閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)在煤礦中的應用

劉 紅

（汾西礦業(yè)集團南關實業(yè)有限公司， 山西 晉中 030600）

1 南關煤礦概述

汾西礦業(yè)集團南關實業(yè)有限公司可采煤層為2號、9 號、10 號、11 號煤層，設計生產能力為 1.5 Mt/年，礦井開采面積為38.67 km2，礦井內目前布置一、三兩個采區(qū)，其中一采區(qū)布置11 個工作面，10 個工作面已回采結束，三采區(qū)布置14 個工作面，8 個已回采結束，礦井內主要采用綜合機械化采掘工藝，機械化水平達90%以上。

礦井在開采過程中受地表水、構造水以及生產影響，礦井內積聚大量礦井生產污水，南關煤礦通過采區(qū)水倉利用排水設施將礦井污水排至礦區(qū)地面，但是礦井內污水含有大量煤泥、雜物、腐蝕性物質，導致井下污水排至地面后二次循環(huán)利用率低、污水排放后對礦區(qū)生產植被污染嚴重，對此南關煤礦水暖科通過技術研究，決定采用一套閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)，以提高井下污水利用率，降低污水排放量。

2 閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)結構原理

2.1 系統(tǒng)結構

恒壓循環(huán)污水處理裝置主要由將恒壓供水操作機構與閉式污水循環(huán)機構組合而成，如圖1 所示。

2.1.1 閉式污水循環(huán)機構

1）該機構主要采用先進的磁分離技術對污水進行凈化，污水的處理能力能夠達到500 m3/h，礦井內產生的污水經過排水管道排入污水處理裝置內，污水經凈化處理后得以重新使用。該機構主要由水砂分離器、磁分離裝置、固液分離器、沉淀池、混凝反應池、壓濾機、電路控制系統(tǒng)組成。

2）電路控制系統(tǒng)主要由PLC 控制裝置、遠程控制裝置、聯(lián)絡開關組成。遠程控制裝置與室內環(huán)網連接，可以通過主機遠程對設備進行操控，同時還能夠將數據傳輸到顯示器上，方便工作人員查看。在主機上安裝對應的操控軟件，工作人員可以通過顯示器對恒壓循環(huán)污水處理裝置的各項參數進行觀察，實時了解設備的運行狀態(tài)，如果設備在運行中出現故障也可以及時發(fā)出警報。

圖1 南關煤礦污水閉式循環(huán)處理系統(tǒng)結構示意圖

2.1.2 恒壓供水操作機構

該機構內安裝兩套恒壓供水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)均有以下部件組成：2 臺 PLC 控制箱、2 臺變頻器、2 臺120 kW 水泵、1 臺控制裝置、2 臺閥門控制裝置。該機構通過調節(jié)PLC 控制箱來實現變頻恒壓供水，壓力變送器能夠實時監(jiān)測管道內的壓力，并對管道內各部位的液位及流量進行實時監(jiān)測，通過相應的操作來確保供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。按照功能分類，控制方式主要有自動化控制、手動化控制及就地檢修控制三種模式[1-2]。

2.2 系統(tǒng)工作原理

2.2.1 水循環(huán)工作原理

1）污水通過排水管路進入污水處理期內，污水經過水砂分離器后將污水與砂石分離，分離后的污水進入預沉池，預沉池內的三個沉料槽內均預先安裝吸料管。

2）污水在預沉池內經過沉淀后，預沉池內上部的污水被倒入混泥反映池，下部污水被吸料管吸入污泥池。

3）混泥反應池主要是在池內添加磁種和混凝劑，通過添加劑來混凝污水中的懸浮顆粒，混凝后污水中磁性凝聚物被高位水箱送入分離器中進行分離。

4）分離后的清水被直接排入恒壓供水裝置，分離后的磁性物質被送入磁分離機對鐵質進行分離，分離后的污水再次被送入混凝反應池，反應后的煤泥被送入煤泥池。

5）煤泥池內的煤泥被泥漿泵排入壓濾機，經過脫水后送入皮帶機運走。

6）該系統(tǒng)利用先進的智能化系統(tǒng)，無需人工操作，實現自動化污水處理，操縱人員只需控制PLC柜對各設備進行調節(jié)[3-4]。

2.2.2 恒壓供水工作原理

清水池內的水經高壓泵加壓后，通過電液閥組的控制對供水的流量及壓力進行控制，使輸出的水壓保持恒定，恒定的水再經過各個管路運輸到每個用水點，按照功能分類，水壓控制方式主要有自動化控制和手動化控制兩種模式。

1）自動控制：系統(tǒng)根據水位優(yōu)先的原則自動控制各個水泵的運轉，當傳感器檢測到水位較高時，系統(tǒng)自動將水泵打開，傳感器實時監(jiān)測管道內的壓力變化，變頻器根據接收到的信號不斷調整頻率，使水壓維持恒定；當傳感器檢測到水位較低時，系統(tǒng)自動將備用水泵打開，使水壓維持恒定[5]。

2）手動控制：工作人員可以根據現場的實際情況將控制模式轉為手動控制。該模式下工作人員可以通過控制操作臺上的按鈕對水壓進行調節(jié)，且水壓的頻率需要人工進行設定，在水位較低的情況下備用水泵無法自動開啟。

3 閉式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點

3.1.1 優(yōu)點

1）系統(tǒng)的價格較低、結構簡單、體積較小。系統(tǒng)采用PLC 聯(lián)鎖控制模式，操作簡便、原理簡單，后期維護量小，運行的穩(wěn)定可靠性高。在實際生產中，檢修人員還可以控制系統(tǒng)對設備進行檢修，快速分辨出故障點，便于檢修人員的處理。

2）工作人員的數量及勞動量降低。一套系統(tǒng)只需安排一人在操作時進行值守，實時觀察設備的運行狀態(tài)，生產期間無需人工干預設備的運行，完全實現了無人值守的條件，只需在系統(tǒng)發(fā)出報警后由值守人員快速處理。

3）污水排放量大大降低。該裝置能夠直接對泵站的污水進行處理，處理后的恒壓水可以直接供給綜采及掘進工作面，避免了地面靜壓水的供給量，脫水后的煤泥也可直接摻入原煤中。

3.1.2 缺點

1）由于污水中夾雜的鐵器較多，磁分離機在運轉時的負荷較重，后期維護量較大。

2）污水中的煤泥較多且黏度大，泥漿泵不能完全將煤泥吸出，后期還需人工進行清理。

4 應用效果

南關煤礦水暖科于2019 年2 月對污水處理廠安裝了閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)，截止2020 年2 月，通過1 年的實際應用效果來看，該系統(tǒng)投入使用后污水平均處理能力達270 m3/h，與原污水處理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)污水處理效率高，故障率低，通過1 年應用減少地表污水排放量達1.24 萬m3，解決了傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)處理能力低、地表污水排放量大、礦區(qū)地表植被破壞嚴重等技術難題，取得了顯著的應用成效。