文-李先元 煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院

礦井水是在煤層開采時破壞含水層所產(chǎn)生的涌水，其主要污染物指標(biāo)為COD和SS及少量的石油類、氨氮等。以前礦井水經(jīng)過混凝、沉淀、過濾處理后，基本就可滿足井下灑水、綠化、降塵等要求。但是隨著國家對環(huán)保要求的不斷增強(qiáng)，對礦井水的排放和深度處理后進(jìn)一步資源化利用都提出了新的要求。本文依據(jù)最新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和礦井水進(jìn)一步資源化要求，結(jié)合蘆家窯礦井水處理站改造方案，對礦井水微濾與超濾組合應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 設(shè)置微濾和超濾的原因和意義

蘆家窯礦井水不達(dá)標(biāo)主要是因?yàn)镾S、COD、石油類等污染物造成的，需要經(jīng)過進(jìn)一步深度處理。微濾與超濾組合工藝是針對礦井水三類水深度處理而研究的一種新型工藝組合。

微濾又稱微孔過濾，屬于精密過濾，微濾能截留0.1～1 μm之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機(jī)物和無機(jī)鹽等通過，但能阻擋住懸浮物、細(xì)菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過。在超濾前端增加微濾單元，出水水質(zhì)更穩(wěn)定，并能起到保護(hù)后段超濾膜的作用。

超濾是一個壓力驅(qū)動的膜分離過程，主要由篩除機(jī)理去除水中雜質(zhì)。以壓力差為推動力，分離膜的孔徑在0.0015～0.02μm之間，推動壓力在100～1000kPa。超濾適用于分離大分子物質(zhì)、膠體、蛋白質(zhì)等，可有效取除水中的懸浮物、膠體、有機(jī)物、油等雜質(zhì)，可替代活性炭過濾器和多介質(zhì)過濾器。

在超濾過程中，水深液在壓力推動下流經(jīng)膜表面，小于膜孔的深劑（水）及小分子溶質(zhì)透水膜，成為凈化液（濾清液），比膜孔大的溶質(zhì)及溶質(zhì)集團(tuán)被截留，隨水流排出，成為深縮液。超濾過程為動態(tài)過濾，分離是在流動狀態(tài)下完成的。溶質(zhì)僅在膜表面有限沉積，超濾速率衰減到一定程度而趨于平衡，且通過清洗可以恢復(fù)。

超濾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學(xué)試劑，尤其是超濾技術(shù)的實(shí)驗(yàn)條件溫和，與蒸發(fā)、冷凍干燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。

微濾+超濾處理工藝具有處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)有保證，運(yùn)行管理方便，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 改造設(shè)計方案

2.1 設(shè)計規(guī)模

根據(jù)蘆家窯礦井平均日出水情況，本次設(shè)計規(guī)模按1800m3/d（90m3/h）考慮，每天運(yùn)行20h。

2.2 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)

項 目 指標(biāo)pH值 7.93 SS（mg/L） 176 BOD5（mg/L） 7.7 CODcr（mg/L） 76鐵（mg/L） 0錳（mg/L） 0.08氨氮（mg/L） 0.122氟化物（mg/L） 0.68硫化物（mg/L） 0硝酸鹽（mg/L） 2.91硫酸鹽（mg/L） 318石油類（mg/L） 0.23氯化物（mg/L） 184

2.3 設(shè)計出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)要求及我礦對SS指標(biāo)要求，設(shè)計出水水質(zhì)要求見表2。

表2 設(shè)計出水指標(biāo)

3 目前存在的主要問題及改造方案

3.1 預(yù)沉降池改造方案

根據(jù)現(xiàn)場踏勘目前預(yù)沉調(diào)節(jié)池為長方形，池底沒有污泥斗，僅設(shè)置排泥泵坑，且排泥泵坑位置設(shè)置不當(dāng)，排泥系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在調(diào)節(jié)池進(jìn)水端；預(yù)沉調(diào)節(jié)池有效調(diào)節(jié)容積為300m3，根據(jù)《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50810-2012）現(xiàn)有調(diào)節(jié)池有效容積不能滿足處理規(guī)模1800m3/d的調(diào)節(jié)容積要求；預(yù)沉調(diào)節(jié)池底部為平底，設(shè)置桁車式刮泥機(jī)不能起到很好的刮泥效果，導(dǎo)致污泥泵的排泥濃度較低，后續(xù)污泥處理段不能正常運(yùn)行。建議對原有預(yù)沉調(diào)節(jié)池進(jìn)行改造，將現(xiàn)有桁車式刮泥機(jī)改為桁車式刮吸泥機(jī)。新增加一座調(diào)節(jié)池與原有調(diào)節(jié)池串聯(lián)運(yùn)行，有效調(diào)節(jié)容積300m3，采用半地下式水池，加蓋保溫板防凍，采用液壓往復(fù)式刮泥機(jī)。

3.2 一體化凈水設(shè)備改造方案

一體化凈水設(shè)備中設(shè)有絮凝段，但絮凝段起不到絮凝效果，懸浮物在此不能形成大的絮凝體，需要對其進(jìn)行改造，本次設(shè)計投加渦流反應(yīng)器；斜管沉淀池斜管已損壞，需要更換斜管；過濾區(qū)濾料厚度為300mm，反沖洗配水不均勻，需要增加濾料厚度和更換配水系統(tǒng)，一體化凈水器需要進(jìn)行防腐處理。

3.3 污泥處理系統(tǒng)改造方案

污泥處理系統(tǒng)的污泥入料泵存在漏水、污泥輸送管路偏細(xì)、離心式污泥脫水機(jī)已經(jīng)不能正常運(yùn)行，且污泥脫水系統(tǒng)設(shè)置的位置不合理，不便于煤泥的運(yùn)輸。根據(jù)現(xiàn)場踏勘和甲方要求，方案設(shè)計將污泥脫水設(shè)備進(jìn)行更換，更換為廂式壓濾機(jī)，且污泥脫水設(shè)備的安裝位置變更為原PAM加藥車間，污泥采用無軸螺旋輸送機(jī)輸送至煤場。

3.4 礦井三類水組合處理裝置

在深度處理車間安裝一套礦井三類水組合處理裝置，該裝置使用的是一體化設(shè)計技術(shù)，專門針對礦井水處理三類水提標(biāo)改造。該裝置的核心內(nèi)容為“微濾+超濾”組合系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計回收率為大于90%。本次改造設(shè)置1套產(chǎn)水量90m3/h的三類水組合處理裝置。深度處理設(shè)備供水泵的作用是將來水加壓并打入深度處理設(shè)備中，并使產(chǎn)水透過深度處理設(shè)備進(jìn)入產(chǎn)水池中。供水泵采用變頻供電。PLC采集超濾設(shè)備的產(chǎn)水流量數(shù)據(jù)，經(jīng)PID調(diào)節(jié)控制供水泵的頻率，達(dá)到每個CMF系列恒流量產(chǎn)水。供水泵的啟動、停止及轉(zhuǎn)速由膜過濾設(shè)備用水要求而由自控系統(tǒng)自動控制，無須人工操作，這樣既降低了勞動強(qiáng)度，又使設(shè)備的運(yùn)行安全可靠。

4 自動控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)自動化控制和無人值班控制要求，設(shè)計了一套完整、先進(jìn)的儀表和DCS監(jiān)控系統(tǒng)，采用集散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制，達(dá)到除配藥、清洗外，無人值班運(yùn)行要求。系統(tǒng)分為兩層：控制中心、現(xiàn)場各種儀表及控件。

控制系統(tǒng)采用自動程序控制、遠(yuǎn)方手動操作及就地操作相結(jié)合的控制方式。程序控制必須設(shè)有步進(jìn)操作、成組操作或單獨(dú)操作等手段，并有跳步、中斷或旁路等操作功能，還設(shè)有必要的步驟時間和狀態(tài)指示、選擇和閉鎖功能；系統(tǒng)可以檢測重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、過程，出現(xiàn)故障可自動報警；可以對水處理裝置、加藥系統(tǒng)、反洗系統(tǒng)、化學(xué)清洗、供氣系統(tǒng)以及各種泵、閥進(jìn)行有效控制。

5 運(yùn)行成本分析

改造處理的主要耗電單元為提升泵及反洗水泵，水耗為0.2kWh/t；按本地工業(yè)用電0.9元/ kWh計，電耗為0.18元/t。包括原水殺菌和化學(xué)清洗：10%濃度的次氯酸鈉溶液按1000元/t，30%濃度的鹽酸溶液按1000元/t，96%濃度的氫氧化鈉溶液按2000元/t計算，共計水費(fèi)0.05元/t。綜上可知，深度處理的每噸水運(yùn)行成本為0.23元。

6 結(jié)論

本次對蘆家窯礦井水處理站進(jìn)行改造，利用微濾與超濾組合工藝，實(shí)現(xiàn)自動控制，改造后礦井水處理后出水符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)要求，滿足對礦井水的排放和深度處理后進(jìn)一步資源化利用要求。