某磷矿尾矿废水处理方案

某磷矿尾矿废水处理方案

某地磷矿尾矿废水治理工程方案设计二零零八年一月第一章工程概况1.1项目概况某地磷矿坚持先进的科学发展观、现代企业人文精神以及经营战略，已经打造了优质、优势的产业平台，正处在新一轮高速发展的历史机遇期，具备了产业化、现代化、集团化、国际化的基础条件，是社会各界、海内外客商投资合作的理想选择。某地磷矿在发展的同时，由于选矿工艺及实际条件的原因，在生产的过程中产生一定量的高浓度含磷废水；在雨期，雨水对尾矿的冲刷也产生高浓度含磷废水。该部分废水的排水现状为：仅有汇集构筑物，没有任何处理构筑物，末端依靠天然蒸发及下渗解决，雨天含磷废水直接n流入下游河流。由于下游河流现规划为某地生活用水备用水源，本着保护环境，造福一方人民的原则，某地磷矿尾矿废水必须经过处理，水质满足排放（回用）要求后才能排放（回用）。1.2设计依据1.《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月）2.《中华人民共和国水污染防治法》（1984年5月）3.《中华人民共和国水污染防治法实施细则》（1989年7月）4.《建设项目环境保护管理条例》（1998年11月）5.《建设项目环境保护设计规范》（1987年3月）6.《污染物排放许可证管理暂行办法》（1986年3月）7.《污水处理设施环境保护监督管理办法》（1989年5月）8.《饮用水水源保护区污染防治管理规定》（1989年11月）9.《中华人民共和国河道管理条例》（1988年6月）10.《地表水环境质量标准》（GHZB1-1999）13.《污水综合排放标准》（GB8978－1996）14.《室外排水设计规范》(GBJ14-87)15.《城镇污水处理站附属建筑和附属设备设计标准》n16.《给水排水工程结构设计规范》17.《给水排水构筑物施工及验收规范》（GBJ141—90）18.《城市区域环境噪声标准》（GB3096—96）19.《给排水工程概预算与经济评价手册》20.业主提供的相关资料1.3设计原则工业废水治理是水环境治理的重要组成部分和水污染防治的主要手段，废水处理工艺方案的优化、选择对工程的总投资，运行费用、运行的稳定性最为关键，因此必须从整体优化的观念出发，结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案。在废水处理工艺方案确定时，将遵循以下原则：1、贯彻国家关于环境保护的基本国策，执行国家规定的相关法规、规范及标准；2、在磷矿基地总体规划的指导下，实施废水处理，保护附近流域水质，改善投资环境；3、根据地面水环境保护功能区划，合理确定废水处理程度。按照国家相关法律、法规要求，根据具体情况，选择满足功能要求、占地少、经济实用的处理工艺；运用高效节能、简便易行、经济实用的废水处理工艺技术和废水污泥的综合利用技术；4、在设计中充分考虑二次污染的防治，设备耐腐蚀，噪音低，处理过程无异味，处理设备采取相应措施，避免影响周围环境；5、技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定的要求；n1.4设计范围本工程设计处理进水水质为高浓度含磷废水；工程设计范围包括水处理工艺、土建、设备及安装、给排水、电气等专业；本工程设计范围为从污水收集进入调节池开始，经过污水系统处理合格后至回用为止。本工程废水处理选用的主体工艺为混凝沉淀+砂滤的废水处理工艺，主要设计内容有：（1）废水处理站主体设计：废水收集系统，废水处理构筑物、工艺设备、废水排放及回用系统。（2）配套设施：包括土建部分、供配电设施、给排水设施、通信设施、监测化验设施、维修设施和其他辅助设施等。（3）行政管理和生活福利设施：包括管理中心等。设计的工作重点是废水处理站主体设计。本项目建设规模为：废水平均处理能力为：200T/d；该项目的建成，可有效防止某地磷矿尾矿废水对附近水环境污染，保障某县备用水源的安全可靠，使居民的身体健康得到保障。因此，该项目的建设不仅具有重要的环境效益，还有着潜在的社会效益。由于企业对环境的重视和保护，使企业形象得到提升，成为增加吸引内、外资的动力，为某县及某地磷矿实现可持续发展奠定基础。n第二章废水处理方案设计2.1废水水量、水质及排放要求（处理程度）2.1.1、水量在磷矿选矿的过程中，由于工艺的不同产生的废水量也不相同，但是最终尾矿废水及由其他作业过程排出的污水都需处理,以防止污染环境，便于回收再用,是选矿厂生产系统中不可分割的一个环节。尾矿库排出的澄清水，一部分通过回水系统返回选矿厂供生产使用，其余部分排放到下游河道。利用尾矿回水可节省新水耗量，减少环境污染。排放到下游河道的尾矿水水质应符合工业”废水”排放标准。选矿厂的尾矿水所含有害物质，来源于选矿过程中加入的浮选药剂、矿石中的金属元素和可溶性化合物，常见的有氰化物、黄药、黑药、松根油、酚、煤油、柴油等及铜、铝、砷、锌、汞、磷、铬、镉等离子。当排放的尾矿水中有害物质含量超过工业“废水”排放标准时，须进行净化处理。同时，尾矿为露天堆放，在雨天时由于雨水的冲刷以及渗漏，也会产生大量的高浓度含磷废水，该部分污染物浓度超标，需净化处理后排n放或会用。目前该磷矿尾矿废水晴天日产生量约为150吨/天，雨天雨水冲刷尾矿的废水收集量约为300吨/天。现要求新建废水处理站一座，对尾矿工艺废水及雨水冲刷废水进行处理。本工程设计流量按调剂后的出水流量设计，设计采用连续流处理，设计处理污水量为：Q=200m3/dd平均小时流量：Q＝8.33m3/hh2.1.2、水质根据实际监测，废水水质成份及含量为：表1某地磷矿尾矿废水水质成份表NH3-BOD5（mg/l）CODcr（mg/l）SS（mg/l）TP（mg/l）N（mg/l）25730032012615～252.1.3、排放要求某地磷矿废水处理后考虑回用，根据工业回用水水质标准，确定废水处理站出水水质标准执行：《污水综合排放标准》（GB8978-n1996）；同时，考虑回用水系统事故及其它原因导致出水不能回用时，废水处理站出水只能排入受纳河体，磷矿尾款废水处理后排放的受纳河流为该县生活用水备用水源，因此磷矿尾矿废水必须处理达标后排放，执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。2.2工艺选择2.2.1、原则及要求工业废水治理是水污染防治的重要内容，废水处理工艺方案的优化、选择对工程的总投资，运行费用、运行的稳定性最为关键，因此必须从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案。2.2.2、设计思路及方案确定20世纪70年代以来，国外在限磷、禁磷过程中开发过一些含磷废水的处理方法，如金属型粒子交换树脂除磷法、变换电极极性的电解除磷法、生物除磷法等。在工业化应用上，国外比较成熟的技术是生化除磷法，即通过厌氧—好氧过程除磷，由于该法条件控制苛刻，一次投资费用太高，限制了它在国内的应用和发展，而含磷废水采用无机或有机高分子絮凝剂混凝沉淀进行处理，因其投资省，处理费用低的特点，受到普遍青睐。目前，国内、外污水除磷技术主要归结为生物法、化学法两大类。生物法如A/0、A2/0、UCT工艺，主要处理低浓度及有机态含磷废水。化学法主要有混凝沉淀法、结晶法、粒子交换吸附法、电渗析、反渗透等n工艺，主要适用于处理无机态含磷废水。化学沉淀法是通过投加化学沉淀剂与废水中的磷酸盐生成难溶沉淀物，再把磷分离出去，同时，在此过程中形成的絮凝体对磷也有吸附吸附取出作用。常见的混凝沉淀剂有石灰、明矾、氯化铁、石灰与氯化铁的混和物。从含磷废水中除磷的方法有：化学沉淀法、活性污泥法、气浮法、反渗透法等。其中，气浮法要求调节一定的水压气压，控制上浮速度等，操作技术难度较大，而且对比重大于1的物质去除率较低；活性污泥法中，溶解氧的控制、污泥龄以及C/P比值的确定是其技术关键，难以掌控；反渗透法处理成本较高。本工程废水主要的污染物为高浓度无机磷，由于有机物浓度较低，同时从技术经济角度考虑，采用生物处理法处理高浓度含磷废水不具优势；由于我国水处理专家对絮凝沉淀剂的研究，化学沉淀除磷法已经得到了很大的发展，且采用化学沉淀法具有占地少、投资小、运行稳定可靠、运行操作控制简单的特点，对高浓度含磷废水的处理具有较大优势。本设计考虑采用（混凝沉淀+砂滤）的化学沉淀法处理某地磷矿尾矿废水。2.2.3、处理工艺的对比本设计将（混凝沉淀+砂滤）的化学沉淀法与活性污泥法以及气浮法进行比较，从运行稳定性、运转费用、投资等角度对这几种工艺作了考察，具体如下：工艺或技术气浮法n混凝沉淀+砂滤COD负荷高低COD去除效率一般低抗冲击负荷能力一般好投资高低抗污泥膨胀性能——产生污泥量多少大（反应器利用率占地面积小低）运行控制一般自动化程度高运行费用较高较小出水水质较好好设备维修较复杂简单泡沫问题有无系统可靠性较差好2.3工艺设计2.2.1、工艺简述废水中的磷主要是以溶解性磷酸二氢锰铁、磷酸二氢锌等无机盐的形式存在，且大部分有机磷和聚磷酸盐可在处理过程中转换为正磷酸盐的形式，正磷酸盐可被化学沉淀，因此，利用磷酸盐的沉淀作用可以有效的去除磷化废水中的磷。在起化学沉淀作用的化学药剂中有铁盐、铝盐和钙盐（石灰等），而石灰是最廉价的化学药剂，其原理是：磷酸氢n根粒子在OH-的存在下，与石灰中的钙粒子反应，其主要反应机理为：2Ca（OH）→2Ca2++4OH-22Ca2++HPO2-+4OH-→CaHPO(OH)↓+2OH-4424CaHPO(OH)+2Ca2++2HPO2-→Ca（PO）(OH)↓+6HO42410422PO3-能与许多金属离子生成沉淀，沉淀的生成与PO3-的浓度有44关，而PO3-的浓度与溶液的PH值有关，它随PH值的升高而增大，因此，4絮凝沉淀法除磷的关键是PH值的控制。2.2.2、工艺流程设计拟采用混凝沉淀+砂滤工艺对该废水进行二级生物处理，达标后排放。混凝沉淀+砂滤工艺是一种先进、成熟的二级污水处理工艺，去除有机物及脱氮除磷的效果较好，产生的污泥量较小且稳定性好。整个工艺运行稳定，管理方便。混凝沉淀+砂滤工艺流程如图所示:n2.2.3、处理工艺流程说明某地磷矿尾矿废水经收集以后排之调节池，对水质、水量进行调节，减小后续处理构筑物的水质、水量冲击负荷，调节池内废水的停留时间一般考虑为6h，考虑到本工程所处地理位置及当地气候条件，设计停留时间为8h，调节池出水经泵提升至隔板反应槽，在此投加石灰乳调节废水中的PH值，使之处于磷酸根离子高效结晶PH段，同时在反应池中投加定量CaCl2和PAM复合混凝剂，污染物和混凝剂充分反应；反应槽出水在斜管沉淀池中沉淀，在此过程中去除绝大部分絮体；沉淀后出水不能完全达标，需在沉淀池后增加砂滤罐去除余磷和其他有机类污染物，进一步改善水质，使之达到国家规定的排放标准。经砂滤后的净化水排至回用水池，由于化学沉淀磷要求在高PH值的条件下进行，所以，在后续处理中要加酸中和，设计在回用水池中加酸中和，中和后的净化水经回用泵站提升至选矿区进行回用。在水处理的过程中，斜管沉淀池和砂滤罐会产生一定量的污泥，该部分污泥在污泥储池中储存，经过污泥脱水机脱水外运，污泥脱水机为间歇运行。在整个水处理系统中，控制系统考虑采用PLC自动控制系统，药剂的投加可通过PLC控制系统、PH测控系统、电磁阀实现自动控制，操作管理简单。2.2.4、主要工艺简介n1、调节池调节池主要是起均化水质、水量的作用，提高系统对水质、水量的缓冲能力，防止系统负荷的急剧变化，保证废水处理系统的正常运行。根据设计污水平均日流量为200m3/d，取调节池容积为12小时的废水平均流量即100m3，故调节池容积V=100m3。从水力角度考虑，为防治污水中悬浮物的沉淀和使水质均匀，在调节池中设置导流墙和水力推流器，调节池出水经水泵提升至后续处理构筑物。提升泵采用两台潜水排污泵，一用一备。本设计采用专用搅拌设备进行搅拌。根据调节池的有效容积，搅拌功率一般采用1m3污水4～8W选配搅拌设备。本工程搅拌设备的总功率为0.8Kw。2.搅拌反应槽搅拌反应槽主要是对废水中污染物和混凝剂充分反应，搅拌反应槽采用机械混合。搅拌反应槽分四格，第1、2、3格中分别投加Ca（OH）2、PAM。单格反应时间为8min，1、2格反应槽搅拌机转速为60r/min，第3、4格反应槽搅拌机转速为20r/min。本处理段需要加药，故设置溶药加药装置。3、沉淀池沉淀池采用升流式异向流斜管沉淀池。设计流量：按泵后流量，即平均小时流量设计，Q＝8.33m3/hn设计表面负荷：q＝3m3/m2.h斜管沉淀池设计设计沉淀时间为2h斜管沉淀池的设备材料主要是斜管及斜管支架，斜管采用UPVC斜管，共10m2。沉淀池内污泥采用污泥泵提升排除。砂滤罐砂滤罐采用石英砂过滤废水，滤速为16m/hr，三天反冲一次，反冲时间为10min。砂滤罐结构形式为钢质，为成套设备。5、回用水池回用水池设计容积为100m3。处理后净化水经水泵提升后回用。提升泵的流量为8.0m3/h，设计扬程为80m。6、污泥储池处理过程中沉淀池和砂滤罐产生污泥，污泥在储池中储存。污泥储池的平面尺寸为3mX3m，设计高度为3m。污泥储池的结构形似为钢筋混凝土结构。n第三章工程内容3.1土建部分本方案土建施工内容主要为调节池、搅拌反应槽、沉淀池、回用水池的修建和设备间的修建，根据水头损失及地形高差设计采用地上结构+半地埋结构的形式。为节约占地面积，调节池和回用水池采用共壁结构。3.2安装部分安装部分的工程内容主要包括搅拌反应槽内搅拌机的安装、砂滤罐的安装、污泥搅拌机的安装以及加药加氯装置的安装，系统内的管道和阀门安装，系统内线缆的连接，电源箱的安装，控制系统的安装等，同时还包括系统各设备的调试以及联动调试和细菌的培养。3.3电气部分污水处理站为二级负荷，由业主提供一路380/220V低压电源以电缆直埋形式穿预埋管进入污水处理站操作机房。污水处理站总装机容量为11.8kw,平均用电功率为10.3kw,采用无功自动补偿装置，补偿后功率因素在0.9以上。1.污水处理过程采用手动、自动两种控制方式；2.调节池污水泵低水位停止，高水位启动；n3.设有过流过压保护系统。第四章土建及设备清单4.1设备清单表6设备部分清单序单名称规格数量备注号位污水提升1台2一用一备泵水下推流20.8Kw台2器3搅拌器1.1KW台44填料UPVC塑料斜管m2105污泥泵台1加药搅拌6套1器石英砂滤7套1罐污泥搅拌8台1机PH测控系9套1统10电磁阀DN100套1n11配套管道DN20～DN150m按实际4.2土建清单表7土建部分清单序号名称规格结构1调节池6m×6m×3.5m(H)钢筋混凝土结构2搅拌反应槽2mX2mX1m(H)钢筋混凝土结构3沉淀池4mX3.5mX4m(H)钢筋混凝土结构4回用水池6m×6m×3.5m(H)钢筋混凝土结构5污泥储池3mX3mX3m(H)钢筋混凝土结构6设备综合间10mX6mX3.9m砖混结构n第五章污水处理站工作人员工作内容操作电控装置，控制中和机、污水泵、搅拌机和污泥泵的启闭、运行；定期对水质指标进行测试分析，根据水质水量的变化及时调整系统运行参数，以取得稳定的污水处理效果，确保出水水质达标；及时清运残渣、沉泥等固体污染物；严格按照污水处理站操作规程进行操作，维护污水处理设备的正常运行。n第六章环境保护、劳动定员及安全生产和节能6.1、环境保护污水处理站的建设不能影响周围环境，应充分注意环境的美化以保证职工的身体健康和提供良好的工作环境。因此对环境保护方面作如下考虑：（1）污水处理站中产生异味较大或产生噪音的工段，如格栅井、混凝沉淀+砂滤、污泥干化池等在总体上尽可能安置在下风向，并远离厂前区。（2）尽可能增加站区绿化面积，站区绿化利用道路两侧的空地、构（建）筑物周围和其他空地进行，沿站区围墙内侧布置吸抗性强的灌木，逐渐形成隔离带。（3）水泵、风机和其他噪音源的控制参照“GBJ87-85工业企业噪音控制设计规范”的有关规定。除选用低噪音设备外，采用工程措施如n机房和值班室分隔开以及对设备基础加设减振措施等有效防噪措施。6.2、劳动定员根据生产规模和工艺要求，依据建设部编制的《城市污水处理工程项目建设标准》（2001年修订），同时考虑到提高自动化水平，当自动运行出现故障时，可以切换至手动模式，因此，暂定污水处理站定员1人。6.3、安全生产在污水处理站中，污水和污泥中含有许多有害的化学物质和生物成分，如不加以足够的重视，将会对操作工人的健康造成危害。在本方案设计中已经考虑了相应的措施，将污水处理站布置在常年主导风向的下风向，对环境的污染可控制在最低限；另外，本工程所有设备采用全自动运行，大大减少了操作工人的劳动强度。除了对本污水处理站的操作工人、管理人员进行必要的安全教育，制订必要的操作规程和管理制度外，设计中考虑以下劳动保护和安全措施：（1）各处理构筑物走道或临空走道设置保护栏杆，其走道宽度、栏杆高度和强度符合国家劳动保护规定。（2）鼓风机房设置通风系统。（3）所有电器设备的安装及防护均需要满足电器设备有关安全规定，留有足够的安全标准距离。（4）水泵、风机、电机等容易产生噪音的设备需要设置有效的隔声措施。n6.4、节能污水处理站中有大量耗电设备，在设计及设备选型时，要把节电、节能作为一个重点考虑因素，主要表现在以下方面：（1）本工程选用效率高，能耗低的先进设备和器材，在运转中使水泵的工作点位于高效率区，以节省能耗。（2）在高程布置中，尽量减少水头损失，降低水泵提升高度。通过精心设计，使各污水处理构筑物布置紧凑，水流通畅，从而使水头损失降低到最低点，节约能耗。（3）采用先进的仪器仪表自动控制系统，各种设备根据水量、水质的变化自动调整运行状况，保证整个处理系统在最经济的状态下运行，从而最大程度地降低日常管理和运行费用。6.5、绿化污水处理站是污水集中处置的地点，重视并搞好污水处理站内及周边环境的绿化不仅可以改善景观，还能减少污水处理过程中产生的废气、臭味对周围环境的影响。设计拟在在污水处理站四周种植宽带常青乔木，并间杂灌木作绿化隔离带，保证绿化面积大于30%。第七章安装、调试、试运及验收n1.本设备由供方进行安装、调试，并向需方提供图纸及说明书。整个安装、调试过程须在有需方现场技术人员情况下进行。重要工序须向需方详细说明，并指导需方现场人员。2.整个安装必须符合污水处理系统设备安装要求。3.本工程设备安装完毕，需进行清水试验。4.供方应指导需方人员进行设备现场操作及调试，并应尽快解决调试中出现的问题。5.在不影响本工程设备安全、可靠运行的条件下，如有个别微小缺陷，供方在双方商定的时间内免费修理上述缺陷，需方则签署初步的验收证书。6.设备在试运行稳定15天后，设备无明显质量问题，水质经环保有关部门监测达标后，由需方组织验收并向供方出具最终验收证明。7.未尽事项应由合同体现。n