混凝氣浮+纖維轉盤濾池工藝處理礦井廢水工程實踐

劉新輝

(浙江藍天求是環保股份有限公司，浙江 杭州 310012)

0 引言

邯鄲市峰峰礦區某采煤企業年采煤60萬t，采煤過程中產生礦井廢水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物和有機礦井粉塵， 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，未處理直接排放勢必造成環境污染，如處理后達標排入自然水體或用于農田灌溉，將會產生巨大的經濟和環境效益。

根據水質水量特點、排放要求及場地條件，本工程采用混凝氣浮+纖維轉盤過濾工藝對礦井廢水進行處理。本文對工藝流程、工藝參數、投資和運行費用、存在問題等進行論述，以便為類似工程提供相應的技術參考。

1 設計進出水質及水量

根據現場調查和資料分析，確定本項目設計水量為40000m3/d，按照每天運行24h計，本工程處理能力為1700m3/h。設計出水水質應同時滿足《GB/T 18918-2002城鎮污水處理廠排放標準》一級A標準及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放標準》特別限制要求。設計進出水水質如表1所示。

表1 進出水水質

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入預沉調節池，首先對廢水中較重的懸浮物和不溶有機物進行自然沉淀，初步去除部分SS和CODCr。預沉調節池由提升泵提升進入高效淺層氣浮機，同時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生混凝反應。廢水中的懸浮物和有機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。淺層氣浮機出水進入纖維轉盤濾池中，利用纖維轉盤濾布的截留作用，進一步降低廢水的SS和COD的含量，處理出水即可自流進入標準排放口達標排放。預沉調節池污泥、氣浮浮渣及纖維轉盤濾布反洗泥漿進入污泥濃縮池，由污泥泵輸入帶式壓濾機干化后進入煤場回用。

2.2 主要處理單元

(1)預沉調節池。由人工粗格柵和預沉調節池組成。格柵柵孔10mm，去除進入調節池前廢水中大的懸浮物和漂浮物。預沉調節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。預沉調節池采用平流式，一端設置泥斗，配置平流式刮泥機1臺，抽泥泵2臺，穿孔排泥管1套，池底污泥由污泥泵排入污泥濃縮池，出水端設置離心泵式提升泵3臺。

(2)混凝氣浮單元。在提升泵進口管路投加絮凝劑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，PAM與廢水的混合通過管道混合器進行。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。混凝反應產生的絮凝體進入氣浮機中與溶氣氣浮水混合，使其密度減少而上浮，最終通過氣浮機刮渣機刮除。在預沉調節池出口位置安裝SS監測儀，根據SS濃度自動調節PAC、表面活性劑和PAM的加藥量。

(3)纖維轉盤過濾系統。采用全浸沒式纖維轉盤濾池，濾布過濾精度高達10μm，依靠濾布的微孔截留廢水中殘留的懸浮物和有機物，保證廢水中COD和SS的達標排放。運行一段時間后，纖維轉盤濾布截留較多的懸浮物會導致過濾能力降低，然后根據纖維過濾池中的液位自動啟動反洗抽吸，通過抽吸泵將濾布表面的污泥抽除。該系統包含直徑為3m的過濾盤18組，抽吸泵4臺，液位控制裝置1套。

(4)污泥壓濾系統。本系統配備污泥泵2臺，帶寬2.5m帶式壓濾機1臺，濾布沖洗水泵1臺，空壓機1臺。污泥壓濾系統設PLC控制，污泥泵根據液位啟停，帶式壓濾機及配套系統和污泥泵運行狀態一致。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 主要構筑物及設備

表2 主要構筑物

表3 主要設備

3 工程調試運行總結

(1)原設計是PAC和PAM均為提升泵出口管道加藥，依靠管道混合器混合。調試過程中發現PAC與廢水混合不均勻，接觸時間短，不能在進入氣浮機以前形成絮體，嚴重影響了氣浮的去除效果。經現場試驗，PAC與廢水接觸混合時間應不小于20s，如混合時間過短，PAC與PAM形成絮凝體松散、細小、不密實。故調試期間將PAC的加藥點由泵后加藥變更為泵前加藥，依靠高速旋轉的葉輪實現PAC和廢水的快速混合，保證了PAC與廢水大約20s的接觸時間。調整后，PAC和PAM形成的絮凝體體積大、密實，易固液分離。

(2)本工程原設計采用陰離子PAM，調試期間發現雖然PAC與PAM形成了較大的絮凝體，在氣浮設備正常運行情況下，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。通過現場試驗發現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、良好的絮凝體，但是并不適應氣浮處理工況，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則對廢水具有良好的適應性，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對本項目廢水具有一定適應性，但SS去除率僅在70%左右，仍不能滿足設計要求。調試期間發現，氣浮溶氣水氣泡消融時間僅在30s以下，遠低于設計要求的60s以上，通過分析后認為廢水中存在一定的消泡成分，導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。經過不斷的試驗和嘗試，通過在配置PAC時加入一定量的洗衣粉可使這個問題得以解決。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，溶氣水氣泡消融時間在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，不充分溶解會造成結塊，失去助凝效果且堵塞泵及管道，一般夏季應保證攪拌溶解1.5h以上，冬季應保證攪拌溶解2.0h以上。

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

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

(7)經調試和運行結果得知，PAC投加量55～60mg/L，PAM投加量5～6mg/L，洗衣粉投加量3～5mg/L時，整套系統具有最佳的處理效果，系統出水穩定達標。

4 運行效果

本項目運行效果良好，出水水質同時滿足《GB/T 18918-2002城鎮污水處理廠排放標準》一級A標準及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放標準》特別限制要求。

表4 出水水質

5 運行費用

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

(2)電費。本工程總裝機負荷為295kW，運行負荷為206.5kW，電單價按照0.7元/kW·h計，折合噸水電費成本為0.087元；

(3)藥劑費。PAC投加量為60mg/L，PAC單價為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，洗衣粉單價為5元/kg，洗衣粉噸水投加成本為0.025元。噸水藥劑費投加成本為以上三種藥劑之和，計0.295元。

綜上，噸水運行直接運行成本為人工費、電費和藥劑費之和，計0.388元。

6 結語

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

(2)在氣浮機溶氣回流比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，處理系統對SS、CODCr平均去除率分別達到97.5%、92%以上，出水滿足設計要求。

(3)礦井廢水中懸浮物粒徑分布范圍廣，水質復雜，應在工程設計前進行必要的小試和中試工作，以便保證處理系統設計的可行性和運行的穩定性。

(4)混凝氣浮+纖維轉盤濾池礦井水處理工藝與傳統的混凝沉淀+砂濾礦井廢水處理工藝相比，占地面積和投資費用減少40%以上，運行費用減少15%以上，具有良好的經濟效益和推廣價值。