門克慶煤礦高濁度礦井水處理與利用工程實例

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高達(dá)4000～5000mg/L。對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 工程簡介

門克慶煤礦隸屬于中煤集團，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。另外，井下本身建有水倉，用于暫存礦井水，實際運行時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)波動大。

1.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

礦井水的污染物以懸浮物、油類和有機物為主。因煤礦地下深度超過500m，其有機物（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)計規(guī)模600m3/h。出水執(zhí)行《煤礦井下消防、灑水設(shè)計規(guī)范》（GB50383-2016）指定標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計進(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，利用人工外加磁場的方式，加速廢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、自動化程度高等特點。對于高懸浮物礦井水，磁分離對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，會導(dǎo)致濾料過快堵塞，無法正常運行。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)過濾工藝營造良好條件。

2.3 無閥過濾

高效沉淀出水進(jìn)入無閥過濾器。無閥過濾器是砂濾的一種，其通過虹吸作用自動進(jìn)行過濾和反沖洗，無需額外動力，運行方便。無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，在輸送過程中會受到環(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，單層折槳式，N=7.5kW；絮凝攪拌器1臺，單層折槳式，N=11kW；磁分離主機1套，處理能力Q=600m3/h，磁場強度3000Gs，10年衰減率低于5%，配套磁介質(zhì)回收機和磁種投加系統(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，碳鋼防腐材質(zhì)，單臺尺寸為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，雙層折槳式，單臺N=7.5kW；絮凝攪拌器2臺，雙層?xùn)艡谑剑瑔闻_N=9kW；自動排泥閥8臺，公稱直徑DN200。

3.3 無閥過濾器

無閥過濾器2臺，碳鋼防腐材質(zhì)，單臺尺寸為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N=7.5kW，采用化學(xué)法發(fā)生器，配套鹽酸、次氯酸鈉PE儲罐、計量加藥泵、卸料泵、射流器、增壓泵、余氯檢測儀等。

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，配套中心傳動刮泥機、高度可調(diào)出水堰、導(dǎo)流筒、平臺、爬梯等；設(shè)置有污泥入料泵2臺，臥式渣漿泵，過流部件材質(zhì)采用耐磨高鉻合金，單臺Q=150m3/h，H=80m，單臺N=75kW；廂式壓濾機2臺，單臺面積500m2，板框尺寸1.6m×1.6m，有效容積7.5m3，單臺N=22kW；雙螺旋輸送機2臺，配套導(dǎo)泥斗及雙螺旋槽體，單臺輸送能力≥50t/h，單臺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)是建立在高磁場強度基礎(chǔ)上，通過高速旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運動下保留磁種，這種方式的磁種回收率約在98%左右。該項目的磁種分離裝置增加了循環(huán)噴淋裝置，使得磁種經(jīng)過回收磁場時，同時受到噴淋裝置的協(xié)同作用，磁種之外的絮體得以很快脫落，從而提高了磁場對磁種的磁性作用，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，需要在壓濾機底部增加暫存和轉(zhuǎn)運裝置。傳統(tǒng)方式是通過泥斗加皮帶輸送機的方式，這種方式密封性不好，污泥含水率出現(xiàn)問題時會導(dǎo)致漏泥，且皮帶裝置無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，同時雙螺旋承壓能力強，污泥暫存時間更加靈活。雙螺旋設(shè)計成多段式，有效防止了扭矩集中造成的軸部斷裂。

5 運行效果及經(jīng)濟分析

5.1 運行效果

調(diào)試運行期間，水質(zhì)水量基本達(dá)到設(shè)計條件，對各項系統(tǒng)也進(jìn)行了調(diào)試。磁分離系統(tǒng)調(diào)試的重點是通過對磁粉及混凝劑的配比濃度，達(dá)到最經(jīng)濟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)試重點是通過設(shè)定排泥時序，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。無閥過濾屬于自動運行，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，在運行過程中，偶爾需要人工干預(yù)，實施強制沖洗，避免2臺過濾器沖洗時間過于接近導(dǎo)致的總處理量的下降。各主要單元實際處理情況見表2。

5.2 經(jīng)濟分析

項目建設(shè)投資1800萬元，日常運行費用包括電費（日耗電量1824kW·h）、藥劑費（日消耗藥劑2100元）、人工費（定員8人，總?cè)招?00元），每日運行直接費用為0.346元/m3。出水用于灑水和井下消防，按外購水2元/m3計算，日節(jié)省費用為23818元，年節(jié)省費用為869.4萬元，經(jīng)濟效益顯著。

表2 各主要單元實際處理情況

6 結(jié)語

門克慶煤礦采用“磁分離+高效沉淀+無閥過濾+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)計規(guī)范》（GB50383-2016）指定標(biāo)準(zhǔn)。在運行過程中，及時反沖洗和排泥，防治污泥淤積影響處理效果，是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。