程投资等因素综合予以考虑,设计中既要防止预沉调节池偏小造成水处理设备偏大，水处理设备长时间“闲置”的状况，又要防止预沉、调节池偏大造成占地面积过大的现象。 3.2.1 预沉调节池设计
预沉池设计 日进水流量Q 最大涌水量Q
Q=48000m³/d=2000m3/h Q=3400m3/h
预沉淀池尺寸不包含超高),超高0.3m 结构 数量 有效容积 调节池部分
尺寸不包含超高),超高0.5m 结构 数量 有效容积
钢砼 1座 2160m3 钢砼
5座(保证最大涌水过程系统运行正常) 3840m3
3.2.2 主要设备
设备名称
(1)行车式刮泥吸泥机
(2) 超声波液位计 (3) 潜水搅拌器
参数
材质SS304，行车P0.75kw,吸泥机P0.75kw， 量程0~8m
搅拌速率480rpm,Pn5.5kw,
数量（台或个）
备注
设备名称 参数 材质SS304
数量（台或个）备注
(4)调节池进水阀 (5)电磁波流量计
电动浆液阀 DN400 1.6MPa DN400 Q300~700m3/h 分体式
3.3 高效自动化净水系统——高密度沉淀池
高效自动化净水系统——高密度沉淀池。高密度沉淀池是在传统的平流沉淀池基础上．充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论．对混凝、强化絮凝、
=斜管沉淀3个过程进行优化，通过投加不同的药剂．可以去除部分悬浮物和有机
污染物．以降低后续处理构筑物的负荷。具有水力负荷高(就相同沉淀面积而言。斜管沉淀的沉淀效率是普通沉淀池的8～10倍1、占地面积少、启动时间短(一般
混合区 日进水流量Q 回流污泥量Q
Q=24000m³/d=1000m3/h, Q=20m3/h
其它液(滤液，清洗液100m3/h(最大流量) 混合区尺寸 混凝区 混凝区尺寸 缓冲区 缓冲区尺寸 沉淀区
沉淀区沉淀部分尺寸不包含超高),超高0.3m 设池底径向坡度i 污泥斗上口直径 污泥斗下底直径 泥斗高度 设池底径向坡度i
0.05 2m 1m 0.87m 0.05
6.5m×1.8m×6m 6.5m×6.5m×6m 6.5m×3.0m×6m
泥斗以上池底污泥厚度h1 结构 数量
0.24m 钢砼 1座
3.3.2 主要设备
设备名称
(1)液下桨叶式搅拌器
(2)液下桨叶式搅拌器 (3)刮泥机 (4)沉淀区斜板模板(5)回流泵 (6)电磁流量计 (7)出水堰 (8)干粉自动投加机
参数
搅拌棒长度4m,材质SS316，桨叶直径2.4m，Pnkw
搅拌棒长度4m,材质SS316，桨叶直径3m，Pnkw刮泥机直径11.5m,Pnkw 非标
螺杆泵Q20m3/h,H15m,Pnkw 工作流量20m3/h, 非标
料斗1m3，投加量10~15kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw
料斗0.25m3，投加量0~3kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw 非标
起重重量2吨，H3m,Pn3kw
，
数量（台或个）
备注
1套 2(1用1备)
1套
(9)自控泡药加药机(10)干粉自动投加机
(11)自控泡药加药机
(12)加药平台 (13)自动上料装置
1
1
(14)电动浆液阀材质SS304
3.4 砂滤系统
重力式无阀滤池，是因过滤过程依靠水的重力自动流入滤池进行过滤或反洗， 且滤池没有阀门而得名的。含有一定浊度的原水通过高位进水分配槽由进水管经挡板进入滤料层，过滤后的水由连通渠进入水箱并从出水管排出净化水。当滤层截留物多， 阻力变大时， 水由虹吸上升管上升， 当水位达到虹吸辅助管口时， 水便从此管中急剧下落， 并将虹吸管内的空气抽走， 使管内形成真空， 虹吸上升管中水位继续上升。此时虹吸下降管将水封井中的水也吸上至一
定高度， 当虹吸上升管中水与虹吸下降管中上升的水相汇合时， 虹吸即形成，水流便冲出管口流入水封井排出， 反冲洗即开始。因为虹吸流量为进水流量的倍， 一旦虹吸形成，进水管来的水立即被带入虹吸管， 水箱中水也立即通过连通渠沿着过滤相反的方向， 自下而上地经过滤池， 自动进行冲洗。冲洗水经虹吸上升管流到水封井中排出。当水箱中水位降到虹吸破坏斗缘口以下时， 虹吸破坏管即将斗中水吸光， 管口露出水面， 空气便大量由破坏管进入虹吸管， 破坏虹吸， 反冲洗即停止， 过滤又重新开始。
重力式无阀滤池的运行全部自动进行， 操作方便， 工作稳定可靠， 结构简单， 造价也较低， 较适用于工矿、 小型水处理工程以及较大型循环冷却水系统中作旁滤池用。该滤池的缺点是冲洗时自耗水量较大。
重力式无阀滤池结构示意图
1、 进水分配器；2、进水管；3、虹吸上升管；4、顶盖；5、挡板；6、滤
料层；7、承托层；8、配水系统；9、底部空间；10、连同渠；11、冲洗水箱；12、出水管；13虹吸辅助管；14、抽气管；15、虹吸下降管；
16、水封井；17、虹吸破坏斗；18、虹吸破坏管
3.4.1 砂滤系统设计
日进水流量3/h 缓冲水池(接高密度沉淀池出水)
有效容积3
缓冲池结构×10m×5m
结构 数量 无阀砂滤系统 砂滤结构 结构 数量
出水缓冲池(满足反洗需要)
钢砼 1座(地埋式)
Ф8m×7m 碳钢 2座
有效容积3
出水缓冲池结构×10m×5m 结构 数量
钢砼 1座
3.4.2 主要设备
设备名称 (1) 进水泵 (2)超声波液位计 (3)电磁流量计 (4)无阀过滤器 (5)反洗泵 (6)排水泵 (7)超声波液位计
参数
卧式离心泵,Q550m3/h,H15m,Pnkw 量程0~8m 工作流量550m3/h, 处理水量Ф8m×7m,碳钢
数量（台或个）3(2用1备)
备注
550m3/h, 3(2用1备)
潜水泵，Q180m3/h,H55m,Pnkw 潜水泵，Q550m3/h,H15m,Pnkw 量程0~8m
3.5 中间水池
中间水池有效容积3
中间水池尺寸×13m×6m(不包含超高),超高0.5m 结构 数量
钢砼 2座
3.6 污泥脱水系统
污泥处理的目的是使污泥减量、稳定、无害化、及综合利用。通常使用的单
元工艺过程有：浓缩、稳定、污泥调节、脱水。污泥经浓缩后尚有约98%～99%的含水量，体积仍很大。根据业主提供的水质，废水中的SS的含量400～1500mg/L，它是物化系统处理过程中产生污泥量的主要来源，根据工艺系统的处理过程，污泥产生的单元主要有预沉池系统、高密度沉淀池系统及过滤系统，每天产生的污泥量约为 (按1000mg/L计算，干基质的量)48000kg/d,按照未脱水前含水率98%(经过重量浓缩后)，则湿污泥的产量为2400m3/d
为了综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理。脱水的作用是去除存在于污泥颗粒间以及颗粒内的水，从而使液态的污泥的物理性能改变成半固态、理想的脱水应当是最大限度地把水去除，同时污泥的固体颗粒则应当全部保留在脱水后的泥饼上。 3.6.1 污泥系统设计
集泥池(本次一次性建成)
集泥池尺寸×6m×5m(不包含超高),超高0.5m 结构 数量
污泥浓缩池(本次一次性建成) 污泥浓缩池尺寸 结构 数量
滤液池(本次一次性建成)
滤液池尺寸×8m×5m 结构 数量
钢砼(地埋) 1座 Ф15m×10m 钢砼(半地埋) 1座 钢砼(地埋) 1座
3.6.2 系统主要设备
设备名称 (1)集泥池提升泵
参数 泥
浆
泵
，
数量（台或个）2(1用1备)
备注
Q100m3/h,H15m,Pnkw
(2)超声波液位计 (3)螺杆泵
量程0~8m
Q45m3/h,H20m,Pnkw
6(4用2备)
设备名称
(4)全自动厢式压滤机
(5)干粉投药机
参数
单次处理量45m3,Pnkw
数量（台或个）4
备注
工作次数6次，每次2.5h
料斗
1m3，投加量
1 PAC投加装置
10~15kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
(6)自控泡药加药机(7)干粉自动投加机
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw
料斗0.5m3，投加量0~5kg/h,Pn0.1kw,材质SS304
溶药量250L/h,加药量250L/h,Pn1kw 输送量32m3/h,Pnkw
1 1
PAM投加装置
(8)自控泡药加药机(9)胶带输送机
1 4
水平安装，满足厢式压滤机污泥输送
(10)胶带输送机
输送量45m3/h,Pnkw
2 水平一个，倾斜安装一个，满足污泥装车
(11)加药平台 (11)滤液提升泵
非标 潜
污
泵
，
2(1用1备)
Q100m3/h,H15m,Pnkw
(12)超声波液位计
量程0~8m
3.7 深度处理超滤系统 3.7.1 设计参数
处理量3/h 单位处理系统3/h 设计系统
平行2套(便于检修维护)
3.7.2 集成超滤主要设备
设备名称 (1)电动蝶阀 (2)超滤进水泵
参数
数量（套、台、个）
DN200,材质SS304
离心泵Q120m3/h,H28m,Pnkw
2
3(2用1备)
放在泵房 备注
(3)膜架 (4)保安过滤器 (5) 电磁流量计
个）
不锈钢，非标过滤孔径≤200u,流量150m3/h,材质不锈钢
工作流量120m3 进水管道 放空管道
(6) 电磁阀材质(7) 电磁阀材质(8) 膜元件
膜组件型号HFU1020,材质PVDF,
耐压外壳PVC,PN300kPa, 单位膜面积29m2, 进水浊度≤30NTU
(9)不锈钢管箍 (10)不锈钢管箍 (11)固定带和鞍座 (12)化学清洗罐 (13)化学清洗泵 (14)电磁流量计 (15)空气压缩机,带冷干机
Ф90，材质 Ф75，材质 固定带8寸，材质SS304,鞍座8寸，材质橡胶
容积3m3,材质离心泵，Q60m3/h,H24m,Pnkw
工作流量60m3风量2.2m3/min,抽口风压240kpa,Pnkw
(16)电磁阀材质进气管道
(17)电磁阀材质排气管道
(18)反洗泵 离心泵，Q150m3/h,H24m,Pnkw
(19)流量计
工作流量150m3
(20)电磁阀材质反洗管道
(21)电磁阀材质排水管道
(22)化学加药泵
隔
膜
计
量
泵
个）
Q500L/h,H30m,Pn0.75kw
(23)产水罐
容积20m3,材质PE，出水自溢
1
满足反洗需要
(24)流量感应器 (25)pH传感器 (26)压力传感器
转轮式，工作流量100~120m3/h,承压0.3mPa
管道安装， 管道安装
(27)温度传感器℃(28)PLC控制柜2
3.8 生产泵房设备
设备名称 (1)电动蝶阀 (2)生产水泵 (3)电动蝶阀 (4) 供水泵 (5)手动单轨起重小车
参数
DN300,材质SS304 离
泵,Q150m3/h,H32m,Pnkw DN400,材质SS304
离心泵Q300m3/h,H28m,Pnkw起重重量3t，起重高度9m,P1.7kw
2(1用1备心
数量（台或个）
备注
2(1用1备3.9 消毒系统 3.9.1 消毒池
消毒池有效容积3
消毒池尺寸×4m×4m,超高0.5m 结构 数量
钢砼 1座
3.9.2
设备名称
(1)二氧化氯发生器成套设备
参数
有效氯产量2000g/L，P7.5kw
数量（台或个）1
备注
包含余氯监测系统
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