一种高浊度煤矿井下水达地表Ⅲ的处理系统及工艺的制作方法

本发明属于煤矿井下水处理技术领域，具体涉及一种高浊度煤矿井下水达地表ⅲ的处理系统及工艺。

背景技术：

我国是煤炭开采、煤炭利用最大的国家，煤炭在开采过程中有大量的煤矿井下水需要排至地面，进行处理。煤矿在矿井基建的时，大多数已建成井下水处理站，一般出水指标执行煤炭污染物排放标准和井下消防、洒水回用水质及其他回用标准。随着井下开采的进行，井下水中的污染物浓度也会随之提高，主要为石油类、ss、cod、nh3-h等，除此之外，随着国家环保政策的要求越来越严，井下水排放水质要求越来越严，出水需要满足《地表水环境质量标准》gb3838-2002中ⅲ类水水质的要求，主要是cod、nh3-h、tp。

大多数煤矿的井下水处理系统一般均“混凝+沉淀+过滤”的处理工艺，随着井下水质的变化、出水水质要求变严，矿井水都需要进行提标改造。

煤矿井下水中ss变化较大，尤其是井下清仓时，ss浓度可高达10000mg/l左右往往呈现出逐渐增大的趋势。大多数煤矿井下水处理站第一个构筑物为调节池，以此来调节井下排水和地面水处理站之间的水量不平衡的问题。通过调查发现，目前所有煤矿井下水处理站的调节池主要存在2个问题：①部分调节池不具备沉淀效果，导致后续混凝、沉淀压力较大，加药量也多；②部分调节池具备沉淀功能，但排泥效果较差，污泥淤积严重。

常规处理系统可有效降低煤矿井下水中ss，一些悬浮类的cod也可随之降低，但对溶解性的cod、氨氮、溶解性石油类等没有去处效果，容易造成出水水质超标。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提出一种高浊度煤矿井下水达地表ⅲ的处理系统及工艺，通过该系统处理的煤矿井下水出水可稳定达到地表ⅲ水质标准。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高浊度煤矿井下水达地表ⅲ的处理系统，包括混凝沉淀系统、中间水池、净水器、过滤器、超滤装置、清水池、污泥处理系统和污泥池，还包括预处理车间和深度处理车间，所述预处理车间设置有初沉装置和预沉装置，所述初沉装置连接井下水，预沉装置连接混凝沉淀系统；所述深度处理车间位于预处理车间和清水池之间，深度处理车间设置有生物滤池系统和超滤系统。

进一步的，所述初沉装置包括初沉池，所述预沉装置包括预沉调节池、预沉器和预处理过滤器，所述初沉池连接有井下水，初沉池出水连接预沉调节池，初沉池的污泥出口连接有污泥井；所述预沉调节池的出水分别连接有混凝沉淀系统和预沉器，混凝沉淀系统和预沉器的出水均通入中间水池，所述中间水池的出水通入预处理过滤器，预处理过滤器出水通往生物滤池系统；

所述生物滤池系统包括有生物滤池，生物滤池进口连接有预处理过滤器，生物滤池出水连接有中间水箱，中间水箱出水连接有自清洗过滤器；自清洗过滤器出水通往所述超滤系统，所述超滤系统出水口连接有超滤产水箱，所述超滤产水箱的进水口还连接有超滤装置的出水，超滤产水箱的出水通往所述的清水池；

所述污泥井、预沉调节池、预沉器、混凝沉淀系统的污泥出口均通往污泥池。

进一步的，所述中间水池设置有曝气充氧机构，所述中间水池出水还连接有净水器，净水器出口通过过滤器后通有往超滤装置，超滤装置的出水通往超滤产水箱。

进一步的，所述污泥池连接有污泥处理系统和反冲洗集水池，反冲洗集水池连接有所述预沉调节池。

进一步的，所述生物滤池周围池壁为拉毛处理结构；生物滤池的清水区距离滤料顶部设置拦截筛网；生物滤池连接有生物滤池反洗泵和反洗风机，所述生物滤池反洗泵连接中间水箱。

进一步的，所述生物滤池为组合滤料曝气生物滤池，采用陶粒和活性炭组合滤料。

进一步的，所述超滤系统配置有化学清洗及在线清洗系统，超滤产水箱与超滤系统之间还设置有超滤反洗泵。

进一步的，所述初沉池为辐流式沉淀池。

一种高浊度煤矿井下水达地表ⅲ的处理工艺，包括以下步骤：

矿井水由井下水仓经提升后进入初沉池，完成大颗粒物的去除；

初沉池出水自流入预沉调节池，预沉调节池将矿井水分别提升至混凝沉淀系统、预沉器进行混凝沉淀处理；

混凝沉淀系统出水进入中间水池进行曝气充氧，中间水池将矿井水输送至净水器和过滤器进行处理，过滤器出水进入超滤装置处理，超滤装置出水进入超滤产水箱，然后进入清水池经过次氯酸钠消毒后回用或达标排放；

中间水池将矿井水依次输送入预处理过滤器、生物滤池，生物滤池出水进入中间水箱；

中间水箱水依次经过自清洗过滤器和超滤系统进一步保证出水水质，超滤系统出水进入超滤产水箱，然后进入清水池经过次氯酸钠消毒后回用或达标排放。

进一步的，所述初沉池表面负荷≤3.6m³/m²·h，沉淀时间≥1.5h，出水堰负荷≤1.7l/s·m。

进一步的，所述生物滤池包括一个或多个，生物滤池的滤速：6~7m/h，空床停留时间≥30min，沸石滤料厚度：1.5~2m，活性炭滤料厚度：1~1.5m，活性炭碘吸附值大于等于900mg/g，比表面积900-1100m²/g，强度大于90%，充填密度0.35-0.55g/cm³，陶粒滤料粒径：2-6mm。

进一步的，所述超滤系统包括一套或多套，超滤膜通量33-40l/m².h。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本系统和工艺方法①解决了煤矿井下水处理站抗悬浮物冲击的问题，②有效解决了煤矿井下水处理站稳定达地表ⅲ的要求。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

其中，1混凝沉淀系统、2中间水池、3净水器、4过滤器、5超滤装置、6清水池、7预处理车间、8深度处理车间，9污泥处理系统、10污泥池，11初沉池，12预沉调节池、13预沉器、14预处理过滤器、15污泥井、16井下水，17生物滤池、18中间水箱、19自清洗过滤器、20超滤系统、21超滤产水箱、22反冲洗集水池、23生物滤池反洗泵、24超滤反洗泵，25污水提升泵，26水箱、27回用泵房。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，一种高浊度煤矿井下水达地表ⅲ的处理系统，包括混凝沉淀系统1、中间水池2、一体化净水器3、石英砂过滤器4、超滤装置5、清水池6、污泥处理系统9和污泥池10，还包括预处理车间7和深度处理车间8，所述预处理车间设置7有初沉装置和预沉装置，所述初沉装置连接井下水，预沉装置连接混凝沉淀系统；所述深度处理车间8位于预处理车间7和清水池6之间，深度处理车间8设置有生物滤池系统和超滤系统20。

所述初沉装置包括初沉池11，所述预沉装置包括预沉调节池12、预沉器13和预处理过滤器14，所述初沉池11连接有井下水16，初沉池11出水连接预沉调节池12，初沉池11的污泥出口连接有污泥井15；所述预沉调节池12的出水分别连接有混凝沉淀系统1和预沉器13，混凝沉淀系统1和预沉器13的出水均通入中间水池2，所述中间水池2的出水通入预处理过滤器14，预处理过滤器14出水通往生物滤池系统；

所述生物滤池系统包括有生物滤池17，生物滤池17进口连接有预处理过滤器14，生物滤池17出水连接有中间水箱18，中间水箱18出水连接有自清洗过滤器19；自清洗过滤器19出水通往所述超滤系统20，所述超滤系统20出水口连接有超滤产水箱21，所述超滤产水箱21的进水口还连接有超滤装置5的出水，超滤产水箱21的出水通往所述的清水池6；清水池的出水还可以通过回用泵房27抽取进行井下回用。

所述污泥井15、预沉调节池12、预沉器13、混凝沉淀系统1的污泥出口均通往污泥池10。

超滤系统20的冲洗水通往反冲洗集水池22，所述预沉调节池12、预处理过滤器14、生物滤池17均配置有反冲洗泵，所述预沉调节池、预处理过滤器、生物滤池的反冲洗水均通往反冲洗集水池。

所述中间水池3设置有曝气充氧机构，所述中间水池出水还连接有一体化净水器，一体化净水器出口通过石英砂过滤器后通有往超滤装置，超滤装置的出水通往超滤产水箱。

所述污泥池10连接有污泥处理系统9和反冲洗集水池22，反冲洗集水池22连接有所述预沉调节池12。

一体化净水器3与石英砂过滤器4之间还可以设置有水箱26。

（1）初沉池系统

设计流量根据井下排水泵的实际运行情况，初沉池表面负荷≤3.6m³/m²·h，沉淀时间≥1.5h，出水堰负荷≤1.7l/s·m。

本系统中初沉池可提高整个煤矿井下水处理站抗冲击负荷的能力，也可相应减少后续混凝沉淀药剂量的使用。初沉池置于井下排水管和调节池中间，这样设置的好处是既可利用井下排水的余压，减少提升环节，也可减轻后续调节池的负担，减少改造的投资。

初沉池采用辐流式沉淀池的形式，主要优点包括：水力条件好；污泥可经过浓缩，出泥浓度高。

初沉池内设有进水管，出水管、出水堰、排泥管、刮泥机等装置。工艺流程：井下废水通过排水泵直接排至初沉池进水管，进水管将废水引至中心配水桶，通过周围一圈配水桶将水均匀配置四周，废水由中心逐渐流经至周边后通过周边的出水堰进行废水收集，收集后的废水流经至下一处理单元。

沉淀池配套有撇油装置，初沉池内还设有周边传动式全桥或半桥刮泥机，刮泥机配套有撇渣装置，将浮油进行撇至初沉池配套的浮油井中，上部浮油定期油人工清理，清理至危废间，下部水重力排至本系统中进行处理。

初沉池池底预留0.06%的坡度，刮泥机在刮泥过程中对污泥进行收集和浓缩，最终将污泥收集至污泥斗内，最终排至污泥井内。

（2）组合滤料曝气生物滤池系统

所述生物滤池包括一个或多个，为曝气生物滤池。所述生物滤池17周围池壁为拉毛处理结构；生物滤池17的清水区距离滤料顶部设置防滤料逃逸的拦截筛网；生物滤池连接有生物滤池反洗泵23和反洗风机，所述生物滤池反洗泵23连接中间水箱18。

常规处理系统可有效降低煤矿井下水中ss，一些悬浮类的cod也可随之降低，但对溶解性的cod、氨氮、溶解性石油类等没有去处效果，容易造成出水水质超标。因此可通过用曝气生物量滤池将水中微量的溶解性cod、氨氮、石油类降低，滤池采用陶粒和活性炭组合滤料，将离子吸附交换与生物降解两种处理过程合并在同一反应器中，利用“物化+生化法”完成对矿井水中溶解性的cod、氨氮、溶解性石油类等物质的去除，具有运行费用低，运行效果稳定的特点。相比末端采用“折点加氯”的工艺，主要优点是运行费用低，出水对当地水环境影响小。

滤池结构可钢制设备或钢筋混凝的形式，周围池壁要进行拉毛处理防止过滤过程中出现断流现象。

单个滤池面积一般为15~30m²，长宽比为1:1，设备高度5.5-6.0m。

设计滤速：6~7m/h；设计空床停留时间≥30min。

活性炭滤料厚度：1~1.5m，沸石滤料厚度：1.5~2m。

活性炭：柱状媒质活性炭，φ4-6mm，长4-10mm，碘吸附值大于等于900mg/g，比表面积900-1100m²/g，强度大于90%，充填密度0.35-0.55g/cm³。

陶粒滤料：2-6mm。

清水区距离滤料顶部（距离为滤料总厚度的0.55倍），设置防滤料逃逸的拦截筛网，筛网孔径＜最小粒径的0.8倍。

反冲洗采用汽水反冲洗，配水、配气采用长柄滤头，配置反洗风机，风机为变频控制，配套涡街流量计，通过阀门调整风量大小，反洗水泵为变频水，配套电磁流量计，通过阀门阀门调整反洗大小。气洗强度15~20l/m²·h，水洗强度5~8l/m²·h。

配水、配气底板的支撑梁设置0.05×0.02的平衡缝，防止局部产生气包。

曝气设备采用罗茨风机，变频调速，曝气采用单孔膜曝气头。曝气强度：汽水比控制为1.5:1~5.0:1。

（3）超滤系统

所述超滤系统20配置有化学清洗及在线清洗系统，超滤产水箱21与超滤系统20之间还设置有超滤反洗泵24。

所述超滤系统包括一套或多套，超滤膜通量33-40l/m².h。

由于组合滤料曝气生物滤池的过滤精度有限，有一些微米级的物质（包括胶体油和细小悬浮物）难以去除，故而影响出水水质，此外，组合滤料曝气生物滤池运行过程中难免有部分老化的脱落的生物膜会随出水一起带出，也会影响出水cod、nh3-h指标，因此增加超滤系统，使得整个煤矿井下水处理的出水可靠性更强。

配转刷式自清洗过滤器：过滤精度为100-200微米，处理水量为超滤产水量1.5倍。

超滤装置以2套为宜，超滤膜设计通量以33-40l/m².h（国产膜）。

超滤进水出水配置流量、压力传感器、浊度仪等仪表。

超滤进水提升泵、反洗泵过流部分均为s304，采用变频控制。超滤系统配置化学清洗及在线清洗系统，全自动无人值守控制。

设超滤装置反洗系统，反洗周期一般为系统每30min进行一次物理清洗，清洗过程为顺冲—上反冲—下反冲—顺冲，每次步骤全过程需用时约90s，其中顺冲各15s，上下反冲各30s。反洗用水为设备自产水，从超滤组合装置产水池引取。超滤组合装置反洗泵由变频器供电，通过pid调节使反洗流量恒定，以防过流量反洗造成损害。

当超滤装置需要进行化学清洗时，只需要在自控系统的操作面板或pc机的显示器上人工发出指令，化学清洗系统将自动配制相应的清洗药剂，当清洗药剂配制完成后，微超滤组合装置将自动转入化学清洗状态，同时化学清洗泵启动，将化学清洗液送入超滤设备，并在微超滤组合装置和化学清洗箱内循环，直至化学清洗历时结束，并将化学清洗废液送入中和槽。经对微超滤组合装置冲洗后投入正常运行。化学清洗周期一般为每40～60天使用一种（或几种）药剂清洗一次，清洗时间一般为2～5h。

实施例

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明，项目处理规模：4000m³//d，进水水质如下表1所示，出水水质如下表2所示：

表1

表2

矿井水由井下水仓经提升后进入初沉池，完成煤粉等大颗粒物的去除。初沉池出水自流入预沉调节池，预沉调节池设置两个污水提升泵25、污水提升泵分别将矿井水提升至原有混凝沉淀设备、新增化学预沉器进行混凝沉淀处理。混凝、沉淀系统出水进入中间水池（原混凝沉淀系统产水池），同时在中间水池进行曝气充氧。中间水池设有深度处理提升泵，将矿井水提升后利用原有的fa一体化净水器和石英砂过滤器进行处理，石英砂过滤器出水进入原有超滤系统处理，原有超滤系统出水进入超滤产水箱，然后进入清水池经过次氯酸钠消毒后回用或达标排放；中间水池新增过滤提升泵将矿井水提升后依次进入锰砂过滤器、曝气生物滤池，曝气生物滤池出水进入中间水箱。中间水箱水经提升泵提升后依次经过自清洗过滤器和超滤系统进一步保证出水水质，超滤出水进入超滤产水箱，然后进入清水池经过次氯酸钠消毒后回用或达标排放。

主要介绍本实施例的初沉池、曝气生物滤池和超滤系统等三部分。

①初沉池单元

设初沉池1座，钢筋砼结构，正方形，边长10.5m。按照井下排水泵最不利情况排水，设计处理水量为280.00m3//h，表面负荷：2.54m³//m²/*h。停留时间1.5h，有效水深3.75m，超高0.3m，污泥缓冲层高0.50m，总高度5.48m。泥斗容积15.11m³。排泥采用污泥渣浆泵机械排泥。内含：中心传动刮泥机：1台，直径10.5m，周边线速度2~3m/min，3kw。电磁流量计：分体式，0~400m³/h，1台。污泥界面仪：1台。

②曝气生物滤池单元

1、曝气生物滤池2套，单套处理规模65m³//h，设计滤速为4.81m/h，曝气生物滤池3.2×4.8×5.4m（h），高度h=5.4m，采用煤质柱状活性炭滤料（滤料直径4~6mm，长度10mm），活性炭碘吸附值≥800mg/g，比表面积900~1100m²/g，水分小于10%，强度大于90%，充填密度0.35~0.55g/cm³，滤料厚度1.0m。陶粒滤料厚度1.8m，滤料粒径位2~4mm。配套气动阀。空床停留时间为40min。bod5容积负荷2.23kgbod5/（m³·d）。曝气强度：采用气水比为5:1。气反洗强度为12l/m²·s。水反洗强度为4.8l/m²·s。配置风机：q=11.89m³/min，h=58.8kpa，n=22kw，1250r/min，3台（2用1冷备），变频控制。反洗水泵：q=250m³//h，h=21m，n=22kw，2台（1用1备）。

②超滤单元

新增1套超滤装置，设备产水量为130m³//h，通量为38.69l/m²/h，单套42支80m²/的超滤膜，新增1套超滤装置和已有超滤系统并联运行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。