淺析超磁分離技術在井下礦井水處理中的有效應用

摘要：采用超磁分離技術和水凈化技術處理礦井水。具有處理時間短、占地面積小、污泥排放濃度高、能耗低、處理效果好等優點。在地下礦井水直接回用處理中，實現了水的輸送、水井、降低作業負荷、力泵提升系統和儲能管道系統，解決了地下蓄水箱疏浚的問題。超磁分離水凈化技術操作簡單，自動化程度高。

關鍵詞：超磁分離技術；井下；礦井水處理；應用

引言：中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭占中國能源消費結構的70%以上。煤炭開采的性質決定了礦山開采過程中不可避免地產生大量的礦井水。在煤礦開采技術的影響下，礦井水含有大量的懸浮物，經過處理后必須進行處理，可用于綜合利用。目前常用的礦井水處理技術主要是傳統的混凝沉淀和過濾工藝。在實踐中，煤漿的大面積、水力停留時間長、含水率高等缺點。超磁分離技術是近年來發展起來的一種礦井水處理技術，經過處理后的水質達到了水再利用的標準。與傳統技術相比，超磁分離技術具有體積小、面積小、運行成本低的特點。

1、礦井水的懸浮物特性

1.1相較于傳統處理技術因為水文地質條件、流體力學、地質化學和地質構造條件和采礦條件等因素的影響，礦井水懸浮物含量從幾百上升到幾千毫克，瞬時值將大于5000毫克。煤礦中懸浮物的主要成分為煤粉和巖粉。雖然有時礦井懸浮物不是很高，但它的黑色是非常凸顯的，感官特性極差。礦井水懸浮物的粒徑小，比重輕，沉降速度慢，細膠體不能自然沉降。經過長時間的沉淀，水體色仍然很高。礦井中懸浮顆粒的平均水平僅為2 至 8lam，約85%的懸浮顆粒均小于50um。煤粉的平均密度僅為1.3至1.59 / cm3，遠低于地表水系統中泥沙顆粒的平均密度2.4至 2.69 / cm3。礦井水含有少量的廢油、乳化油、廢木料腐爛的地下、糞肥等有機污染物。有機質（煤）的懸浮固體材料和無機（巖粉）復雜，以及不同煤化作用階段的煤分子結構是不一樣的，煤炭顆粒表面電荷的數量不一樣，所以不同程度的高分子親水，低芳烴縮合階段煤更極環集團與煤化作用的程度逐漸降低，最后完全失去這些極性基團和疏水材料。因此，煤粉表面與水、無機混凝劑在含懸浮物中的相容性比地表水系統中的泥砂顆粒要差得多。

1.2目前，用于礦井水處理的水凈化設備主要是城市污水預處理的一般設施。由于礦井水和普通地表水水質的差異較大，一般水處理設施的處理能力只能達到原設計水處理量的40%-60%。在凝固沉降過程中，一般的處理過程包括一個平坦的流沉淀池、一個傾斜的板/管沉降槽，以及一個具有更高效率的迷宮斜板沉淀槽。開發成套水處理設備適用于礦井水質的特點，特別是在小面積，礦井水處理設備操作強，滿足地下的水生產的同時，可以減少電力泵，減少懸浮物質和排水泵，具有重要的技術進步。超磁分離技術在處理煤礦排水時具有占地面積小、投資少、運行成本低、能耗小、操作維修簡單等優點。

2、超磁分離工藝流程

2.1超磁分離技術

在煤礦水處理應用的起步階段，當前是很少使用的。國內運用該技術處理礦井水的煤礦大多分布于山東、內蒙古，它的工藝流程為礦井水進入混凝系統之后，在混凝系統中投加重介磁種、PAC、PAM，經過將混凝攪拌，形成的磁“核”的懸浮物，含有磁種的懸浮物也被稱之為磁性絮團，使用超磁分離機里面的稀土永磁磁盤的高強磁力寬素將磁性絮團與水進行分離。超磁分離機分離后的污泥，通過磁渣系統輸送到磁分離磁鼓，實現有效的磁種與污泥分離，并利用回收循環運用磁種。

2.2工作原理

超磁分離水凈化系統可在3分鐘內完成整個微絮凝和固液分離過程，其工作原理和傳統的混凝沉淀方式。它有以下兩個特點：

2.2.1微磁絮凝

超磁分離水凈化系統將磁性種子與混凝劑和混凝劑結合，在處理后的水中加入磁性種子。一方面，磁性物質作為絮凝物，加強和加速絮凝物的形成；另一方面，磁性物質賦予絮凝劑微磁性。在超磁分離和凈化設備的超磁場下，絮凝體只需要微絮凝，而不形成大型絮凝沉淀。因此，所需劑量為普通絮凝沉淀的三分之一至二分之一。根據不同的水質，磁性種子的用量、混凝劑和混凝劑的用量不同，但總絮凝時間僅為2-3分鐘。與普通絮凝相比，早期磁絮凝的時間約為普通磁絮凝所需時間的三分之一至四分之一。

2.2.2超磁分離

從絮凝設備出來的通過微磁絮凝的水流入超磁分離機，其采用了稀土永磁強磁性材料，經過聚磁技術，其磁盤能夠產出超過640倍的重力磁力，瞬時（小于0.1 s）可以吸收弱磁性材料，平行磁盤水流量能夠達到300 m / h - 1000 m / h，實現微磁絮團與水的迅速分離，水流通過整個超磁分離機的時間小于12s。因為固液分離的時間較短，可以顯著減少被占用的區域。一體化機械設備占常規沉淀池的1 / 50至1 / 300，是高速凈化器的1 / 10至1 / 30?？傉嫉孛娣e為20000噸/天，僅為12mX9m。

3、工藝特點

通過對超磁分離技術原理及實際應用的分析，發現了該工藝的主要特點有：

3.1藥劑投加量少

該過程由磁力吸附分離，只需少量的化學物質就可以在水體中的懸浮物質中形成微絮凝。與傳統工藝相比，該藥物的用量可減少60%。并且還能夠節約土地。相較于傳統工藝，該工藝的水力保留時間較短，與傳統工藝相比，所需的空間和空間減少了83%。

3.2污泥含水率低

磁分離裝置通過磁吸附實現絮凝和水的完全分離。與傳統工藝相比，污泥含水率降低了5% ～6%，有效降低了池容量，節約了土地占用。

3.3超磁分離井下與地面布置優劣勢分析

因為這種工藝有著占地面積小的明顯優勢，當前已經建設成的采取超磁分離技術的礦井水處理站都使位于井下，井下的排水自流進入處理站之后，通過排水管進入地下蓄水，截止到當前，還有地面的處理應用。由于礦井水處理的存在條件地下車站布局、加工站排列在地上地下沒有建設條件，處理規模為1000 m3 / h礦山地下和地面車站分別安排在兩種形式來模擬水處理的設計，比較分析兩種形式的優點和缺點。

結論：總而言之，采用超磁分離水凈化技術的礦井水處理具有以下優點：最大化解決井下水倉的清淤問題，降低井下水倉清淤作業的安全風險?？蓽p少泵動力升降系統和管路系統的運行負荷，節約能源。井下作業的用水（防塵、冷卻、冷卻、消防等）直接重復回收利用，改變了重復上井再回收井下的情況，經濟價值十分凸顯，由于設備占地的面積非常小，可以充分利用現有的井下巷道空間，硐窒礦山的地下空間建設項目數量很小，且節省投資。污泥脫水到井中實現資源利用，具有經濟效益。通過協莊煤礦的應用，超磁分離水凈化技術對礦井水處理，水處理技術是一個突破的方法，特別是可以再井下運用當前所有的硐窒實行改造，礦建的工程量非常小，而且還節省了投資，實現礦井水污染直接現場處理水返回井下，大大提高了井下泵系統工作環境的能力，并減少安全風險間隙帶來的經濟、安全和社會效益。

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