某矿井水处理站处理至地表水Ⅲ类工艺方案设计
关键词：矿井水；臭氧-生物活性炭；Ⅲ类水水质
1 处理规模及水质特征处理规模为5000m3/d，即250m3/h（日工作时间20h）。
1.1 进水水质
(1)本工程设计进水pH值7.23～7.81，基本属于中性矿井水。
(2) 矿井水SS 和COD 超标且波动幅度大，SS范围在6 6～5 6 5 0 mg/ L，结合现场产泥量了解，本矿井水的悬浮物并不是特别高，悬浮物暂时升高可能与井下清仓等生产行为有关。
(3)NH3-N超标，主要因为井下人为活动形成。
(4)石油类超标，主要因为井下生产机械使用乳化液的原因，矿井水沿地面径流后，石油类也随之汇入矿井水。
(5)锰、氟化物超标，主要与当地的地下水质特点有关。
(6)测BOD5指标5.0mg/L，分析原因主要由于井下人为生活等活动，可能会引起矿井水BOD5指标略微升高。
1.2 设计出水水质
出水水质需满足《地表水环境质量标准》GB3838-2002中的Ⅲ类水水质要求。
2 处理工艺选择
（1）设计确定的进水水质与地表水环境质量Ⅲ类标准对比，进水水质主要超标项目为SS、COD、BOD5、氨氮、氟化物、石油类、铁、锰等。
（2）根据上述特点知，系统进水水质可生化性差，不利于直接采用生化法进行深度处理，BOD5、NH3-N等指标可通过臭氧-活性炭、吸附等工艺去除。
（3）COD超标主要是由煤粉引起的，由水中还原性碳元素所致，一般随着悬浮物的去除COD能随之而去除，可通过混凝沉淀、过滤、超滤等工艺去除；剩下的CODcr主要由难降解有机物、细小无机的还原性煤粉组成。还原性煤粉为非常细小的微米级颗粒物或胶体，对其去除需要采用微米级的过滤工艺；难降解的有机物需要通过强氧化剂的氧化将其分解为小分子有机物，通过生物作用或吸附手段将其去除。
（4）石油类超标主要因为井下使用乳化液的原因，大部分非溶解性石油类已通过前端混凝、沉淀、过滤去除，胶体状石油类可通过超滤去除、溶解性石油类可通过气浮、臭氧氧化分解后经生物活性炭等工艺去除。
（5）铁锰可通过前端曝气后经锰砂过滤器去除。
（6）氟化物可通过沉淀法、吸附、反渗透等工艺去除。
（7）对于深度处理，表1为上述三种污水深度处理工艺出水水质、工艺优缺点、运行管理及成本等方面的对比。
3 核心处理单元技术参数
3.1 处理车间
（1）预沉调节池：设预沉调节池一座，钢筋混凝土结构，有效调节时间为6h，分两格，单格尺寸为25.3×8.0m，有效水深3.5m，池底纵坡0.01，每格设二个污泥斗，调节池上端设平流式刮泥机2台，末端设提升泵3台（2用1备），排泥泵4台，定时将污泥排入污泥浓缩池。
（2）污泥浓缩池：设置直径6m污泥浓缩池一座，半地下式钢筋砼结构，设置中心传动浓缩机1台。
（3）污泥脱水间：污泥脱水间设压滤机入料泵2台（1备）、板框压滤机2台，絮凝剂投加系统1套。
3.2 深度处理间
3.2.1 预处理区
（1）高密度澄清池：高密度澄清池采用碳钢防腐设备，共2套，每套由三个主要部分组成：反应池、浓缩池和斜管分离池。
主要设计参数：混凝反应池停留时间15s，絮凝反应池停留时间20min，有效水深为5.7m；澄清区表面负荷5.1m3/m2·h。
（2）除铁除锰过滤器，4台，φ3200mm，过滤滤速7.8m/ h，冲洗强度：15L/m2·s，反冲洗历时15min。
3.2.2 深度处理区
（1）泵坑：泵坑采用钢筋混凝土地下结构，位于深度处理车间地下，主要设置锰砂过滤器提升泵、除氟过滤器冲洗泵（和锰砂过滤器反洗泵共用）、活性炭过滤器提升泵、活性炭过滤器反洗泵、超滤反洗泵、除铁鼓风机、活性炭反洗鼓风机（备用泵利用除铁鼓风机备用）以及潜污泵等装置。
（2）除氟系统：本系统配置3台Φ3200高效碳基磷石灰石除氟过滤器，4用1备，设计滤速7.7m/h。即采用4并联运行，连续进水、连续出水，1台再生备用，每套过滤器配备在线测氟计，进水总管设pH仪。同时，配备除氟调酸系统、除氟再生系统、高氟废水化学预沉器、再生废水钙基化除氟加药装置等配套设施。
（3）臭氧活性炭系统：包括2.0kg/h臭氧发生装置2套及空气源制备装置、尾气处理装置等配套装置。
（4）生物活性炭过滤器：臭氧接触池出水经提升送至生物活性炭过滤器。生物活性炭滤池采用碳钢防腐材质，共4台，单台主要设计参数：φ3200mm，空床滤速7.8m/h，空床接触时间15min，强制滤速 10.4m/h，超高0.3m，滤层上水深1.5m，活性炭层厚度2.0m，承托层厚度0.3m，配水系统高度1.0m，活性炭过滤器总高度5.1m。
（5）平超滤装置：主要包括超滤装置（设置2套微超滤组合装置，每套设备产水量为125m3/h，通量为40.4L/ m2·h，单套42支80m2的膜，并联运行，系统设计回收率大于92%）、自清洗过滤器及加药装置等。
（6）消毒装置采用管式紫外线消毒设备消毒。
3.3 组合水池
（1）中间水池：1座，高密度澄清池出水进入中间水池，中间水池兼做氧化曝气池，通过曝气使废水和空气中所含氧气充分混合，具备了二价铁氧化为三价铁的条件，出水提升至锰砂过滤器，尺寸5.8×3.6×6.8m，有效水深5.0m。
（2）UF产水池：1座，超滤系统出水进入UF产水池，尺寸5.8×3.6×6.8m。
（3）臭氧接触池：除氟滤池出水进入臭氧接触池，臭氧曝气装置采用微气泡曝气头形式，设于接触池底部。每座臭氧接触池设3个臭氧投加点，投加比例顺水流方向分别为50%，30%，20%。布气导管的材料为 316L 不锈钢，密封材料为 PTFE，臭氧投加量按3.5mg/L设计。
主要设计参数：臭氧接触时间15min，有效水深6.0m，第一段接触时间3.0min，第二段接触时间5.5min，第三段接触时间6.5min；第一段臭氧投加量1.75mg/L（占总投加量50%），第二段臭氧投加量1.05mg/L（占总投加量30%），第三段臭氧投加量0.70mg/L（占总投加量20%）。
3.4 组合水池2
（1）污泥池：高密度澄清池剩余污泥排入污泥池，内设潜污泵和搅拌器。
（2）反冲洗集水池：锰砂过滤器、除氟过滤器的首次反冲洗水、活性炭过滤器反冲水排入反冲水集水池，内设排水泵，将反冲水排入预沉调节池，循环处理。
（3）废液池：除氟过滤器的二次反冲洗水（终冲洗）、再生后的除氟水及滤罐放空水排入废液池，内设排水泵，将废液提升至高氟废水化学预沉器处理，设在线pH计1台。
4 主要经济指标项目总造价为1998.25万元，直接运行费用约为1.50元/m3。
5 结语
针对矿井水处理为地表水环境质量标准Ⅲ类的案例，处理标准远远高于煤炭工业排放标准，仅靠传统的混凝、沉淀+过滤不能满足要求，需要根据进水矿井水指标，选择合宜的处理方案，方能达到预期的处理目标。
参考文献[1]崔玉川,员建,陈宏平.给水厂处理设施设计计算[M].北京:化学工业出版社,2004.
作者简介赵宇鹏（1984—），男，2010年7月毕业于太原理工大学环境工程专业。工程师，工作于煤炭工业太原设计研究院。