“高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”水處理工藝

文/武建軍

截至2009年底，山西省呂梁市將264個民營煤礦整合為108個。資源整合后，由于生產(chǎn)能力、采掘布置等發(fā)生較大變化，要對原礦井水處理站進行改造。華晉焦煤公司沙曲礦利用“高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”工藝處理礦井水，出水水質十分穩(wěn)定，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益。

一、“高密度迷宮斜板沉淀”工藝原理

高密度迷宮斜板沉淀池的主要工作部件是翼片斜板，斜板間距為25mm左右，翼片寬度及相鄰翼片的間距一般在60～70mm之間，相鄰翼片之間區(qū)域稱為迷宮。

水在迷宮斜板中為平流，其流態(tài)可分為三個區(qū)域：平流主流區(qū)、紊動渦流區(qū)和環(huán)流區(qū)。當水水平流入斜板時，水全部通過翼片與斜板之間的間距，形成主流路，同時會在相鄰翼片之間形成環(huán)流，在一定流速下主流與環(huán)流現(xiàn)象十分明顯。而在主流靠近翼片的邊緣附近，水流在翼片頂端脫離能產(chǎn)生強烈的渦流作用。

含有顆粒的水流入斜板區(qū)后，一部分沿著主流區(qū)方向前進，另一部分則進入渦流區(qū)隨渦流一起運動。

在渦流區(qū)中的顆粒隨著渦流被輸送到下游翼片附近，當渦流與該翼片頂部和上部發(fā)生碰撞時，其中部分顆粒進入迷宮內，部分顆粒與主流一起流向下一格迷宮，被輸送到迷宮內的顆粒，隨迷宮內環(huán)流緩慢運動，集中于底部斜板，滑到排泥斗。

迷宮內的環(huán)流能量來自主流區(qū)的流動，只能靠渦流碰撞到下游冀片所傳遞的能量來維持其循環(huán)。在環(huán)流離心力作用下，顆粒一邊沉淀一邊被甩向迷宮四壁，所以一般顆粒只要進入迷宮便能沉淀下來。迷宮的這種低速環(huán)流造成良好沉淀環(huán)境是高迷宮斜板具有高效沉淀效果的原因之一。

高密度迷宮斜板高效沉淀的另一主要原因是主流區(qū)和翼片間有渦流區(qū)的存在，主流區(qū)水流與翼片頂端產(chǎn)生一系列渦流，挾帶著顆粒旋轉水平向下游輸送，當渦流與下游翼片碰撞后，其中部分顆粒便被輸送到迷宮環(huán)流區(qū)內。

二、“高密度迷宮斜板沉淀”工藝特點

1.斜板間距小，沉淀距離也明顯減少，使更多小顆?？梢猿恋硐聛?。

2.由于斜板間距減小，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，這樣沉淀池中流量分布均勻，與斜板相比，明顯改善了沉淀條件。

3.排泥性能遠優(yōu)于其他形式的淺池沉淀池。高密度迷宮斜板沉淀池內基本無側向約束，另外，沉淀面積與排泥面積相等，是普通斜板的4倍多，單位面積排泥負荷尚不到斜板的1/4，故在任何時期排泥均無障礙。

經(jīng)高密度迷宮斜板沉淀后的礦井水懸浮物＜20mg/l，一般穩(wěn)定在10mg/l左右。再經(jīng)無閥過濾器過濾后，礦井水中懸浮物為3～5mg/l，滿足回用水水質要求。

三、本工程選用無閥濾池原理及說明

無閥濾池是不需要閥門的快濾池。無閥濾池在運行的過程中，出水的水位保持恒定不變，進水的水位則隨著濾層水頭損失閥增加而不斷在吸管內上升。當水位上升到虹吸管管頂，并形成虹吸時，就開始自動濾層反沖洗，沖洗廢水沿虹吸管排出池外。無閥濾池主要適用于各種地表水的凈化處理,提高水的重復使用率。其特點是：

1.不需要水壓、電力和壓縮空氣等提供動力，所有的工作環(huán)節(jié)都由過濾器自行控制。

2.內設有強制沖洗系統(tǒng)，如果濾池水頭的損失還未達到允許值，而因某種原因需要提前沖洗時，可進行人工強制沖洗。

3.免維護，沒有磨損。

四、“高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”處理礦井水的一般工藝流程

礦井水由井下排水泵排入調節(jié)水池，調節(jié)水池前端設置為曝氣池，用于將水中Fe2+氧化為Fe3+，使鐵離子易于得到去除。再由潛污泵提升至反應池，泵后接管道混合器，礦井水、混凝劑經(jīng)管道混合器混合后進入絮凝反應池。在絮凝反應池中通過混凝、絮凝反應，懸浮物形成大顆粒礬花，反應池出水進入高密度迷宮斜板沉淀池，在沉淀池中進行固液分離。沉淀池出水再進入無閥過濾器過濾，出水經(jīng)消毒后回用。

調節(jié)水池污泥、沉淀池污泥排入污泥池，由煤泥處理系統(tǒng)處理。

五、“高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”工藝在礦井水處理中的實際應用

華晉焦煤沙曲礦井下水處理站采用 “高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”工藝，于2008年底建成投入運行，礦井水處理站設計處理規(guī)模為1200m3/h，日均處理約 14000m3。

根據(jù)礦井水水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，進水水質為：

pH ＝6～9；COD=150～250mg/L；SS=200～450mg/L；油類：5～6mg/L；鐵：1mg/L 左右；

水中主要污染物為：煤粉和巖粉以及少量的油類。

根據(jù)監(jiān)測結果，出水水質穩(wěn)定達到以下指標：

pH=6～9；SS＜5mg/L；COD＜30mg/L； 油類：＜0.5mg/L；鐵：＜0.5mg/L；

總大腸菌群：每100ml水樣中不得檢出；糞大腸菌群：每100ml水樣中不得檢出。

出水水質符合 《循環(huán)冷卻水用再生水水質標準》和《城鎮(zhèn)雜用水水質標準》，也滿足《井下消防、灑水水質標準》要求。

由于復用了礦井水，年可少采地下水150萬 m3，年可節(jié)約水費 300 萬元（2 元/m3），年少排放礦井水160萬m3，節(jié)約采礦排水水資源費192萬元（每排放1m3礦坑水征收1.2元的水資源費）。年增加經(jīng)濟效益492萬元，經(jīng)濟效益非常顯著。

六、結論

沙曲礦的使用經(jīng)驗證明，“高密度迷宮斜板沉淀+無閥濾池”水處理工藝在礦井水處理中能夠穩(wěn)定運行，具有投資較少、工藝流程簡捷、操作簡單、管理方便、處理效率高、出水水質好、能耗較低、運行可靠、經(jīng)濟效益明顯的特點。采用該工藝處理并復用礦井水，對于原本嚴重缺水且由于采煤等工業(yè)活動造成的水資源污染破壞的呂梁市來說具有非常重要的意義，是落實科學發(fā)展觀、落實“環(huán)境保護、節(jié)能減排”基本國策的有效手段，能夠給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。