劉新輝

(浙江藍(lán)天求是環(huán)保股份有限公司，浙江 杭州 310012)

0 引言

邯鄲市峰峰礦區(qū)某采煤企業(yè)年采煤60萬t，采煤過程中產(chǎn)生礦井廢水40000m3/d，主要污染因子為COD和SS，其中COD來源為礦井中少量溶解性有機(jī)物和有機(jī)礦井粉塵， SS來源是礦井煤粉、巖粉和黏土等。該礦井廢水具有水量大、色度高、懸浮物差異大、比重輕、不宜沉降等特點(diǎn)，未處理直接排放勢必造成環(huán)境污染，如處理后達(dá)標(biāo)排入自然水體或用于農(nóng)田灌溉，將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

根據(jù)水質(zhì)水量特點(diǎn)、排放要求及場地條件，本工程采用混凝氣浮+纖維轉(zhuǎn)盤過濾工藝對(duì)礦井廢水進(jìn)行處理。本文對(duì)工藝流程、工藝參數(shù)、投資和運(yùn)行費(fèi)用、存在問題等進(jìn)行論述，以便為類似工程提供相應(yīng)的技術(shù)參考。

1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)及水量

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和資料分析，確定本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水量為40000m3/d，按照每天運(yùn)行24h計(jì)，本工程處理能力為1700m3/h。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)應(yīng)同時(shí)滿足《GB/T 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別限制要求。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)

2 工藝流程及主要處理單元

2.1 工藝流程及說明

采煤礦井廢水由井底提升自流進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，首先對(duì)廢水中較重的懸浮物和不溶有機(jī)物進(jìn)行自然沉淀，初步去除部分SS和CODCr。預(yù)沉調(diào)節(jié)池由提升泵提升進(jìn)入高效淺層氣浮機(jī)，同時(shí)在提升泵入口管路投加PAC和表面活性劑，在提升泵出口管路上投加PAM。投加的PAC、表面活性劑和PAM在管路中與廢水迅速混合并發(fā)生混凝反應(yīng)。廢水中的懸浮物和有機(jī)物被混凝絮體吸附和包裹，在氣浮的作用下，上升至廢水表面，最終通過撇渣裝置在撇去浮渣的過程中去除。淺層氣浮機(jī)出水進(jìn)入纖維轉(zhuǎn)盤濾池中，利用纖維轉(zhuǎn)盤濾布的截留作用，進(jìn)一步降低廢水的SS和COD的含量，處理出水即可自流進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)排放口達(dá)標(biāo)排放。預(yù)沉調(diào)節(jié)池污泥、氣浮浮渣及纖維轉(zhuǎn)盤濾布反洗泥漿進(jìn)入污泥濃縮池，由污泥泵輸入帶式壓濾機(jī)干化后進(jìn)入煤場回用。

2.2 主要處理單元

(1)預(yù)沉調(diào)節(jié)池。由人工粗格柵和預(yù)沉調(diào)節(jié)池組成。格柵柵孔10mm，去除進(jìn)入調(diào)節(jié)池前廢水中大的懸浮物和漂浮物。預(yù)沉調(diào)節(jié)池依靠重力沉淀去除廢水中比重較大的懸浮物和顆粒物，初步降低廢水中的SS和COD。預(yù)沉調(diào)節(jié)池采用平流式，一端設(shè)置泥斗，配置平流式刮泥機(jī)1臺(tái)，抽泥泵2臺(tái)，穿孔排泥管1套，池底污泥由污泥泵排入污泥濃縮池，出水端設(shè)置離心泵式提升泵3臺(tái)。

(2)混凝氣浮單元。在提升泵進(jìn)口管路投加絮凝劑PAC和表面活性劑，在提升泵出口管路投加PAM。PAC、表面活性劑與廢水的混合通過提升泵葉輪快速反應(yīng)，PAM與廢水的混合通過管道混合器進(jìn)行。PAC和PAM分別投加并保證一定的混合間隔，保證絮凝體粗大，易于固液分離?；炷磻?yīng)產(chǎn)生的絮凝體進(jìn)入氣浮機(jī)中與溶氣氣浮水混合，使其密度減少而上浮，最終通過氣浮機(jī)刮渣機(jī)刮除。在預(yù)沉調(diào)節(jié)池出口位置安裝SS監(jiān)測儀，根據(jù)SS濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)PAC、表面活性劑和PAM的加藥量。

(3)纖維轉(zhuǎn)盤過濾系統(tǒng)。采用全浸沒式纖維轉(zhuǎn)盤濾池，濾布過濾精度高達(dá)10μm，依靠濾布的微孔截留廢水中殘留的懸浮物和有機(jī)物，保證廢水中COD和SS的達(dá)標(biāo)排放。運(yùn)行一段時(shí)間后，纖維轉(zhuǎn)盤濾布截留較多的懸浮物會(huì)導(dǎo)致過濾能力降低，然后根據(jù)纖維過濾池中的液位自動(dòng)啟動(dòng)反洗抽吸，通過抽吸泵將濾布表面的污泥抽除。該系統(tǒng)包含直徑為3m的過濾盤18組，抽吸泵4臺(tái)，液位控制裝置1套。

(4)污泥壓濾系統(tǒng)。本系統(tǒng)配備污泥泵2臺(tái)，帶寬2.5m帶式壓濾機(jī)1臺(tái)，濾布沖洗水泵1臺(tái)，空壓機(jī)1臺(tái)。污泥壓濾系統(tǒng)設(shè)PLC控制，污泥泵根據(jù)液位啟停，帶式壓濾機(jī)及配套系統(tǒng)和污泥泵運(yùn)行狀態(tài)一致。含水率95%污泥處理能力40m3/h，壓濾泥餅含水率不大于80%。

圖1 工藝流程圖

2.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

表2 主要構(gòu)筑物

表3 主要設(shè)備

3 工程調(diào)試運(yùn)行總結(jié)

(1)原設(shè)計(jì)是PAC和PAM均為提升泵出口管道加藥，依靠管道混合器混合。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)PAC與廢水混合不均勻，接觸時(shí)間短，不能在進(jìn)入氣浮機(jī)以前形成絮體，嚴(yán)重影響了氣浮的去除效果。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，PAC與廢水接觸混合時(shí)間應(yīng)不小于20s，如混合時(shí)間過短，PAC與PAM形成絮凝體松散、細(xì)小、不密實(shí)。故調(diào)試期間將PAC的加藥點(diǎn)由泵后加藥變更為泵前加藥，依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪實(shí)現(xiàn)PAC和廢水的快速混合，保證了PAC與廢水大約20s的接觸時(shí)間。調(diào)整后，PAC和PAM形成的絮凝體體積大、密實(shí)，易固液分離。

(2)本工程原設(shè)計(jì)采用陰離子PAM，調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)雖然PAC與PAM形成了較大的絮凝體，在氣浮設(shè)備正常運(yùn)行情況下，絮凝體大部分沉降，上浮部分不足總量的30%，出水SS非常渾濁。通過現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)常用的親水性的陰離子PAM或陽離子PAM雖然與礦井廢水形成了比較密實(shí)、良好的絮凝體，但是并不適應(yīng)氣浮處理工況，絮凝體易沉降，上浮部分少，SS去除率不超過40%。而親油兩性PAM則對(duì)廢水具有良好的適應(yīng)性，親油兩性PAM與廢水形成絮凝體速度快、體積大、易上浮，出水SS的去除率在70%以上。

(3)雖然親油兩性PAM對(duì)本項(xiàng)目廢水具有一定適應(yīng)性，但SS去除率僅在70%左右，仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，氣浮溶氣水氣泡消融時(shí)間僅在30s以下，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的60s以上，通過分析后認(rèn)為廢水中存在一定的消泡成分，導(dǎo)致氣泡與廢水接觸后迅速消融，不能起到使絮凝體上浮的作用。經(jīng)過不斷的試驗(yàn)和嘗試，通過在配置PAC時(shí)加入一定量的洗衣粉可使這個(gè)問題得以解決。洗衣粉中含有大量的表面活性劑，加入廢水后，降低了廢水的表面張力，提高了溶氣水的品質(zhì)，溶氣水氣泡消融時(shí)間在90s左右，絮凝體在氣浮的作用下迅速上浮，出水SS去除率在95%以上。

(4)親油兩性PAM在水中溶解速度慢，不充分溶解會(huì)造成結(jié)塊，失去助凝效果且堵塞泵及管道，一般夏季應(yīng)保證攪拌溶解1.5h以上，冬季應(yīng)保證攪拌溶解2.0h以上。

(5)高效淺層氣浮機(jī)回流比在20%～30%，溶氣水泵揚(yáng)程在40m以上，空壓機(jī)供氣壓力在0.6Mpa以上時(shí)，氣浮機(jī)處理效果最佳。

(6)洗衣粉投加量應(yīng)控制在3～5mg/L，投加量太小不起作用，投加量過大會(huì)造成氣浮表面泡沫太多，不利于浮渣的壓濾和脫水。

(7)經(jīng)調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果得知，PAC投加量55～60mg/L，PAM投加量5～6mg/L，洗衣粉投加量3～5mg/L時(shí)，整套系統(tǒng)具有最佳的處理效果，系統(tǒng)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 運(yùn)行效果

本項(xiàng)目運(yùn)行效果良好，出水水質(zhì)同時(shí)滿足《GB/T 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別限制要求。

表4 出水水質(zhì)

5 運(yùn)行費(fèi)用

(1)人工費(fèi)。污水站按6人編制，每人每年工資及福利費(fèi)用按照14400元計(jì)，折合噸水人工成本為0.006元；

(2)電費(fèi)。本工程總裝機(jī)負(fù)荷為295kW，運(yùn)行負(fù)荷為206.5kW，電單價(jià)按照0.7元/kW·h計(jì)，折合噸水電費(fèi)成本為0.087元；

(3)藥劑費(fèi)。PAC投加量為60mg/L，PAC單價(jià)為2元/kg，PAC噸水投加成本為0.12元；PAM投加量為6mg/L，PAM單價(jià)為25元/kg，PAM噸水投加成本為0.15元；洗衣粉投加量5mg/L，洗衣粉單價(jià)為5元/kg，洗衣粉噸水投加成本為0.025元。噸水藥劑費(fèi)投加成本為以上三種藥劑之和，計(jì)0.295元。

綜上，噸水運(yùn)行直接運(yùn)行成本為人工費(fèi)、電費(fèi)和藥劑費(fèi)之和，計(jì)0.388元。

6 結(jié)語

(1)實(shí)踐證明，以混凝氣浮+纖維轉(zhuǎn)盤濾池為核心工藝的礦井廢水處理工藝是可行的，出水水質(zhì)同時(shí)滿足《GB/T 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》特別限制要求。

(2)在氣浮機(jī)溶氣回流比20%～30%，PAC投加量55～60mg/L，PAM投加量5～6mg/L，洗衣粉投加量3～5mg/L時(shí)，處理系統(tǒng)對(duì)SS、CODCr平均去除率分別達(dá)到97.5%、92%以上，出水滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)礦井廢水中懸浮物粒徑分布范圍廣，水質(zhì)復(fù)雜，應(yīng)在工程設(shè)計(jì)前進(jìn)行必要的小試和中試工作，以便保證處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(4)混凝氣浮+纖維轉(zhuǎn)盤濾池礦井水處理工藝與傳統(tǒng)的混凝沉淀+砂濾礦井廢水處理工藝相比，占地面積和投資費(fèi)用減少40%以上，運(yùn)行費(fèi)用減少15%以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。