矿井废水处理

水污染控制工程课程设计

题 目：神木某矿井废水处理工艺设计

学 号 2009302996

姓 名 张成君

指导教师 孙 伟 民

设计成绩________________________

水污染控制工程课程设计任务书

一、课题名称：

神木某矿井废水处理工艺设计 二、设计任务：

根据有关部门批准的任务书，拟在神木某煤矿新建一座污水处理厂，对该矿的采煤废水进行处理工艺设计，设计范围包括方案选择、工艺设计计算、污水厂平面布置和高程布置。 三、设计资料：

1、设计水量：2400m3/d

2、进水水质： CODcr=150mg/L，铁=25mg/L，SS=500mg/L, ，色度=500倍，pH=4～5

3、要求污水经过处理后，出水水质全面达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）中规定的采煤污水污染物排放限值，即CODcr ≤50mg/L、SS≤50mg/L、石油类≤5mg/L，总铁≤6mg/L, pH=6～9。 四、要求：

1、进行该污水厂方案论证与设计； 2、进行污水处理厂工艺初步设计

3、写出设计说明、计算书，字数不少于5000 字。

4、绘出污水处理厂工艺流程图、工艺总平面布置图、工艺高程图、及主要构筑物单体图。 五、设计时限：两周 六、设计进度

1、设计动员，布置任务，提出要求，强调纪律，准备设计室和制图工具（时间1d ）。

2、文献查阅，方案论证与工艺设计（时间ld ）。 3、工艺设计计算（时间3d ）。 4、 绘制图纸（时间3d ）。

5、编写设计计算书和工艺说明书（时间ld ）。 6、答辩、讲评（时间1d） 七、推荐参考文献

《 给水排水设计手册》 、《环境工程设计手册》、《 三废处理工程技术手册》 （废水卷）、《 排水工程》 、《 实用水处理设备手册》、《 水污染控制工程》、《积水排水》、《环境工程》、《中国积水排水》教材、其他相关书籍及刊物。

摘要：矿井废水是煤矿工业的主要污染，其主要污染物质为煤尘（SS），浓度会超过《煤炭工业污染排放标准》，如不治理，将会对地表水体产生一定污染影响。神木的主要经济来源便是煤炭工业，现拟建立一座污水处理厂，用于处理神木某煤矿的矿井废水。考虑到煤尘是矿井废水的主要污染物，故采用物化法处理废水，具体采用了加药混凝沉淀、过滤和加氯消毒等方法去除水中杂质。混凝剂采用PAC和PAM，主要是通过重力无阀滤池的反冲洗水加入调节池中。对于废水pH值的要求，也是通过在调节池中加药达到。经过粗细两重格栅去除矿井废水中较大的污染物后，污水需经过一个永磁分离器，以去除废水中的铁以及其他磁性污染物，以达到对于铁的浓度的处理要求。此后，污水进入斜管反应沉淀池，在此可以达到降低CODcr、色度以及去除石油类物质的目的。紧接着采用重力无阀滤池对污水进行过滤，剩余污泥输送到污泥浓缩池进行污泥浓缩，最后制成的煤泥饼可被用作燃料等用途，因此可被外运。经过无阀滤池之后的污水最后会进入加氯空置间，在加氯池进行加氯消毒，最终达到处理要求及排放标准，被排除。

工艺的设计包括工艺流程、构筑物设计尺寸、功能、设计参数、设备选型、工艺设计特点等。

关键字：矿井废水 斜管反应沉淀池 重力无阀滤池

目录

第1章 设计说明书.................................................................................................... 2

1.1 概述............................................................................................................... 2 1.2 污水水质及出水要求................................................................................... 2 1.3 设计原则....................................................................................................... 2 1.4 废水的处理程度........................................................................................... 3

COD处理程度及日需处理量 ...................................................................... 3 总铁处理程度及日需处理量........................................................................ 3 ss处理程度及日需处理量 ........................................................................... 3 1.5 污水处理方案的选择................................................................................... 3 1.6 平面布置及高程布置................................................................................... 4

平面布置........................................................................................................ 4 高程布置 ....................................................................................................... 5 1.7 主要水工构筑物设计参数及设备选型....................................................... 6

主要水工构筑物设计参数............................................................................ 6 设备选型........................................................................................................ 6

第2章 设计计算书.................................................................................................. 7

2.1 设计污水量................................................................................................... 7 2.2 格栅............................................................................................................... 7

2.2.1粗格栅：............................................................................................... 7 2.2.2细格栅................................................................................................... 8 2.3 调节池及提升泵......................................................................................... 10

2.3.1池子的有效容积计算：..................................................................... 10 2.3.2工艺尺寸：......................................................................................... 10 2.3.3提升泵的选择：................................................................................. 10 2.4 永磁分离器................................................................................................. 10 2.5 斜管反应沉淀池......................................................................................... 11

2.5.1池子水面面积F，m2： ..................................................................... 11 2.5.2池内停留时间t，min： .................................................................... 11 2.5.3污泥部分所需的容积V，m3： ........................................................ 11 2.5.4污泥斗容积V1，m3： ....................................................................... 12 2.5.5沉淀池总高度H，m：...................................................................... 12 2.6 重力无阀滤池............................................................................................. 12

2.6.1已知条件：......................................................................................... 12 2.6.2设计计算............................................................................................. 13 2.7 加氯空置间................................................................................................. 15 2.8 污泥浓缩池................................................................................................. 15

2.8.1浓缩池直径：..................................................................................... 16 2.8.2浓缩池工作部分高度h1： ................................................................ 16 2.8.3浓缩后污泥体积：............................................................................. 16

第3章 结束语........................................................................................................ 16

附录1 工艺平面布置图 附录2 工艺流程图 附录3 工艺高程图 附录4 斜管反应沉淀池 附录5重力无阀滤池

第1章 设计说明书

1.1 概述

根据有关部门批准的任务书，拟在神木某煤矿建一座污水处理厂，对该矿的采煤废水进行处理工艺设计。设计需写出设计说明、计算书，并绘出污水处理厂工艺流程图、工艺总平面布置图、工艺高程图、及主要构筑物单体图。

矿井废水的主要污染物是煤尘（SS），此外还有CODcr、铁、石油类物质等污染物，因此主要是通过沉淀和过滤来去除污水中的SS，并通过加混凝剂、加中和药剂以及加氯来提高出水水质，而对于铁的去除，则运用永磁分离器来去除。

1.2 污水水质及出水要求

水质及排放标准

进水水质 排放标准 CODcr (mg/L) 105 色度（倍） SS(mg/L) pH 总铁石油类（mg/L） （mg/L） 25 500 500 4～5 ≤50 ≤50 6～9 ≤6 ≤5 要求污水经过处理后，出水水质全面达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）中规定的采煤污水排放限值，具体见上表。

1.3 设计原则

根据排出的废水中污染物进行分析比较,结合要求达到的处理后排放水的水质标准,提出技术先进､工艺可靠及经济合理的工艺方案｡

吸取国内外有关矿井废水处理的经验与教训,改进本工程设计,提高工程质量｡设计力求达到节能､低耗,且操作简便,占地面积少,施工方便,投资省｡以环保法规为依据,确保废水处理后达标排放。执行标准及遵循的规范：

2

《中华人民共和国环境保》

《中华人民共和国水污染防治法》 《污水综合排放标准》（GB78-1996） 《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）

1.4 废水的处理程度

废水中污染物去除率总程度的计算如下: COD处理程度及日需处理量

CODη=(150－50)/150×100%=66.7%

COD=(150－50)×2400×10－3=240kg/d 总铁处理程度及日需处理量

CFeη=(25－6)/25×100%=76%

CFe=(25－6)×2400×10－3=45.6kg/d ss处理程度及日需处理量

SSη=(500－50)/500×100%=90%

SS=(500－50)×2400×103=1080kg/d

－

1.5 污水处理方案的选择

针对本工程实际，矿井废水中的主要污染物是煤尘（SS），因此考虑采用物化处理方法来对该煤矿产生的废水进行处理。首先是设立粗格栅和细格栅两重格栅，从而去除了煤矿废水中较大的污染物质。在粗格栅和细格栅之间设立调节池，以调节水量。由于出水水质的pH值较低，因而还需在调节池中加入碱性中和药剂，以降低污水的pH值，使其达到出水水质的pH值的要求。此外，在流入调节池中的来自后续处理设施的反冲洗水中还加入PAC、PAM等混凝剂，以增强沉淀过滤进程中污染物的去除效率。由于在出水水质的要求中有对总铁含量的要求，而铁又是磁性物质，故在细格栅之后，设立一个永磁分离器，对污水中的铁进行去除。沉淀池采用斜管反应沉淀池，不仅可以达到煤尘的沉淀效果，还可以降低CODcr、色度，以及去除石油类物质。滤池采用的是重力无阀滤池，具有较高的去除效果。到这一步时，剩余污泥被输送到污泥浓缩池中进行浓缩，浓缩后，上清液回流到细格栅中，而其他的污泥则会经处理后

3

外运，用作其他用途。经过无阀滤池之后的污水会流经加氯空置间，在加氯池中通过添加氯气的方式被消毒。消毒后，污水被排除，整个处理工艺完成。

因此，由以上分析，本方案可采取如下的工艺流程： 矿井废水 细格栅 出水 加氯控制间及加药间 上清液回流 污泥浓缩池 煤泥饼外运 调节池及提升泵 粗格栅 永磁分离器 斜管反应沉淀池 重力无阀滤池 反冲洗水 加PAC、PAM 1.6 平面布置及高程布置

平面布置

1、单元构筑物的平面布置原则

处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在做平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水里要求，结合地形和地址条件，确定他们在厂区内平面的位置。对此，应考虑：

1 贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠，使之便捷、直通，避免迂回曲折。 2 土方量做到基本平衡，并避免开劣质土壤地段。

3 在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、沼气贮罐等，其间距应按有关规定确定。

4 各处理构筑物在平面布置上，应考虑尽量紧凑。

5 污泥处理构筑物应尽可能单独布置，以方便管理，应布置在厂区夏季主导风向的下风向。

4

2、管、渠的平面布置原则

1 在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。此外，还应设有能使各构筑物运行的管、渠，当某一处理构筑物因故停止工作时，其后接处理构筑物仍能够保持正常的运行。

2 应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。

3厂区内还应设有空气管路、沼气管路、给水管路及输配电线路。这些管线有的敷设在地下，但大都在地上，对它们的安排，既要便于施工和维护管理，又要紧凑，少占用地。 3、平面布置 见平面布置附图 高程布置

1、高程布置的原则

1 认真计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物、计量设备及联络管渠 的水头损失；考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某座构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。

2 避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自 流。

3 在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬 程，以降低运行费用。

4 应尽可能使污水处理工程的出水管渠高程不受水体洪水托顶，并能自流。 5 高程布置时，还应考虑污水流程与污泥流程的配合，尽量减少污泥的提升，在确定污泥干化厂，污泥浓缩池，消化池等构筑物的高程时，因注意它们的污泥能自动流入到污水处理构筑。 2、高程布置 见高程布置附图。

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1.7 主要水工构筑物设计参数及设备选型

主要水工构筑物设计参数

A. 斜管反应沉淀池：

有效容积V=153.86m3 ，有效高度为h=5.69m，超高0.3m； 斜管反应沉淀池为一座，尺寸为5.2×5.2×5.99m，池体为正方形。 B. 重力无阀滤池：

有效容积V=84.28m3 ，有效高度为h=4.2m，超高0.2m；

生物接触氧化池为一座两格，每座尺寸为3.13×3.13×4.5m，池体为正方形。 设备选型

水泵：150QW140-7-5.5 型号：150B415 (带耦合器) 数量：2台(一用一备) 流量：140m3/h,扬程：7m 功率：5.5 kW

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第2章 设计计算书

2.1 设计污水量

污水量：

Q=2400 m3/d=1000 m3/h=0.028m3/s

2.2 格栅

2.2.1粗格栅：

（1）栅条间隙数

设栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.8m/s，栅条间隙宽度b=0.025m，格栅倾角α=60°。

，取n=3个

（2）栅槽宽度 设栅条宽度

，

（3）进水渠道渐宽部分长度

设进水宽度B1=0.09m，其渐宽部分展开角度α1=20°（进水渠道内的流速为0.77m/s）

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

（5）通过格栅的水头损失

设删条断面为锐边矩形断面，则形状系数β=2.42；格栅受污物堵塞后，水头损

7

失增大倍数系数k=3；重力加速度g=9.81m2/s；

基本满足规范，可以接受 （6）栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2=0.3m

（7）栅槽总长度

格栅前槽高

格栅的总长度

（8）每日栅渣量

中隔栅单位体积污水栅渣量W1取0.06m3/（103m3污水）；污水流量总变化系

数Kz =1.5

0.16m3/d < 0.2m3/d，可以采用人工清渣 2.2.2细格栅

（1）栅条间隙数

设栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.8m/s，栅条间隙宽度b=0.01m，格栅倾角α=60°。

，取n=7个

（2）栅槽宽度 设栅条宽度S=0.01m

8

（3）进水渠道渐宽部分长度

设进水宽度B1=0.08m，其渐宽部分展开角度α1=20°（进水渠道内的流速为0.77m/s）

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

（5）通过格栅的水头损失

设删条断面为锐边矩形断面，则形状系数β=2.42；格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数系数k=3；重力加速度g=9.81m2/s；

满足0.2m-0.5m，可以接受 （6）栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2=0.3m

（7）栅槽总长度

格栅前槽高

格栅的总长度

（8）每日栅渣量

中隔栅单位体积污水栅渣量W1取0.1m3/（103m3污水）；污水流量总变化系

数Kz =1.5

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0.16m3/d＜0.2m3/d，宜采用人工清渣。

2.3 调节池及提升泵

采用均量调节池 2.3.1池子的有效容积计算：

假设设计计算流量；水力停留时间；水量变化系数k=1.2

则有效容积2.3.2工艺尺寸：

取水深4米，超高h=0.4m，则池的表面积

采用方形池，池长l与池宽b相等，则池体采用规格为4.4m×17.3m×17.3m 在池底设集水坑，水池底以i=0.01的坡度坡坡向集水坑 2.3.3提升泵的选择：

调节池集水坑内设两台自动搅匀潜污泵，一用一备，选用DW型潜污泵，泵的基本参数为：

流量Q=140m3/h，扬程H=7m，功率N=5.5Kw。

2.4 永磁分离器

永磁分离器的主要组成部分有：带有流道的箱体、安置于链条上的磁块、非导磁材料的外壳、传动轴以及非磁性材料的导向板。含有磁性颗粒的污水从箱体的流道上口流入。其中磁性悬浮物被磁块吸附在非导磁的外壳上随磁块移动，到分离器顶部，由导向板进行分离，净水从流道的下口流出。

主要参数：

磁场强度：大于2200高斯

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流道长度：0.8m 流道高度：0.03m 流道宽度：0.4m

2.5 斜管反应沉淀池

2.5.1池子水面面积F，m2：

取池子数n=1个，表面负荷q’=4 m3/（m2·h）

池子边长a，m：

2.5.2池内停留时间t，min：

取斜管区上部水深h2=0.7m，斜管管长h=1m，斜管倾角为

，符合要求。

，则斜管高度

2.5.3污泥部分所需的容积V，m3：

取污泥室贮泥周期T=2d，污泥容重γ=1.0，污泥含水率P0=96%

又已知进水悬浮浓度C1=500mg/L=0.0005t/m3，出水悬浮物浓度C2=50mg/L=0.00005t/m3，污水量变化系数Kz=1.5

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2.5.4污泥斗容积V1，m3：

取污泥斗下部边长a1=0.8m，又已知方形池边长a=5.2m 则污泥斗高度

则，

符合要求。

2.5.5沉淀池总高度H，m：

取超高h1=0.3m，斜管区底部缓冲层高度h4=1.0m， 则

沉淀池底部入土深度为1.0m。

2.6 重力无阀滤池

2.6.1已知条件：

（1）设计水量：净产水量90m3/h，滤池分为两格，每个净产水量45m3/h。滤池

冲洗耗水量按净产水量的4%计，则每格设计水量为：

（2）设计参数

参数名称 滤速 平均冲洗强度 冲洗历时 期终允许水头损失 排水井堰口标高 单位 m/h L/（m2·s） min m m 数值 5 15 5 1.7 -0.7（设计地面标高为0.00） 12

滤池底板入土深度 2.6.2设计计算

（1）滤池面积

所需过滤面积

m -0.5 连通渠考虑采用边长为0.35m的等腰直角三角形，其面积为

80mm，则每边长

并考虑连通渠斜边部分混凝土壁厚=0.35+

，面积为

故要求滤池面积

滤池采用正方形，每边长 滤池实际面积 实际过滤面积

（2）滤池高度

项目 底部集水区高度 滤板厚度 承托层厚度 滤料层厚度 混水区高度 顶盖高度 冲洗水箱高度（两个格合用） 单位 m m m m m m m 采用值 0.40 0.12 0.10 0.70 0.38 0.4 2.2 13

冲洗水箱高度取： 超高 滤池总高 m m 0.20 4.50 （3）进水分配箱 流速v分采用0.05m/s，则面积为

采用正方形，边长为0.51m。

（4）进水管 流量Q=13L/s，选用管径Dg=200mm钢管，则流速v进=0.55m/s，

水力坡降i进=0.278%，进水管长度l进=15m，其中90度弯头3个，三通1个，三通管径采用400mm×400mm（400mm为初步假定的虹吸上升管管径）。

沿程水头损失 局部水头损失系数为 ξ

进口

=0.5，ξ

90度弯头

=0.6，ξ

三通

=0.6，则局部水头损失为

所以，进水管总水头损失 （5）几个控制标高 ①滤池出水口标高：

滤池出水口标高=滤池总高度-滤池入土深度-超高=4.5-0.50-0.2=3.80m ②虹吸辅助管关口标高：

虹吸辅助管管口标高=滤池出水口标高+期终允许水头损失=3.80+1.70=5.50m ③进水分配箱底标高：

进水分配箱底标高=虹吸辅助管管口标高-防止空气旋入的保护高度

=5.50-0.50=5.00m

④进水分配箱堰顶高度：

进水分配箱堰顶高度=虹吸辅助管管口标高+进水管水头损失+10~15cm的安全高

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=5.50+0.15=5.65m

（6）虹吸管管径 采用反算法，其计算结果为：虹吸上升管直径采用400mm，

虹吸下降管直径采用350mm，即可满足要求。

（7）滤池出水管管径 采用与进水管相同的管径200mm （8）排水管管径 计算如下： 流量 Q=150L/s

采用 Dg=500mm，则此时流速v排=1.3m/s 水力坡度 i排=0.41% 充满度 h/D=0.75

（9）其他管径 虹吸辅助管管径采用40mm×50mm。虹吸破坏管和强制冲洗管

管径均采用20mm。

2.7 加氯空置间

加氯及加药过程在加药池中进行，池子的尺寸计算如下：

假设池子的设计计算流量为Q=2000m3/h，水力停留时间HRT=8h，水量变化系数为1.2，则有效容积

取水深2.5m，超高h=0.3，则池子表面积为

采用方形池，则池子边长为

则该加药池的尺寸为：2.8m×17.9m×17.9m

2.8 污泥浓缩池

采用重力浓缩池浓缩污泥，假设剩余污泥量Q=400m3/d，含水率P1=97%，污泥浓度30g/L，浓缩后污泥浓度为90g/L，含水率P2=91%，浓缩池固体通量M取100kg/（m2·d）

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2.8.1浓缩池直径：

浓缩池面积

仅用一个污泥浓缩池，则浓缩池直径

2.8.2浓缩池工作部分高度h1：

取污泥浓缩时间T=10h，则

取超高h2=0.3m，取缓冲高度h3=0.3m，则

污泥浓缩池总高度

2.8.3浓缩后污泥体积：

第3章 结束语

这篇课程设计主要是设计一个矿井废水的处理工艺，通过阅读文献，了解到，矿井废水中的主要污染物质是煤尘（SS），因此我决定使用物化处理工艺对污水进行处理。在设计过程中，我通过比较各工艺的优缺点，以及进行工艺计算后采取了上述的工艺方案，并进行了相关的工程制图。

通过这次课程设计，让我对水污染控制这门课有了更深入的理解和体会，对水污染控制的流程与技术特点等有了更深入的学习。也学到了许多书本上没有的知识。

由于本人资料有限，时间有限，本设计中难免存在疏漏和不足之处，希望老师、同学予以批评指正。

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