提高礦井廢水處理能力配套技術(shù)的研究及應用

張立利 江家京 顧鶴良

1 項目背景

晉城煤業(yè)集團趙莊煤礦礦井廢水處理廠原采用的工藝流程:礦井水→穿孔旋流斜板沉淀池→中間水池→瓷砂過濾器→RO系統(tǒng)→生產(chǎn)及生活水池。

原污水處理廠投入運行后，確實減少了污染物的排放量，也為自身提供了豐富的再生水資源，并為當?shù)丨h(huán)境保護工作作出了很大的貢獻。

但自2007年年末以來，由于水量及水質(zhì)的急劇變化，整個處理系統(tǒng)已經(jīng)不能夠穩(wěn)定的運行和處理。為了保證整個礦井水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，水質(zhì)達標，我們對整個處理系統(tǒng)的處理技術(shù)進行了深入的研究，并將提高礦井水處理能力和效果的配套技術(shù)合理的應用其中，效果十分顯著。

2 系統(tǒng)運行狀況及分析診斷

表1 原處理系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)與實際現(xiàn)狀運行參數(shù)的比較

通過分析表1數(shù)據(jù)可知:

1)水量增加、水質(zhì)惡化，加大了絮凝沉淀池負荷。原污水處理廠系統(tǒng)前無調(diào)節(jié)池，使污水處理的瞬時流量較大，造成了絮凝沉淀池的表面負荷超過其設(shè)計最大負荷值。該池出水效果惡化后，直接影響著后續(xù)瓷砂過濾器的正常運行。

2)污泥未經(jīng)濃縮，加大了污泥的處理難度。礦井污水的污泥主要是煤泥，系統(tǒng)未對其進行濃縮處理，其中的含水率很高，輸送至煤場后，加大了煤場的處理負擔。通過估算，每天產(chǎn)生的泥量為400 m3/d。原污泥池容積僅為100 m3。污泥池不能有效的、及時的存貯污泥，直接影響著沉淀池的正常運行。絮凝沉淀池無法及時排泥，導致絮凝沉淀池內(nèi)泥面升高，部分污泥隨上層清水流出，出水水質(zhì)惡化。

3)礦井廢水中含有大量高嶺土成分，影響了絮凝劑的處理效果。由于趙莊煤礦礦井廢水中不時出現(xiàn)含高嶺土成分較高的情況，而原設(shè)計中未考慮高嶺土對鋁鹽凈水劑絮凝效果的嚴重影響。

4)加藥系統(tǒng)的加藥量較小，不能滿足正常的加藥量。原加藥系統(tǒng)中設(shè)計水質(zhì)較好時只需投加PAC，在濁度大于500 NTU時加投PAM(聚丙烯酰胺)。然而現(xiàn)在進水濁度偏大和進水水量變大，致使原加藥裝置的加藥能力不足，需要增設(shè)新的加藥系統(tǒng)來彌補加藥量。

3 改造的目標

1)通過研究和應用旋流澄清凈水技術(shù)，徹底解決目前污水廠存在的出水水質(zhì)波動大，不能達標的情況;

2)通過應用改變污泥儲存容積，解決污泥系統(tǒng)不能滿足實際運行的要求;

3)通過改變加藥系統(tǒng)，解決水中高嶺土成分高影響水質(zhì)及加藥系統(tǒng)能力不足等問題;

4)通過在反滲透前端設(shè)置超濾系統(tǒng)進行膜系統(tǒng)的預處理，實現(xiàn)延長反滲透裝置的使用壽命，提高整個處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 工藝流程的確定及工藝特點

4． 1 工藝流程的確定

目前，對于礦井廢水水質(zhì)及排放特點，處理工藝中往往存在以下問題:

1)調(diào)節(jié)池的設(shè)置。調(diào)節(jié)池內(nèi)停留時間和排水時間段及持續(xù)時間息息相關(guān)，有無調(diào)節(jié)池會直接影響后續(xù)處理工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2)絮凝沉淀池的池型選擇。絮凝區(qū)域的排泥措施一定要考慮周全，否則一旦積泥，清除困難。

3)過濾單元反洗。由于絮凝沉淀的效果沒有得到充分發(fā)揮，出水中的SS較高且極不穩(wěn)定，增加了后續(xù)過濾系統(tǒng)的進水負荷，導致反沖洗頻繁，出水效率降低。

很多常規(guī)設(shè)計中并沒有考慮這些不利因素，總體效果并不理想。為了降低以上不利因素的影響，通過實驗研究以及多年的工程經(jīng)驗，本項目采用了新型旋流澄清凈水裝置+過濾+超濾等的工藝。

圖1 趙莊煤礦礦井水處理改造工藝流程

具體工藝流程如圖1所示。

4． 2 工藝特點

1)預處理階段的核心處理工藝先進。確定了以旋流澄清工藝為預處理核心工藝，該工藝將絮凝和沉淀有機結(jié)合，提高了分離效率，節(jié)省了占地和投資成本。

2)深度處理預處理保險性提高。確定了以超濾為深度處理(RO系統(tǒng))的預處理單元，使得反滲透系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，產(chǎn)水率大大提高，降低了反滲透膜元件的污染，減少了化學清洗及更換膜元件的頻率，從而大大降低了運營成本。

5 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

1)配水箱:1座。結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。

2)旋流斜管澄清池:4座，圓柱形，錐斗底部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。直徑 6．0 m，HRT 2 h，表面負荷(上升流速)2．2 m3/(m2·h)。

3)罐式混合器:2臺。罐式，直徑1．5 m。

4)加藥間:1 座，20．0 m ×5．5 m ×4．2 m。彩鋼結(jié)構(gòu)。

5)污泥濃縮池:2座。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。直徑6．0 m。

6)緩沖池:1座。11．0 m×4．5 m ×4．0 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。清液泵:2臺(1用1備)。流量:100 m3/h，揚程:15 m，功率:7．5 kW。

7)超濾系統(tǒng):2 套，50 m3/h。

8)中間水池:1座，15．0 m ×5．0 m ×4．0 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

9)超濾間:1座。15．0 m ×6．5 m×4．0 m。彩鋼結(jié)構(gòu)。

6 工程改造后處理效果及運行情況分析

6． 1 工程處理效果

該工程于2008年12月試水調(diào)試，2009年1月正式投產(chǎn)至今運行穩(wěn)定，處理出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計要求，處理后的廢水回用于生產(chǎn)及生活補水，該工程調(diào)試期間主要處理單元(改造部分)處理效果見表2(主要以SS為例)。

6． 2 運行情況分析

1)加藥量和上升流速的調(diào)節(jié)是控制旋流澄清凈水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。由于沒有調(diào)節(jié)池，要求旋流澄清系統(tǒng)必須具備較強的抗沖擊負荷能力。

表2 調(diào)試期間主要處理單元(改造部分)處理效果

2)藥劑的性質(zhì)也是影響預處理效果的關(guān)鍵，通過各種藥劑的加藥絮凝試驗，確定了一種高效的絮凝及助凝劑。藥劑的性質(zhì)也必須滿足后續(xù)深度處理系統(tǒng)的衛(wèi)生要求和對后續(xù)膜處理系統(tǒng)的影響，不能過度投加。

3)旋流澄清池排泥間隔不宜過短。該工藝要求有較穩(wěn)定的泥渣懸浮層，合適的排泥周期較容易形成該層，其截留污染物的能力較強，但排泥周期太短不易形成該層，會出現(xiàn)礬花上浮的情況。

7 技術(shù)經(jīng)濟分析

本工程在原有處理站圍墻范圍內(nèi)進行改造，工程總投資358．0萬元，包括土建投資85．53萬元，設(shè)計及安裝231．89萬元，其他40．58萬元。投產(chǎn)后，運行成本0．336元/t水(新增部分的運行成本)。其中，藥劑費0．258元/t水，電費 0．028元/t水，人工費0．05元/t水。該工程回收水資源372．3萬t/年，按照2元/t計算，可獲效益744．6萬元/年。

8 結(jié)語

旋流澄清凈水技術(shù)作為提高礦井廢水處理能力配套技術(shù)得以應用，煤礦礦井廢水出水各項指標均達到企業(yè)回用的水質(zhì)要求，SS的去除率不小于99．9%。

該技術(shù)與膜處理技術(shù)結(jié)合并應用于工程后，使得水處理系統(tǒng)操作靈活，運行穩(wěn)定，運行費用較低，適合于煤礦礦井水處理或懸浮物濃度與其接近的其他廢水處理工程。

［1］ 梁天成．礦井水處理技術(shù)及標準規(guī)范實用手冊［M］．北京:當代中國音像出版社，2004．

［2］ 何緒文，肖寶清，王 平．廢水處理與礦井水資源化［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，2002．

［3］ 劉勝元．煤礦礦井廢水處理工程工藝設(shè)計［J］．山西煤炭管理干部學院學報，2006，19(4):45-48．