張 猛

（青島金源環(huán)境工程有限公司，山東 青島 266555）

煤礦礦井水是采煤過程產(chǎn)生的涌水，涌水的懸浮物濃度一般低于1000mg/L。因所處礦區(qū)以及煤質(zhì)的不同，部分煤礦的礦井水懸浮物濃度會(huì)高達(dá)4000～5000mg/L。對(duì)于高濁度礦井水來說，其懸浮物濃度高，粒徑小，不易自然沉降，是礦井水凈化處理中一種較難處理的類型[1-3]。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

門克慶煤礦隸屬于中煤集團(tuán)，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市。其礦區(qū)井下排水中的污染物以煤粉、巖粉和機(jī)油為主，煤粉成分導(dǎo)致其懸浮物含量大，巖粉成分導(dǎo)致其顆粒具有粒徑小、比重輕、與絮凝劑親和能力弱等特點(diǎn)。另外，井下本身建有水倉(cāng)，用于暫存礦井水，實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用間歇性外排的方式，導(dǎo)致礦井排水中的污染物濃度高，水質(zhì)波動(dòng)大。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

礦井水的污染物以懸浮物、油類和有機(jī)物為主。因煤礦地下深度超過500m，其有機(jī)物（BOD5）濃度低于10mg/L，油類濃度低于1mg/L，已經(jīng)滿足井下消防、灑水水質(zhì)要求，故影響處理回用的指標(biāo)主要是濁度指標(biāo)和大腸菌群指標(biāo)。工程設(shè)計(jì)規(guī)模600m3/h。出水執(zhí)行《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50383-2016）指定標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 礦井水設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2 處理工藝描述

2.1 磁分離

礦井水原水含有的懸浮物濃度非常高，需要進(jìn)行一定程度的預(yù)處理之后，才能進(jìn)行后續(xù)的深度處理。對(duì)高濁度礦井水來說，常用沉淀的方式進(jìn)行預(yù)處理。磁分離是基于選礦行業(yè)所開發(fā)出來的新工藝，其通過在廢水中引入磁性顆粒，利用人工外加磁場(chǎng)的方式，加速?gòu)U水中污染物尤其是懸浮物的沉淀效果，具有能耗低、占地面積小、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。對(duì)于高懸浮物礦井水，磁分離對(duì)其懸浮物的去除效果可達(dá)到90%以上。

2.2 高效沉淀

高效沉淀工藝是通過在平流沉淀器中加入斜管填料，利用淺層沉淀原理，加速懸浮物的沉降，實(shí)現(xiàn)污染物去除。磁分離出水的懸浮物濃度在幾百毫克每升左右，如果直接進(jìn)入過濾工藝，會(huì)導(dǎo)致濾料過快堵塞，無(wú)法正常運(yùn)行。高效沉淀工藝通過絮凝沉淀作用，可使懸浮物濃度降至50mg/L以下，為后續(xù)過濾工藝營(yíng)造良好條件。

2.3 無(wú)閥過濾

高效沉淀出水進(jìn)入無(wú)閥過濾器。無(wú)閥過濾器是砂濾的一種，其通過虹吸作用自動(dòng)進(jìn)行過濾和反沖洗，無(wú)需額外動(dòng)力，運(yùn)行方便。無(wú)閥過濾器中的石英砂填料，其過濾精度可達(dá)到50μm，出水濁度（NTU）穩(wěn)定低于5。

2.4 消毒

由于礦井水來自地下生產(chǎn)區(qū)域，輸送距離長(zhǎng)，在輸送過程中會(huì)受到環(huán)境的污染，導(dǎo)致其大腸菌群超標(biāo)。消毒工藝是通過設(shè)置氯系殺菌系統(tǒng)（二氧化氯），對(duì)最終出水中的大腸菌群進(jìn)行殺滅，保證出水達(dá)標(biāo)。

具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 水處理工藝流程

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 磁分離系統(tǒng)

磁分離系統(tǒng)一套：設(shè)置有混凝攪拌器1臺(tái)，單層折槳式，N=7.5kW；絮凝攪拌器1臺(tái)，單層折槳式，N=11kW；磁分離主機(jī)1套，處理能力Q=600m3/h，磁場(chǎng)強(qiáng)度3000Gs，10年衰減率低于5%，配套磁介質(zhì)回收機(jī)和磁種投加系統(tǒng)；PAC加藥系統(tǒng)1套，碳鋼防腐材質(zhì)，連續(xù)制備能力1000L/h；PAM干粉投加系統(tǒng)1套，304不銹鋼材質(zhì)，連續(xù)制備能力1000L/h，配套料斗、溶解箱等。

3.2 高效沉淀器

高效沉淀器2臺(tái)，碳鋼防腐材質(zhì)，單臺(tái)尺寸為12m×6m×6m，表面負(fù)荷5m/h；設(shè)置有斜管填料120m3，PP材質(zhì)，內(nèi)徑50mm，厚度0.5mm；混凝攪拌器2臺(tái)，雙層折槳式，單臺(tái)N=7.5kW；絮凝攪拌器2臺(tái)，雙層?xùn)艡谑?，單臺(tái)N=9kW；自動(dòng)排泥閥8臺(tái)，公稱直徑DN200。

3.3 無(wú)閥過濾器

無(wú)閥過濾器2臺(tái)，碳鋼防腐材質(zhì)，單臺(tái)尺寸為4m×4m×7m，過濾精度50μm，過濾總面積32m2，反沖洗周期 8～12h，反沖洗時(shí)間 3～5min，濾料采用石英砂，直徑Φ1～2mm，濾層高度900mm，通過壓差形成虹吸實(shí)現(xiàn)反沖洗。

3.4 消毒系統(tǒng)

二氧化氯投加系統(tǒng)2套，設(shè)備有效氯產(chǎn)量2000g/h，單臺(tái)N=7.5kW，采用化學(xué)法發(fā)生器，配套鹽酸、次氯酸鈉PE儲(chǔ)罐、計(jì)量加藥泵、卸料泵、射流器、增壓泵、余氯檢測(cè)儀等。

3.5 污泥處理系統(tǒng)

污泥濃縮池1座，采用碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸為Φ7m×5.5m，總?cè)莘e200m3，配套中心傳動(dòng)刮泥機(jī)、高度可調(diào)出水堰、導(dǎo)流筒、平臺(tái)、爬梯等；設(shè)置有污泥入料泵2臺(tái)，臥式渣漿泵，過流部件材質(zhì)采用耐磨高鉻合金，單臺(tái)Q=150m3/h，H=80m，單臺(tái)N=75kW；廂式壓濾機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)面積500m2，板框尺寸1.6m×1.6m，有效容積7.5m3，單臺(tái)N=22kW；雙螺旋輸送機(jī)2臺(tái)，配套導(dǎo)泥斗及雙螺旋槽體，單臺(tái)輸送能力≥50t/h，單臺(tái)N=11kW；PAM干粉投加系統(tǒng)1套，304不銹鋼材質(zhì)，連續(xù)制備能力1000L/h，配套料斗、溶解箱等。

4 技術(shù)特色

4.1 復(fù)合磁種分離技術(shù)

傳統(tǒng)磁種回收技術(shù)是建立在高磁場(chǎng)強(qiáng)度基礎(chǔ)上，通過高速旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)下保留磁種，這種方式的磁種回收率約在98%左右。該項(xiàng)目的磁種分離裝置增加了循環(huán)噴淋裝置，使得磁種經(jīng)過回收磁場(chǎng)時(shí)，同時(shí)受到噴淋裝置的協(xié)同作用，磁種之外的絮體得以很快脫落，從而提高了磁場(chǎng)對(duì)磁種的磁性作用，提高了磁種回收率。磁種綜合回收率可穩(wěn)定達(dá)到99%以上。

4.2 雙螺旋污泥輸送裝置

廂式壓濾機(jī)出泥是間歇性出泥，單次出泥量大，為了達(dá)到暫存和連續(xù)出泥的效果，需要在壓濾機(jī)底部增加暫存和轉(zhuǎn)運(yùn)裝置。傳統(tǒng)方式是通過泥斗加皮帶輸送機(jī)的方式，這種方式密封性不好，污泥含水率出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏泥，且皮帶裝置無(wú)法承受污泥的重力而變形。通過采用雙螺旋裝置，與泥斗焊接為一體，解決了漏泥問題，同時(shí)雙螺旋承壓能力強(qiáng)，污泥暫存時(shí)間更加靈活。雙螺旋設(shè)計(jì)成多段式，有效防止了扭矩集中造成的軸部斷裂。

5 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)分析

5.1 運(yùn)行效果

調(diào)試運(yùn)行期間，水質(zhì)水量基本達(dá)到設(shè)計(jì)條件，對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)也進(jìn)行了調(diào)試。磁分離系統(tǒng)調(diào)試的重點(diǎn)是通過對(duì)磁粉及混凝劑的配比濃度，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)且效果最好的投加比。高效沉淀器工藝加藥濃度基本固定，其調(diào)試重點(diǎn)是通過設(shè)定排泥時(shí)序，使污泥不出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，保證沉淀區(qū)良好沉淀環(huán)境。無(wú)閥過濾屬于自動(dòng)運(yùn)行，調(diào)試期間通過設(shè)定反沖洗排水擋板，控制合理的反沖流量即可，在運(yùn)行過程中，偶爾需要人工干預(yù)，實(shí)施強(qiáng)制沖洗，避免2臺(tái)過濾器沖洗時(shí)間過于接近導(dǎo)致的總處理量的下降。各主要單元實(shí)際處理情況見表2。

5.2 經(jīng)濟(jì)分析

項(xiàng)目建設(shè)投資1800萬(wàn)元，日常運(yùn)行費(fèi)用包括電費(fèi)（日耗電量1824kW·h）、藥劑費(fèi)（日消耗藥劑2100元）、人工費(fèi)（定員8人，總?cè)招?00元），每日運(yùn)行直接費(fèi)用為0.346元/m3。出水用于灑水和井下消防，按外購(gòu)水2元/m3計(jì)算，日節(jié)省費(fèi)用為23818元，年節(jié)省費(fèi)用為869.4萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表2 各主要單元實(shí)際處理情況

6 結(jié)語(yǔ)

門克慶煤礦采用“磁分離+高效沉淀+無(wú)閥過濾+消毒”的工藝處理礦井水，最終出水濁度和大腸菌群濃度滿足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50383-2016）指定標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行過程中，及時(shí)反沖洗和排泥，防治污泥淤積影響處理效果，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。