煤礦廢水處理工藝方案的選擇
根據(jù)煤礦廢水處理工藝的設(shè)計和選用的原則，煤礦礦井廢水屬于含高濃度懸浮物、總鐵、總錳超標(biāo)的酸性廢水；對于懸浮物、金屬離子的去除率要求較高，因此，將采用一個技術(shù)成熟、處理效果穩(wěn)定可靠的處理工藝，即：采用“中和調(diào)節(jié)+沉淀+過濾”的組合處理工藝；該處理工藝具有技術(shù)成熟、占地面積小、投資省、運行費用低、操作管理方便、出水水質(zhì)好、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點。目前該處理技術(shù)已被廣泛使用于煤礦廢水處理工程上，并獲得成功，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，礦井廢水經(jīng)處理后能達(dá)到《煤炭工業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006）的排放要求，60%的礦井廢水處理后達(dá)到《煤礦井下消防、灑水設(shè)計規(guī)范》(GB 50383—2006)回用水標(biāo)準(zhǔn)。

煤礦廢水水質(zhì)

（1）設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)

   礦井水中污染物與地質(zhì)構(gòu)造、煤炭伴生物、煤炭相鄰巖層成分、開采強(qiáng)度、采煤方式等有關(guān)。煤礦礦井水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，煤礦礦井水水質(zhì)，如下表：

表1-1 煤礦礦井廢水處理設(shè)計進(jìn)水指標(biāo)  （除pH外，單位為mg/L）


（2）設(shè)計出水水質(zhì)（達(dá)標(biāo)排放出水水質(zhì)）

   礦井水處理后可達(dá)到《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的“消防灑水用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”，具體指標(biāo)如下，具體指標(biāo)見表1-2.

表1-2 達(dá)標(biāo)排放出水主要水質(zhì)指標(biāo)   （除pH外，單位為mg/L）


煤礦礦井廢水處理工藝流程圖：


工程流程簡介：

1.中和：礦井廢水進(jìn)入中和池，通過石灰和機(jī)械攪拌，使廢水和石灰混合均勻，進(jìn)行中和反應(yīng)，調(diào)節(jié)PH值至堿性。

2.調(diào)節(jié)：礦井污水調(diào)節(jié)池主要作用是即均化水質(zhì)水量，以及給后續(xù)工藝提供穩(wěn)定的供水，也起到初沉的作用。

3.絮凝：經(jīng)曝氣后出水進(jìn)入絮凝池中，通過加入聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）藥劑，進(jìn)行攪拌混合，使之發(fā)生絮凝反應(yīng)。

4.沉淀：用于去除懸浮物，實現(xiàn)固液分離。沉淀池內(nèi)安裝斜管填料，實現(xiàn)淺層沉淀，斜管沉淀池與平流相比，能將紊流、湍流改善為穩(wěn)定有序的淺層層流狀態(tài)，顆粒沉降不受紊流干擾。斜管孔徑內(nèi)顆粒沉降距離僅為平流沉淀的1／7。

5.過濾：沉淀池出水進(jìn)入中間水池內(nèi)，通過提升泵將其提升至重力式無閥過濾器進(jìn)行過濾處理。利用濾層的沉淀、機(jī)械篩濾等作用截留污水中殘存的細(xì)小懸浮物。污水經(jīng)無閥過濾器過濾后直接排入清水池。過濾器濾層吸收大量懸浮物后將導(dǎo)致濾速下降，必須定期對過濾層進(jìn)行反沖洗。反沖洗采用自動虹吸反沖洗，并開啟反洗排水閥門，水流自下而上通過濾層，將截留在濾層上的雜物排入反沖洗水池中。

6、污泥處理：系統(tǒng)處理過程中于調(diào)節(jié)池沉淀段、斜管沉淀池等部位將產(chǎn)生部分污泥，污泥定時排入污泥濃縮池濃縮，濃縮污泥由壓濾機(jī)壓濾脫水后清運至環(huán)保許可的規(guī)定填埋場。

7、清水回用：保護(hù)水資源是每一個企業(yè)及個人應(yīng)盡的義務(wù)，本方案鼓勵企業(yè)對處理后的清水進(jìn)行回用。經(jīng)系統(tǒng)處理后的出水SS≤25mg/L，可用于洗礦、掃除等環(huán)節(jié)。

8、排污口按規(guī)范設(shè)置，排放水有計量堰安裝計量裝置，回用水電磁流量計測量流量，使污水處理系統(tǒng)規(guī)范化。

構(gòu)筑物設(shè)計及主要設(shè)備選型

1、土建構(gòu)筑物設(shè)計及其配置設(shè)備

（1）中和池：

設(shè)置目的：用于調(diào)節(jié)廢水PH值。

   設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

            

（2）調(diào)節(jié)池：

設(shè)置目的：用于調(diào)節(jié)廢水水量、水質(zhì)，還起初沉作用。

   設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

            

（3）石灰池

   設(shè)置目的：用于混合石灰，投入廢水處理系統(tǒng)，調(diào)節(jié)廢水pH值。

   設(shè)計計算：1座，采用地上式鋼混結(jié)構(gòu)

           

  （4）反應(yīng)池

設(shè)置目的：用于廢水絮凝混合反應(yīng)。

設(shè)計計算：2座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

（5）沉淀池

設(shè)置目的：用于沉淀廢水中的懸浮物，斜管的表面負(fù)荷為1.39m3/(m2.h)。

設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

（6）中間水池

設(shè)置目的：用于存儲沉淀池的上清液。

設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

（6）污泥濃縮池

   設(shè)置目的：用于濃縮污水處理過程中生產(chǎn)的污泥。

設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

（7）過濾器基礎(chǔ)

設(shè)置目的：用于安裝鋼制自動反沖洗無閥過濾器。

設(shè)計計算：1座，采用毛石砼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

（8）反沖洗水池

   設(shè)置目的：用于接收反沖洗排水閥排出的污水。

設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

          

（9）回用水池

   設(shè)置目的：暫時儲存處理消毒后的清水，采用次氯酸鈉消毒。

設(shè)計計算：1座，采用半地上式鋼混結(jié)構(gòu)

（10）污泥干化池

   設(shè)置目的：用于干化污水處理過程中生產(chǎn)的污泥

設(shè)計計算：2座，采用地上式磚混結(jié)構(gòu)

（11）壓濾機(jī)基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)形式：鋼混（上部棚架）

數(shù)    量：1座

功能及作用：安放壓濾機(jī)

（12）操作管理房

      設(shè)置目的：主要用于放置風(fēng)機(jī)、消毒器、投藥設(shè)備等。

      設(shè)計參數(shù)：2間；

      結(jié)    構(gòu)：采用地上磚混結(jié)構(gòu)。

       煤礦礦井廢水處理工程采用的主要土建構(gòu)筑物見表3-1

表3-1  主要土建構(gòu)筑物一覽表


主要設(shè)備

表4-2   主要設(shè)備及報價表

鉆井廢水處理設(shè)備,石油鉆井廢水處理裝置
    鉆井廢水主要是以大量鉆井液處理劑作用下的膨潤土顆粒所形成的穩(wěn)定的膠體懸浮物體系，并含有很高的CODcr值和很深的色度，對于鹽水鉆井液鉆井及水中礦化度較高的地區(qū)，廢水中CL的含量也很高，如不經(jīng)處理直接外排，將對環(huán)境及井場周圍農(nóng)田造成危害。由于鉆井區(qū)域分布很廣，有些地區(qū)地下水位較高，土壤滲透性強(qiáng)，對農(nóng)作物較敏感，井場與地表水體相距較近，鉆井廢水即使完全控制在井場之內(nèi)，污染物的下滲和遷移也可能造成土壤、地下水及地表水體不同程度的污染。對單一井場來說是點源污染，油氣田布的多個井場則形成面源污染，對環(huán)境的影響很大。
    鉆井廢水的特性及污染程度是和鉆井液體密切相關(guān)，因此，對不同的油氣田、不同的鉆探區(qū)和不同的井深，鉆井過程中產(chǎn)生的污水性質(zhì)也不盡相同。淺層清水鉆井廢水主要含油；用PAM（聚丙烯酰胺）鉆井液則廢水中含有的懸浮物、酚、鉻、、油均超標(biāo)；用普通鉆井液則含油和少量懸浮物、酚、鉻 ；采用深井鉆井液體系，鉆井廢水中含油、酚、鉻、懸浮物等。因此，鉆井廢水中主要污染物質(zhì)為懸浮物、鉻、酚和油。另外，由于鉆井廢水的性質(zhì)受鉆井液類型和組分的制約，其懸浮微粒-粘土多帶負(fù)電荷，由于雙電層的作用，污水具有一定的穩(wěn)定性。

廢水中除含 有大量的揮發(fā)酚、CODcr、硫化物外，還含有高濃度的氨氮及許多難降解的稠環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物，如吲哚、萘、喹啉等。是一種成分復(fù)雜、污染物濃度高、色度大、毒性大、性質(zhì)穩(wěn)定的廢水。近幾年對于廢水的二級處理一般采用多段生物處理工藝，如A2/0、A/O2和A2/O2工藝等。由于很多工業(yè)廢水處理難度較大.傳統(tǒng)的生物處理技術(shù) 廢水處理效果不理想.而專性微生物用于很多工業(yè)廢水處理，因處理成本低、效率高、易操作、無二次污染等特點.逐漸被推廣使用。
專性微生物
專性微生物是對某種特定的污染物或者特定的 廢水具有較高的去除效果的、、酵母菌、藻類等微生物專性微生物可從自然界中 篩選或經(jīng)由基因重組產(chǎn)生些菌種在特定的污染環(huán)境中能夠存活.它們即使不能利用廢水中的污染成分做養(yǎng)分來源.對環(huán)境也有一定的耐受能力.這
專性微生物的來源
專性微生物菌種通過富集、馴化、培養(yǎng)從被污染的水、土壤或馴化好的污泥中分離得到李長征等.在處理焦化廢水試驗中使用的專性微生物菌種是從焦化廠曝氣池活性污泥和處理工藝出水中篩選而 ，通過富集、馴化和分離純化得到。大學(xué)針對焦化廢水的特點.成功研制了專性微生物.并在首鋼焦化污水處理廠進(jìn)行了為期一年的試驗.結(jié)果表明直接投加專性微生物菌種可以省去馴化過程.菌種對焦化廢水適應(yīng)能力強(qiáng).處理效果好，且經(jīng)過一年時間.菌種沒有發(fā)生變異。
專性菌的生物強(qiáng)化技術(shù)
生物強(qiáng)化技術(shù)是為了提高系統(tǒng)對污染物的處理 能力.投加從自然界篩選出的專性菌或通過基因組合技術(shù)產(chǎn)生的菌種.以提高系統(tǒng)內(nèi)生物處理效 率的方法 生物強(qiáng)化所利用的微生物來源于原有的生物降解體系或經(jīng)過馴化、富集、篩選獲得，甚至原有降解體系中不存在的微生物專性微生物 對污染物的生物強(qiáng)化作用主要表現(xiàn)為專性微生物對污染物的直接降解作用和專性微生物間的 共同代謝作用以及專性微生物對生物降解系統(tǒng) 中微生物種群和群落的調(diào)節(jié)作用。

有害廢水處理
鉛(Pb)是一種有毒的重金屬元素，在環(huán)境中難降解，可被水生動植物富集吸收，進(jìn)人食物鏈可能危害人畜安全。另外，直接飲用或皮膚接觸含Pb水體均能使其進(jìn)人人體，對人體健康造成危害。Pb中毒能導(dǎo)致人體出現(xiàn)、幻覺、、焦慮、肌無力等，且能損傷人的中樞系統(tǒng)，對腎、肝、生殖系統(tǒng)以及大腦都有嚴(yán)重危害。因此尋找一種、環(huán)保的方法處理含Pb廢水，使其達(dá)標(biāo)排放，減少環(huán)境污染，是急需研究和解決的環(huán)境問題。
吸附法是目前重金屬廢水處理的主要方法之一，其具有、簡便和選擇性好等優(yōu)點。當(dāng)前常用的吸附劑有樹脂、殼聚糖、硅藻土、膨潤土、活性炭等。利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備的生物炭處理含重金屬廢水，是近年來吸附法的研究熱點。


生物炭表面富含梭基、酚經(jīng)基、碳基、酉昆基等多種官能團(tuán)，有大量的孔隙結(jié)構(gòu)，是一種的吸附劑。據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物達(dá)數(shù)千萬t，這些農(nóng)業(yè)廢棄物是很好的廉價易得的生物炭原料。生物炭在水溶液中對As(V).Pb(II)和Cd(II)有巨大的吸附能力。當(dāng)前一些報道應(yīng)用稻殼、水稻秸稈、玉米秸稈等制備的生物炭對水體中重金屬的吸附效果和特性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，生物炭表面具有較多的吸附位點，對水體中Pb2+,Cd2+等重金屬的吸附效果較好。將生物炭進(jìn)行改性或表面修飾能顯著提高其吸附效果。
近年來，將吸附劑用磁性鐵氧化物納米粒子進(jìn)行表面修飾，不僅能快速、地吸附去除廢水的重金屬離子，而且由于其特的磁學(xué)性質(zhì)還可方便地外加磁鐵進(jìn)行回收，有很好的可重復(fù)再利用性，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。CONC等將果膠吸附劑用磁性鐵氧化物納米粒子進(jìn)行表面修飾，吸附Cu2+后再用EDTA對其進(jìn)行再生，第5次再生后，仍可達(dá)到原始吸附容量的58.66%，再生利用性良好。許飄利用磁性納米固定化黃抱原毛平革菌吸附重金屬污染廢水中的Pb2+，吸附量高達(dá)185.25mg/g，且經(jīng)過吸附一解吸循環(huán)后仍能達(dá)到很好的去除效果。
目前，國內(nèi)對生物炭表面負(fù)載磁性材料研究尚處于初期階段，很有必要將吸附條件進(jìn)行優(yōu)化，確定吸附模型，探索其吸附機(jī)理。因此，本研究將谷殼生物炭改性后負(fù)載Fe3O4，制備成具有磁性的生物炭，通過對其進(jìn)行表征分析及模擬廢水中Pb2+的吸附效果研究，為磁性生物炭作為一種新型的吸附材料運用于實際工程打下堅實的理論基礎(chǔ)。
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