1、水资源浪费长期以来，采煤对地下水造成了严重破坏。绝大部分矿井水，被以直排方式，流入河道、田野，这不仅造成水资源的白白浪费，也污染了环境。社会对此反响强烈的同时，煤矿企业也倍感压力。
2、解决矿区饮水问题，大大节省生产用水成本煤矿企业开始对矿井水进行更加深度的处理，有些轻度污染的矿井水，经过处理之后直接可以用于矿区，甚至为附近居民供给生活饮用水；而有的经过简单沉淀过滤处理后，直接用于煤矿生产、消防用水及矿区绿植浇灌等用途，这不仅解决了矿区生活饮用水的紧缺现状，同时在生产用水逐年涨价的情况下，大大节省了生产用水成本。
3、环保形势严峻，矿井水提标至地表三类近年来，随着环保形势日趋严峻，以及国内民众环保意识的大幅增强。在矿井水处理领域，根据矿井所处地理位置的不同，有些地方（如：山东、山西、内蒙等地的某些区域）的矿井水（煤矿、稀土矿、有色金属矿等）处理需执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）三类水质标准。
项目概况：
某煤矿井废水2000吨/天，在了解废水基本情况并对现场进行实地考察后，进行工艺构思并设计解决方案。
二、项目设计方案
进出水水质设计方案：
1、设计规模
设计处理水量：2000m³/d，24小时连续运行。
2、设计进出水水质
该项目设计进水为甲方提供的第三方检测数据。因为要供给矿区生活用水、生活饮用水及排放到地表三类水中。所以，出水既需要达到《生活饮用水水质卫生标准》（GB5749-2006），又要达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的三类水标准。
3、进出水水质设计方案具体参数：
工艺设计分析：
矿井水主要是由于煤矿开采破坏了煤系上覆含水层而形成的井下涌水，初始流入井筒和巷道的涌水未受到污染时为清洁水，在开拓及采煤过程中易受到污染。根据进出水水质可知该矿井水为中性，无有毒重金属物质，但SS、TN含量较高，大肠杆菌数和菌落总数也比较高（需要说明的是一般矿井水中均有一定量的COD，但其主要是由煤粉引起的，并因水中还原性碳元素所致，一般随悬浮物的去除，COD也随之去除）。本工程矿井水处理后，既要作为生活饮用水，又要将多余部分排放至地表三类水中。经以上分析，本工艺主要考虑去除COD、SS、菌落数、TN等。尤其是TN的去除需要达到地表三类标准。由于原水中含盐量并不高，且TN处理精度要求严格，因此，本工艺采用了专业脱氮树脂对总氮进行深度处理。
综上所述，项目采用了“生化、混凝沉淀及专用脱氮离子交换树脂”的组合式处理工艺。
三、项目工艺分析
1、根据水中氮的形态，可对该废水直接进行反硝化，由于废水中BOD5的含量很低，需另外投加碳源，但外加碳源无法精确控制，会引起有机物超标。因此需在反硝化池后接氧化池，去除多余碳源，同时对废水中可能存在的有机氮或氨氮进行硝化反应，将其转化为亚硝态氮和硝态氮。好氧池末端设有内循环，将好氧池末端水，部分回流至缺氧池前段，对残余或部分新产生的亚硝态氮和硝态氮进行反硝化脱氮，从而对生化脱氮起保障作用。2、因出水需达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的三类水标准，即总氮要≤1mg/l。该标准较严，普通的生化处理脱氮很难达到，所以对好氧池后端的出水进行离子树脂交换，用专业脱氮树脂对废水中硝态氮进行深度去除，稳定做到1mg/l以下。
3、对生化出水采用沉淀、砂碳过滤和精密过滤的方式去除悬浮物及一些水溶性的有机物，满足离子交换的进水要求，防止离子交换树脂的污堵。
四、流程及单元工艺设计
1、主要工艺流程图
2、主要工艺设计说明设计规模：2000m³/d，设计流量：83m³/h。
调节池：
主要作用：均质、均量，稳定pH值在6-8之间；
结构：地下钢结构；
工艺尺寸：14x10x4.5m(有效水深4米)；
有效容积：536m³；
反应时间：6.45h；
缺氧池：
主要作用：废水进入铁碳床，通过微电解反应对有机物进行预氧化，提高废水可生化性，为后续生化处理创造条件；
结构：半地下钢砼结构；
设进水硝态氮：25mg/L，出水硝态氮：8mg/L；
设计污泥负荷：0.06kgNO3-N/（kgMLSS.d）；
MLSS：2500mg/L；
有效容积：400m3；
工艺尺寸：16x5x5.5m（有效深度5m）；
反应时间：4.8小时；
好氧池：
主要作用：在有氧状态下，微生物降解废水中的有机物，对有机氮进行硝化作用；
结构：半地下式钢砼结构；
工艺尺寸：16x5x5.5m（有效水深4.8米）；
有效容积：384m³；
反应时间：4.6h；
沉淀池：
主要作用：利用泥水密度差，对絮凝反应出水实现泥水分离，出水自流进入水解酸化池，污泥重力流排入已建污水处理系统污泥池，使出水SS小于8mg/l；
结构：半地下钢砼结构；
表面负荷：0.5m3/m2.h；
工艺尺寸：Φ12x4.5m；
中间水池：
主要作用：起二次提升作用；
结构：半地下钢砼结构；
设计规模：2000m3/d；
设计流量：83m3/h；
工艺尺寸：14x6x4.5m（有效水深4米）；
水力停留时间：4.0h；
主要作用：去除比重较轻，不易通过重力作用去除的悬浮物及有机物杂质，过滤精度20μm，防止离子交换树脂堵塞；
结构：半地下钢砼结构；
设计规模：2000m3/d；
设计流量：83m3/h；
工艺尺寸：Φ3.25x3.5m（内径*总高）；
保安过滤器：
主要作用：进水前对原水进行过滤处理，除去固体悬浮物杂质，控制SS<1mg/l，防止堵塞树脂；
材质：SUS304；数量：1台，1μm滤芯。
离子交换床：
主要作用：在进水硝酸盐氮8mg/l左右情况下，保证出水总氮含量<1mg/l。用常规的普通阴离子交换树脂处理含硫酸盐水中的硝酸盐是困难的。因为树脂几乎交换了水中的所有的硫酸盐后，才与硝酸盐交换。即硫酸盐的存在会降低树脂对硝酸盐的去除能力。
采用科海思（北京）科技有限公司Tulsimer®A-62MP硝态氮选择性树脂优先交换硝酸盐，对硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐（<500mg/l）的影响。A-62MP树脂对水中（低盐环境）阴离子的选择性顺序依次为：NO3-> SO42- > Cl-> HCO3-
结构：Q235；
单组设计流量：45m3/h；
工作流速：8BV/h；
单组工艺尺寸：Φ2.35x3m；共2组，一用一备；
树脂有效高度：1.5m；
除氮离子交换器
污泥池：
主要作用：接受沉淀池污泥，并由泵送至原污泥处理系统；
结构：半地下钢砼结构；
工艺尺寸：5.5x3.5 x2.5m（有效水深2米）；
有效容积：33.28m³；
经过专用脱氮树脂处理，总氮达到地表三类的水，一般经过杀菌消毒装置后用于矿区生活饮用水，余量部分会直接达标排放或用于浇灌绿植及矿区其他生产、生活用水。
3、运行中部分问题解决办法汇总
（1）总氮出水不达标：树脂进水总氮>10mg/l，则调节污泥回流比，控制生化产水总氮含量；流速过快，导致接触时间短，则需降低流速，正常流速范围5-20BV/H；树脂进水压力不够，建议2-3kg的进水压力为宜；布水器布水不均，大罐体建议采用爪状布水器。
（2）树脂污染：树脂被悬浮物杂质或活性污泥（可能有水溶性有机物）污堵，用10%氯化钠+2%氢氧化钠的碱性盐溶液逆流快速冲洗（4BV/H流速），直至出水干净清澈为止，辅以空气擦洗效果更佳。
（3）再生不下来：树脂吸附效果没问题，再生总是不彻底，则需要排查罐体尺寸（反洗膨胀空间是否足够）、再生/反洗泵流量、扬程及管路是否能满足使用要求（过大或过小）、再生剂成分是否有问题（是否含有强氧化剂、成分含量够不够等）。
（4）微生物滋生：间歇运行，超过7天以上不运行，则需用盐水浸泡，以免藻类和细菌等微生物滋生，影响树脂功能，下次使用前冲洗干净继续使用。
2、解决矿区饮水问题，大大节省生产用水成本煤矿企业开始对矿井水进行更加深度的处理，有些轻度污染的矿井水，经过处理之后直接可以用于矿区，甚至为附近居民供给生活饮用水；而有的经过简单沉淀过滤处理后，直接用于煤矿生产、消防用水及矿区绿植浇灌等用途，这不仅解决了矿区生活饮用水的紧缺现状，同时在生产用水逐年涨价的情况下，大大节省了生产用水成本。
3、环保形势严峻，矿井水提标至地表三类近年来，随着环保形势日趋严峻，以及国内民众环保意识的大幅增强。在矿井水处理领域，根据矿井所处地理位置的不同，有些地方（如：山东、山西、内蒙等地的某些区域）的矿井水（煤矿、稀土矿、有色金属矿等）处理需执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）三类水质标准。
项目概况：
某煤矿井废水2000吨/天，在了解废水基本情况并对现场进行实地考察后，进行工艺构思并设计解决方案。
二、项目设计方案
进出水水质设计方案：
1、设计规模
设计处理水量：2000m³/d，24小时连续运行。
2、设计进出水水质
该项目设计进水为甲方提供的第三方检测数据。因为要供给矿区生活用水、生活饮用水及排放到地表三类水中。所以，出水既需要达到《生活饮用水水质卫生标准》（GB5749-2006），又要达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的三类水标准。
3、进出水水质设计方案具体参数：
工艺设计分析：
矿井水主要是由于煤矿开采破坏了煤系上覆含水层而形成的井下涌水，初始流入井筒和巷道的涌水未受到污染时为清洁水，在开拓及采煤过程中易受到污染。根据进出水水质可知该矿井水为中性，无有毒重金属物质，但SS、TN含量较高，大肠杆菌数和菌落总数也比较高（需要说明的是一般矿井水中均有一定量的COD，但其主要是由煤粉引起的，并因水中还原性碳元素所致，一般随悬浮物的去除，COD也随之去除）。本工程矿井水处理后，既要作为生活饮用水，又要将多余部分排放至地表三类水中。经以上分析，本工艺主要考虑去除COD、SS、菌落数、TN等。尤其是TN的去除需要达到地表三类标准。由于原水中含盐量并不高，且TN处理精度要求严格，因此，本工艺采用了专业脱氮树脂对总氮进行深度处理。
综上所述，项目采用了“生化、混凝沉淀及专用脱氮离子交换树脂”的组合式处理工艺。
三、项目工艺分析
1、根据水中氮的形态，可对该废水直接进行反硝化，由于废水中BOD5的含量很低，需另外投加碳源，但外加碳源无法精确控制，会引起有机物超标。因此需在反硝化池后接氧化池，去除多余碳源，同时对废水中可能存在的有机氮或氨氮进行硝化反应，将其转化为亚硝态氮和硝态氮。好氧池末端设有内循环，将好氧池末端水，部分回流至缺氧池前段，对残余或部分新产生的亚硝态氮和硝态氮进行反硝化脱氮，从而对生化脱氮起保障作用。2、因出水需达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的三类水标准，即总氮要≤1mg/l。该标准较严，普通的生化处理脱氮很难达到，所以对好氧池后端的出水进行离子树脂交换，用专业脱氮树脂对废水中硝态氮进行深度去除，稳定做到1mg/l以下。
3、对生化出水采用沉淀、砂碳过滤和精密过滤的方式去除悬浮物及一些水溶性的有机物，满足离子交换的进水要求，防止离子交换树脂的污堵。
四、流程及单元工艺设计
1、主要工艺流程图
2、主要工艺设计说明设计规模：2000m³/d，设计流量：83m³/h。
调节池：
主要作用：均质、均量，稳定pH值在6-8之间；
结构：地下钢结构；
工艺尺寸：14x10x4.5m(有效水深4米)；
有效容积：536m³；
反应时间：6.45h；
缺氧池：
主要作用：废水进入铁碳床，通过微电解反应对有机物进行预氧化，提高废水可生化性，为后续生化处理创造条件；
结构：半地下钢砼结构；
设进水硝态氮：25mg/L，出水硝态氮：8mg/L；
设计污泥负荷：0.06kgNO3-N/（kgMLSS.d）；
MLSS：2500mg/L；
有效容积：400m3；
工艺尺寸：16x5x5.5m（有效深度5m）；
反应时间：4.8小时；
好氧池：
主要作用：在有氧状态下，微生物降解废水中的有机物，对有机氮进行硝化作用；
结构：半地下式钢砼结构；
工艺尺寸：16x5x5.5m（有效水深4.8米）；
有效容积：384m³；
反应时间：4.6h；
沉淀池：
主要作用：利用泥水密度差，对絮凝反应出水实现泥水分离，出水自流进入水解酸化池，污泥重力流排入已建污水处理系统污泥池，使出水SS小于8mg/l；
结构：半地下钢砼结构；
表面负荷：0.5m3/m2.h；
工艺尺寸：Φ12x4.5m；
中间水池：
主要作用：起二次提升作用；
结构：半地下钢砼结构；
设计规模：2000m3/d；
设计流量：83m3/h；
工艺尺寸：14x6x4.5m（有效水深4米）；
水力停留时间：4.0h；
主要作用：去除比重较轻，不易通过重力作用去除的悬浮物及有机物杂质，过滤精度20μm，防止离子交换树脂堵塞；
结构：半地下钢砼结构；
设计规模：2000m3/d；
设计流量：83m3/h；
工艺尺寸：Φ3.25x3.5m（内径*总高）；
保安过滤器：
主要作用：进水前对原水进行过滤处理，除去固体悬浮物杂质，控制SS<1mg/l，防止堵塞树脂；
材质：SUS304；数量：1台，1μm滤芯。
离子交换床：
主要作用：在进水硝酸盐氮8mg/l左右情况下，保证出水总氮含量<1mg/l。用常规的普通阴离子交换树脂处理含硫酸盐水中的硝酸盐是困难的。因为树脂几乎交换了水中的所有的硫酸盐后，才与硝酸盐交换。即硫酸盐的存在会降低树脂对硝酸盐的去除能力。
采用科海思（北京）科技有限公司Tulsimer®A-62MP硝态氮选择性树脂优先交换硝酸盐，对硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐（<500mg/l）的影响。A-62MP树脂对水中（低盐环境）阴离子的选择性顺序依次为：NO3-> SO42- > Cl-> HCO3-
结构：Q235；
单组设计流量：45m3/h；
工作流速：8BV/h；
单组工艺尺寸：Φ2.35x3m；共2组，一用一备；
树脂有效高度：1.5m；
除氮离子交换器
污泥池：
主要作用：接受沉淀池污泥，并由泵送至原污泥处理系统；
结构：半地下钢砼结构；
工艺尺寸：5.5x3.5 x2.5m（有效水深2米）；
有效容积：33.28m³；
经过专用脱氮树脂处理，总氮达到地表三类的水，一般经过杀菌消毒装置后用于矿区生活饮用水，余量部分会直接达标排放或用于浇灌绿植及矿区其他生产、生活用水。
3、运行中部分问题解决办法汇总
（1）总氮出水不达标：树脂进水总氮>10mg/l，则调节污泥回流比，控制生化产水总氮含量；流速过快，导致接触时间短，则需降低流速，正常流速范围5-20BV/H；树脂进水压力不够，建议2-3kg的进水压力为宜；布水器布水不均，大罐体建议采用爪状布水器。
（2）树脂污染：树脂被悬浮物杂质或活性污泥（可能有水溶性有机物）污堵，用10%氯化钠+2%氢氧化钠的碱性盐溶液逆流快速冲洗（4BV/H流速），直至出水干净清澈为止，辅以空气擦洗效果更佳。
（3）再生不下来：树脂吸附效果没问题，再生总是不彻底，则需要排查罐体尺寸（反洗膨胀空间是否足够）、再生/反洗泵流量、扬程及管路是否能满足使用要求（过大或过小）、再生剂成分是否有问题（是否含有强氧化剂、成分含量够不够等）。
（4）微生物滋生：间歇运行，超过7天以上不运行，则需用盐水浸泡，以免藻类和细菌等微生物滋生，影响树脂功能，下次使用前冲洗干净继续使用。
