閉式循環污水處理系統在煤礦中的應用

劉 紅

（汾西礦業集團南關實業有限公司， 山西 晉中 030600）

1 南關煤礦概述

汾西礦業集團南關實業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，其中一采區布置11 個工作面，10 個工作面已回采結束，三采區布置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，南關煤礦通過采區水倉利用排水設施將礦井污水排至礦區地面，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利用率低、污水排放后對礦區生產植被污染嚴重，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污水處理系統，以提高井下污水利用率，降低污水排放量。

2 閉式循環污水處理系統結構原理

2.1 系統結構

恒壓循環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機構組合而成，如圖1 所示。

2.1.1 閉式污水循環機構

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、電路控制系統組成。

2）電路控制系統主要由PLC 控制裝置、遠程控制裝置、聯絡開關組成。遠程控制裝置與室內環網連接，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，如果設備在運行中出現故障也可以及時發出警報。

圖1 南關煤礦污水閉式循環處理系統結構示意圖

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，每套系統均有以下部件組成：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PLC 控制箱來實現變頻恒壓供水，壓力變送器能夠實時監測管道內的壓力，并對管道內各部位的液位及流量進行實時監測，通過相應的操作來確保供水系統的穩定性。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 系統工作原理

2.2.1 水循環工作原理

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）該系統利用先進的智能化系統，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[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：系統根據水位優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，系統自動將水泵打開，傳感器實時監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，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 閉式循環水處理系統優缺點

3.1.1 優點

1）系統的價格較低、結構簡單、體積較小。系統采用PLC 聯鎖控制模式，操作簡便、原理簡單，后期維護量小，運行的穩定可靠性高。在實際生產中，檢修人員還可以控制系統對設備進行檢修，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，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，只需在系統發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污水處理系統，截止2020 年2 月，通過1 年的實際應用效果來看，該系統投入使用后污水平均處理能力達270 m3/h，與原污水處理系統相比，該系統污水處理效率高，故障率低，通過1 年應用減少地表污水排放量達1.24 萬m3，解決了傳統污水處理系統處理能力低、地表污水排放量大、礦區地表植被破壞嚴重等技術難題，取得了顯著的應用成效。