矿区含铅矿坑涌水处理及回用技术示范工程施工设计方案.docx
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矿区含铅矿坑涌水处理及回用技术示范工程施工设计方案
矿坑涌水处理及回用技术示范工程
施工设计方案
前言
**县**开采历史悠久，采金始于明末清初，历史上有名的老么多金矿属当时云南“七大采金厂”之一。
在长期的矿产资源开采加工进程中累积形成的重金属污染逐渐显现，对生态环境和群众健康构成了严重危胁，引起社会广泛关注。
拟建项目位于**江流域**大坪**河段，由于**江流域跨**和金平两县，因而两县作为一个整体的防控单元共同被列入全国138个重金属污染重点防控区之内，同时也被列为云南省11个重金属污染重点防控区中。
**江在**县境内未设水质监测断面，仅在下游的金平县境内设有两个水质监测断面，分别为其中三家河勐拉桥州控断面和那发出境国控断面，距离**县大坪矿区最近的水质监测断面为三家河勐拉桥断面。
水质监测数据显示，勐拉桥州控断面水质类别为劣V类，铅超标的频次为100%；那发出境国控断面水质类别为劣V类，铅超标频次为83%。
由于**县大坪矿区长期的矿产资源采选，**河水体现状铅超标，矿山废水的排放会进一步加剧**河的重金属污染。
为贯彻落实好国务院、环保部《重金属污染防治“十二五”规划》精神，切实加强重金属污染企业的环境监管，维护群众环境权益，确保环境安全，促进社会和谐稳定。
进一步落实《云南省关于贯彻加强重金属污染防治工作指导意见的实施方案》关于重金属污染综合防治的要求，**有限公司根据矿区矿坑涌水现状，决定实施白沙坡矿段矿坑涌水重金属污染治理工程，以最大限度的减少矿坑涌水中重金属的排放量，改善红河出境支流**江流域水环境质量。
**于2012年6月编制了《2012年度重金属污染防治专项资金补助项目申报－**处理及回用技术示范工程实施方案》，并于2013年1月17日通过了由云南省环境保护厅组织的审查。
受业主委托，由**设计院与**联合承担行本项目的后续设计工作。
于2013年3月编制完成了初步设计，并于3月31日在昆明组织了专家评审，与会专家对初步设计提出了修改意见及建议。
设计单位在初设修订过程中，由于业主对设计边界条件的变化，因此，重新编制了初步设计（修订版）以供审查。
本初步设计编过程中得到了云南省环境保护厅、红河州环境保护局、**县环境保护局及建设单位的大力支持，对此深表感谢！
第一章概述
1.1项目概况
（1）项目名称：
**矿坑涌水处理及回用
技术示范工程
（2）建设单位：
**有限公司
（3）设计单位：
**设计院
（4）建设地点：
白沙坡矿段740坑口
（5）建设内容：
新建1座含铅矿坑涌水处理及回用厂，设计规模为1500m3/d
1.2设计依据
（1）《**处理及回用技术示范工程实施方案》（2012.6.6）
**
（2）《**处理及回用技术示范工程实施方案审查意见》（2013.1.17）
（3）《**处理及回用工程的建议》（2012.12.8）
矿冶院循环经济研究所
（4）《**黄金有限公司质监测报告》
红河州环境监测站
（6）《公司内部水质监测数据》
**有限公司质检科
（7）《**矿坑涌水处理及回用技术示范工程初步设计评审意见》（2013.3.31）
1.3设计范围
本工程初步设计范围为：
有限公司1500m3/d含铅矿井涌水处理及回用工程，主要内容：
（1）污水处理厂：
设计总规模1500m3/d，包括污水、中水、污泥处理构筑物及必要的附属建筑物的工艺、结构、建筑、电气、自控、仪表等；
（2）污水管线：
740矿井坑口污水交接点至污水处理厂的污水收集输送管线、一选厂浓密机污水收集输送管线，另中水回用管线及配套系统暂时不考虑。
厂区外的供电、供水、通讯线路不属于本工程设计范围。
1.4设计目的
在充分调查研究、评价预测和依据必要的勘察资料的基础上，达到下述目的：
（1）提供审批依据，进一步论证**有限公司1500m3/d含铅矿坑涌水处理及回用工程的技术先进性、可靠性和经济合理性。
（2）对本项目有关的主要因素：
如水质、水量、污水处理工艺、工程投资及运行成本等进行技术可靠性、经济合理性及实施可行性的多方案综合性研究，进行方案比较和论证。
（3）在多方案论证的基础上，提出推荐建设方案，为项目决策提供科学依据。
（4）提供施工准备工作及主要设备材料定货要求。
1.5设计原则
（1）以国家的有关法令、法规和标准为准则，在总体规划的指导下进行文件的编写工作，使工程建设与企业的发展相协调，最大限度地发挥出工程的社会、经济和环境效益。
（2）对处理工艺进行技术经济比较，选择满足进、出水水质要求并适合原场地条件、管理简单、运行可靠、节约能耗、运行费用合理的处理工艺。
（3）选择设备力求经济、实用、高效，以达到运行安全可靠，操作方便简单的目的。
（4）为确保污水厂的正常运行，运行设备考虑足够的备用率。
（5）采用先进可靠的控制系统，提高污水厂的自动化水平。
系统分散控制、集中管理，减少人员编制。
（6）妥善处理污水处理过程中产生污泥，避免对环境造成二次污染。
（7）厂区平面布置力求新颖美观，布局合理，功能齐全。
在便于施工安装和维修的前提下，使处理构筑物尽量集中，布置紧凑，节约用地，保证绿化面积。
1.6采用的主要规范及标准
《铅、锌工业污染物排放标准》GB25466-2010
《污水综合排放标准》GB8978-1996
《室外排水设计规范》GB50014-2006
《室外给水设计规范》GB50013-2006
《声环境质量标准》GB3096-2008
《地表水环境质量标准》GB3838-2002
《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
《建筑设计防火规范》（2001年版）GBJ16-87
《建筑灭火器配置规范》GB50140-2005
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2001
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
《砌体结构设计规范》GB50003-2001
《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-1996
《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
《工业建筑防腐设计规范》GB50046-95
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2002
《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94
《低压配电装置及线路设计规范》GB50054-95
《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》GBJ63-90
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-92
《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83
《电力工程电缆设计规范》GB50217-94
《仪表供电设计规定》HG20509-92
《信号报警、联锁系统设计规定》HG20511-92
《仪表配管、配线设计规定》HG20512-92
《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-95
《工业企业照明设计标准》GB50034-2004
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
《工业企业噪声控制设计规范》GB12348-90
1.8工程建设的必要性
第二章工程规模及水质
2.1工程规模
根据业主提供的资料：
白沙坡740坑口涌水量为1296~1728m³/d（根据云南省**有限公司**水工环综合勘查报告），一选厂浓密机废水水量为200~500m³/d，根据业主提供的资料及要求，各污水处理设计参数取下限值，由此本次设计确定设计规模为1500m³/d。
本项目暂不考虑回用水量，系统中预留回用接口。
图1一选厂旱季生产水量平衡图单位：
m3/d
图2一选厂雨季生产水量平衡图单位：
m3/d
2.2设计进出水水质
2.2.1进水水质
1、740矿井涌水水量及水质
根据业主提供的资料：
白沙坡740坑口涌水量为1296~1728m³/d，2010年11月9日－10日、2012年1月16日及2012年2月25日环境监测站矿井涌水水质监测结果统计：
表2－12010年11月9日－10日矿井涌水监测结果
单位：
mg/L（PH、水温、大肠菌除外）
序号
监测指标
数值
备注
9日
10日
平均值
1
水温
22
22
－
2
PH
7.7
7.69
－
3
CODmn
3.13
3.29
3.21
4
SS
159
127
143
5
氨氮
0.12
0.11
0.12
6
石油类
0.02
0.02
0.02
7
氟化物
0.41
0.39
0.4
8
硫酸盐
198.7
209.9
204.3
9
大肠菌群
230
230
230
10
铁
4.0583
3.7753
3.9168
11
锰
0.1232
0.1137
0.1184
12
镉
0.0002L
0.0002L
0.0002L
13
汞
0.00005L
0.00005L
0.00005L
14
锌
0.0199
0.0187
0.0193
15
六价铬
0.004L
0.004L
0.004L
16
铅
1.937
1.806
1.8715
注：
L表示低于检测限以下
表2－22012年2月25日矿井涌水监测结果单位：
mg/L
监测项目
砷
铁
汞
锰
铅
铜
锌
镉
740坑口涌水
0.105
25.3
0.00005L
1.55
1.523
0.29
0.141
0.0025
740坑道内涌水
0.04
23.2
0.00005L
1.62
0.5852
1.05
0.05
0.0035
表2－32012年1月16日矿井涌水监测结果单位：
mg/L
监测项目
740坑外矿仓溢流水
740矿井涌水2#
740矿井涌水3#
铅
99.61
24.23
21.32
注：
L表示低于检测限以下
2、一选厂浓密机废水水量及水质
根据业主测试：
一选厂浓密机废水水量为200~500m³/d，2012年8月~2013年5月公司内部分析结果统计：
表2-4一选厂浓密机废水水质分析结果单位：
mg/L
分析时间
分析项目
铜
铅
六价铬
2012.8.20
0.170
23.230
0.006
2012.9.4
0.053
25.502
0.007
2012.9.14
0.042
0.194
＜0.001
2012.10.9
0.055
109.81
0.278
2012.10.13
0.023
19.120
0.59
2012.10.17
0.031
293.860
0.303
2012.11.30
0.111
0.465
0.013
2012.12.12
0.116
57.434
0.012
2013.3.3
0.039
0.172
0.003
2013.3.17
0.017
40.430
0.063
2013.4.21
0.040
1.94
0.081
2013.4.29
0.53
6.840
0.006
2013.5.7
0.055
20.22
0.003
2013.5.16
0.037
91.67
0.001
根据上述情况，本项目的考虑设计进水水量为1500m³/d，740矿井涌水与一选厂浓密机废水混合水质进水设计指标如下：
表2－5污水厂设计进水水质单位：
mg/L
序号
水质指标
设计值
备注
1
PH
7~9
2
SS
190
3
铅
35
4
砷
0.5
5
锌
5.0
6
铜
1.0
2.2.2出水水质
经处理后的1500m3/d污水中PH、总铅、总砷、总锌、总铜、悬浮物（SS）优于GB8978-1996《污水综合排放标准》，第一类污染物执行表1标准、第二类污染物执行表4二级标准。
汇总各项标准如下：
污水厂出水污染物排放标准（单位：
mg/L）
序号
污染物
标准值
1
PH
6~9
2
SS
＜300
3
总铅
＜1.0
4
总砷
＜0.5
5
总锌
＜5.0
6
总铜
＜1.0
第三章工艺方案比选
3.1污水处理厂厂址
3.1.1厂址确定的原则
污水处理厂的厂址确定是一个十分重要的问题，它对厂区周围的环境卫生、污水厂基建投资及运行管理都有很大影响。
在考虑规划的总体布局的基础上，污水处理厂的厂址选择还需考虑如下原则：
（1）厂址必须位于集中给水水源下游；
（2）污水处理厂要靠近受纳水体并考虑防洪问题；
（3）要考虑污水处理厂建设位置的工程地质情况，以节省造价，方便施工；
（4）充分利用地形，随坡顺势建设污水处理厂，节省能量；
（5）厂址选择考虑远期发展的可能性，为以后的扩建留有余地；
（6）还应考虑交通、供水和供电等方面的条件；
3.1.2厂址的确定
本污水厂选址位于740矿井东侧，原址为矿仓用地，东侧紧临公路及**河。
3.2污水处理工艺比选
3.2.1工艺确定原则
污水处理厂是水污染控制的关键环节，其建设和运行意义重大。
由于耗资较大，而且受多种因素的制约和影响，其中污水处理工艺方案的优化选择对确保污水处理厂的运行性能和降低费用最为关建，因此有必要根据确定的标准和一般原则，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，经全面比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
污水处理厂工艺方案选择的一般原则为：
（1）技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定的排放或回用要求；
（2）基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的效益；
（3）运行管理方便，运转灵活，在一定的负荷变化范围内，可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处理构筑物的处理能力；
（4）选定工艺的技术及设备先进、可靠、成熟；
（5）便于实现工艺过程的合理自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
3.2.2污水特点
根据业主提供的资料及水质分析检测报告，本工程污水具有以下特点：
水量变化较大：
矿井涌水量是指流入矿井巷道内的地表水、裂隙水、老窿水、岩溶水等的总量。
矿井涌水量呈季节性周期变化，雨季达高峰，最大涌水量可为正常涌水量的1.5倍或更多。
一选厂浓密机废水产生量也和选矿厂运行操作有关，废水产生量变化大。
因此，要求处理工艺有较大的耐水量冲击负荷。
污染成份复杂：
本工程740矿井涌水中的污染物主要是各种重金属离子、悬浮物和大肠菌群；一选厂浓密机废水重金属铅浓度高，而且含有其他选矿药剂成分。
混合后污水超标的重金属离子主要是铅，铅为有毒有害重金属，很容易被生物吸收和积累，对机体的损伤呈多系统性、多器官性，对儿童的健康和智能的危害更为严重。
3.2.3处理工艺介绍
根据进出水水质指标分析，本工程废水最主要的污染指标为铅指标，对含铅的废水主要有以下几种处理工艺：
3.2.3.1化学沉淀法
化学沉淀法是铅废水常用的处理方法，其原理是在含铅废水中加入沉淀剂进行反应，使溶解态的铅离子转变为不溶于水的沉淀物而去除。
优点是设备简单，操作方便。
目前，对浓度高、大流量的含铅废水的处理应用较普遍．但化学沉淀法费用高，污泥量大，若污泥不加以综合利用，会造成二次污染。
1）中和沉淀法：
在废水中加人NaOH，Ca（OH）2，Mg（OH）2，BaCO3，等中和剂，通过中和反应形成氢氧化物或碳酸盐沉淀而去除。
工艺简单，中和剂来源广，价格低廉，沉渣脱水性能好，在除铅的同时能中和各种酸及其混合液，适于处理酸性含铅废水。
但缺点是沉渣量大，含水率高，出水硬度高，会使土壤、水体碱化，造成二次污染。
而且铅是两性金属，操作时对pH值要求严格，pH值在接近l0时最为有效，高pH值时有再溶解倾向。
相关实验表明，Pb：
pH<7时去除率随pH增大而增大，pH在9.0～10.5间时，去除率提高，pH>11时去除率随pH增加而下降，计算PH值为9.20。
2）硫化物沉淀法：
在含铅废水中投加硫化剂，使铅离子与S2-形成硫化物沉淀而去除。
与中和沉淀法相比，此方法优点是：
铅的硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，只需加入少量的沉淀剂就可使废水中铅离子浓度达到排放标准，反应的pH值在7～9之间，处理后废水一般不用中和，沉渣含水率低，不易返溶而二次沉淀。
早期研究中，利用人工合成硫化物作为硫化剂。
缺点是硫化物沉淀细小，易成胶体，且本身有毒，处理酸性废水过程中可能产生硫化氢气体，造成二次污染。
有研究表明，利用资源丰富的硫铁矿制成的硫化剂，可以避免硫化物沉淀过程中产生H2S，排水可不再处理，降低了成本。
3）高分子重金属离子捕集剂法：
又称螯合沉淀法，重金属离子捕集剂为长链高分子物质二烃基二硫代磷酸的铵盐、钾盐或钠盐，活性基团（给电子基团）为二硫代磷酸，因活性基团中的硫原子电负性小、半径较大、易失去电子并易极化变形产生负电场，故能捕捉阳离子并趋向成键，生成难溶于水的二烃基二硫代磷酸盐。
当捕集剂与**一金属离子结合时，均通过其结构中的2个硫与金属离子形成四元环，故形成的化合物为螯合物。
由于捕集剂与不同价键轨道的金属离子形成张力较小的空间构型，因此捕集剂与金属离子反应生成的螯合物具有较高的稳定性。
捕集剂不受共存重金属离子的影响，在常温下能与废水中Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等多种重金属离子迅速反应，在生成不溶于水的螯合盐后再加入少量有机或（和）无机絮凝剂以形成絮状沉淀，从而达到捕集去除重金属离子的目的。
利用捕集剂处理含铅废水方法简单，去除效果好，絮凝效果佳，污泥量少且易脱水，而且pH值适用范围宽，在pH=3～11范围内有效。
●常用螯合剂DTCR
螯合沉淀法是利用重金属离子捕捉剂（DTCR）能在常温下与废水中H、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+,Ni2+、Zn2+、Cr3+等各种重金属离子迅速反应，生成不溶于水的螯合盐，再加人少量有机或（和）无机絮凝剂，形成絮状沉淀，从而达到捕集去除重金属的目的。
DTCR是一种长链的高分子，含有大量的极性基—N-C-S。
该极性基中的硫离子原子半径较大，带负电，易于极化变形，产生负电场，捕捉阳离子，同时趋向成键，生成难溶的氨基二硫代甲酸盐汀（DC盐）而析出。
同一金属离子螯合的配价基极可能来自不同的DTCR分子，这样生成的氨基二硫代甲酸盐（TDC盐）的分子是高交联、立体结构的，原DTCR的分子量为10～15万，而生成的难溶螯合盐的分子量可达到数百万甚至上千万，故此种金属盐一旦在水中生成，受重力作用，即有很好的絮凝沉析效果。
将DTCR稀释到5%~20%（wt）的浓度，可以连续或分批投加废水中，工艺条件为根据上述犯方法确定的量，反应时DTCR和废水必须充分搅拌均匀，搅拌时间约为10~15分钟。
金属沉淀物与水分离在工业上可采用沉降、过滤等固液分离方法，所得清液为达标排放液。
●DTCR的特点
1）处理方法简单
只要投放药剂可除去重金属离子，方法简单，且不增加设备。
2）去除效果好
DTCR与重金属离子强力螯合，生成不溶物，且形成絮凝，达到去除重金属离子的目的。
a.不论废水中重金属离子浓度高低，均能发挥去除效果。
b.多种重金属离子共存时，也能同时去除。
c.对重金属离子以络合盐形式（EDTA、柠檬酸等）存在的情况，也能发挥良好的去除效果。
d.胶质重金属也能去除。
e.不受共存盐类影响。
3）絮凝效果佳
因为DTCR是高分子制品，所以能够生成良好的絮凝，以致沉降快速，过滤性好。
a.污泥量少且稳定
b.污泥中的重金属不会再溶出（强酸条件除外），没有二次污染，后处理简单。
c.安全性高
4）污泥脱水容易
传统化学沉淀法和低分子捕集沉淀剂处理时，大量使用助凝剂，致使污泥量增多，不易脱水
甚至粘在脱水机滤带上，造成脱水困难，而DTCR无此类现象。
3.2.3.2电解法
电解法是指应用电解的基本原理，使废水中铅离子通过电解过程在阳一阴两极上分别发生氧化和还原反应而富集。
电解法是氧化还原、分解、沉淀综合在一起的废水处理方法。
该方法工艺成熟，占地面积小，能回收纯金属。
缺点是电流效率低，耗电量大，废水处理量小。
合理地设计电解反应器是解决电流效率低的方法之一。
3.2.3.3吸附法
吸附法实质上是利用吸附剂活性表面吸附废水中的Pb2+。
制备吸附剂的材料种类很多，大致可分为两类：
无机矿物材料和生物质材料。
无机矿物吸附材料有沸石、粘土（如膨润土和凹凸棒石）、海泡石、磷灰石、陶粒、粉煤灰等，原料来源广，制造容易，价廉，缺点在于重金属吸附饱和后再生困难，难以回收重金属资源。
目前的研究方向在于通过改性提高吸附剂的吸附效果和可再生性。
生物质是指任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物与能源林木，粮食作物和饲料作物残留物，树木和木材废弃物及残留物，各种水生植物、草、残留物、纤维和动物废弃物、城市垃圾和其它废弃材料．生物质材料包括动物类、植物类和微生物类三类。
其中最常用的是活性炭，活性炭可以同时吸附多种重金属阳离子，吸附容量大。
3.2.3.4离子交换法
离子交换法是重金属离子与离子交换剂发生离子交换作用，分离出重金属离子。
树脂性能对重金属去除有较大影响。
常用的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂和腐植酸树脂等。
离子交换法处理容量大，出水水质好，可实现铅的回收，无二次污染。
但树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，反应周期长，运行费用高。
提高树脂的强度和耐用性，延长其连续使用时间，是解决该技术在废水处理方面普及问题的前提要求。
3.2.3.5膜分离法
利用特殊的半透膜将溶液隔开，以压力为驱动力，废水流经膜面时，其中的污染物被截留，而水分子透过膜，废水得到净化。
利用膜分离法处理含铅废水的方法有电渗析、液膜、反渗透和超滤等方法。
与常规废水处理技术相比，膜技术具有高效、无相变、节能、设备简单、操作方便等优点。
适用于处理浓度较低的废水，截留率较高，处理后的水可以回用，通过浓缩液实现纯金属的回收。
膜分离技术在使用中也存在一些问题，如膜组件的造价成本高和使用过程中膜的污染和膜稳定性差。
微滤和超滤是目前应用范围最广最为成熟的膜分离技术，具有操作简单、能耗低、通量大等特点。
微滤和超滤都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程。
由于孔径的关系，超滤或者微滤一般不能截留无机金属离子，若借助于其他物理或者化学过程，将重金属离子转变为粒径较大的离子，就可以与微滤或者超滤相结合来分离重金属。
目前主要有沉淀-微滤、胶束强化超滤、聚合物强化超滤/微滤等工艺用于重金属废水处理。
（1）沉淀-微滤法
沉淀-微滤法处理重金属废水的基本原理是用碱中和使溶液中的重金属离子反应生成沉淀或胶体，再通过微滤膜过滤，以实现分离浓缩。
缺点是膜污染严重，且因大多数处理须在强碱或硫化物条件下进行，所用膜的种类也受到了很大的限制。
（2）聚合物强化超
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