磁分離水處理技術在煤礦中的探索與應用

單傳杰

[摘 要]翟鎮(zhèn)煤礦通過在井下建立礦井水處理系統(tǒng)，采用最新的磁分離水處理技術，對井下生產(chǎn)、生活污水進行循環(huán)利用，解決了礦井污水的處理和回收問題，降低了礦井的生產(chǎn)成本，也為其他礦井提供了借鑒。

[關鍵詞]煤礦 水處理 磁分離

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0008-01

一、概況

山東能源新礦集團翟鎮(zhèn)煤礦于1993年投產(chǎn)，是新礦集團的骨干礦井，長期以來，礦井生產(chǎn)水源由地面自來水及井下奧灰水提供，日用水量平均在2100m3-2300m3之間。以前井下各采區(qū)的污水匯入井底中央水倉，經(jīng)中央排水泵輸送至地面，通過地面水處理系統(tǒng)進行處理后排放，隨著奧灰水水源枯竭，自來水購水資金逐年增長，而排水費用、排污費用一直居高不下，同時，水質(zhì)差也造成排水設備的機械效率逐年降低。

翟鎮(zhèn)煤礦技術人員通過綜合分析，決定在井底中央水倉前建設500m？/h的超磁礦井水處理中心，處理后的水質(zhì)可達到工業(yè)用水標準，用于大巷防塵、設備冷卻等礦井生產(chǎn)用水。

二、磁分離水處理工藝簡介

磁分離水處理技術是目前應用于礦井水處理的一種新工藝，其凈化原理是通過投加磁種介質(zhì)與微磁絮凝藥劑，使水體中的懸浮物和磁種凝聚在一起，形成具有磁性的“礬花”之后，依靠永磁材料所產(chǎn)生的高強磁場，在強磁場力的作用下對賦磁性絮團進行快速分離。磁力是重力的數(shù)百倍，因此磁分離水處理技術因其分離速度快，大大地縮短了水力停留時間，為工程設施占地面積的縮小提供了技術保障。與傳統(tǒng)的水處理工藝相比，磁分離水處理技術具有以下優(yōu)勢：

1、采用永磁磁鋼，構造分離磁場，技術穩(wěn)定成熟

在設備的布磁、聚磁組合、微磁絮凝、脫磁、分散等工藝技術上，我國近幾年實現(xiàn)了突破，設備不斷改進與完善，已達到國際領先水平。

2、磁分離時間短，占地面積小

聚磁組合磁盤表面產(chǎn)生的磁力是重力的640倍以上，能快速地捕捉到微磁性絮團，從而可以采用一體化、短流程的設備集成，使整個水處理凈化過程的時間大大縮短，自混凝反應池進至磁盤機出水的時間為3～6min，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的沉淀法。與傳統(tǒng)處理方法相比，設備分離時間短，相應的設備占地僅為傳統(tǒng)工藝的30%。

3、運行成本低

磁分離依靠強磁力進行吸附和分離，不需要大量的藥劑使水體中的懸浮物形成大的絮團，而僅需微絮凝。與常規(guī)的混凝沉降系統(tǒng)比較，可大大節(jié)約系統(tǒng)的藥劑使用量（僅為常規(guī)水處理加藥量的1/3～1/2），節(jié)省藥劑費用，同時設備總裝機功率低，電耗少，設備運行穩(wěn)定使用壽命長，維修費用低，綜合運行成本為傳統(tǒng)工藝的1/2。

④出渣污泥濃度高

磁分離磁鼓分離出的污泥含泥率大于70000mg/L，含水率小于93%，可不經(jīng)過濃縮直接進入脫水設備，大大節(jié)省污泥濃縮池占地和污泥脫水設備選型時的大小。經(jīng)過常規(guī)的壓濾脫水后，污泥含水率小于45%，便于裝卸外運。

三、工藝流程

磁分離水處理工藝流程如上圖所示，礦井水經(jīng)巷道內(nèi)溝渠集水后，匯總至進水渠內(nèi)，在進水端渠內(nèi)設置人工格柵，去除來水中生活垃圾及漂浮物，自流進入預沉池，水中大顆粒及大比重物質(zhì)在預沉池中沉積下來，預沉池設潛水渣漿泵，沉淀物定期排入污泥池，再由污泥泵送至壓濾機脫水，干泥外運。

經(jīng)過預沉處理的水自流進入磁分離混凝系統(tǒng)，混凝系統(tǒng)通過投加磁種和混凝劑（PAC和PAM），使懸浮物在較短時間內(nèi)（約3～6min）形成以磁種為載體的“微磁性絮團”。經(jīng)過混凝之后的水再自流進入磁分離機進行固液分離凈化，磁分離機通過磁吸附打撈，使出水水質(zhì)達到設計出水指標后，自流進入后續(xù)處理系統(tǒng)。

磁分離機分離出的煤泥，由磁分離機自身的卸渣裝置刮下進入磁分離磁鼓；在磁鼓的高速分散區(qū)將磁種和非磁性懸浮物分散，磁鼓對磁種進行吸附回收，回收磁種由泵打入前端的混凝投加系統(tǒng)循環(huán)使用；非磁性污泥排入污泥池，和預沉池污泥一起由泵打入板框壓濾機進行脫水，脫水后的泥餅通過井下礦車外運。

四、效益分析

井下水處理系統(tǒng)的應用，從根本上解決了井下污水的凈化回收問題，降低了中央泵房的開機率，減少了運行維護費用。磁分離技術有效的提高了水處理能力，減小了環(huán)境壓力，提高了礦井污水的回收率，具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

（一） 社會效益

井下磁分離水處理工藝的采用，每日可為礦井井下生產(chǎn)提供充足的水源，剩余部分可排到地面供生產(chǎn)生活使用，減少了外購水量。同時減少了污染物的排放，避免了原地面水處理過程中所帶來的泥渣對環(huán)境的二次污染，環(huán)境效益顯著，有利于改善煤礦的地企關系，促進了礦區(qū)的健康、和諧發(fā)展。

（二）經(jīng)濟效益

1、原礦井水成本分析

1）、排污費用：

綜合分析，排污費用為：0.08元/m3，則該項目實施后每年可減少的排污費用：W1=500m3/h×24h×360d×0.08=34.5萬元/年。

2）、中央泵房排水耗電費用：

W2=92777kwh/月×0.66元/kwh×12月=73.5萬元/年。

3） 其他費用：

根據(jù)我礦往年相關數(shù)據(jù)，可節(jié)省水倉清倉費用為：9萬元/年，減少排水泵、管道的維護維修費用：9.3萬元/年。W3=9萬元/年+9.3萬元/年=18.3萬元/年。

綜上，每年綜合費用為：∑W=W1+W2+W3=126.3萬元。

2、水處理系統(tǒng)投用后成本分析

藥劑投入：每天使用聚合氯化鋁費用W1=150kg×1.84元/kg=276元，聚丙烯酰胺費用W2=3kg×16.67元/kg=50元，磁種費用：W3=50kg×2.82元/kg=141元，藥劑使用費用∑W=（W1+W2+W3）×360=16.81萬元/年；設備運行電費：70kw×0.7×24h×0.66元/kwh×360天=27.94萬元/年；設備維修費用：3萬元/年。年綜合成本為47.8萬元。

通過對比，水處理運行后，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益：126.3 -47.8 =78.5萬元。

四、結論

經(jīng)在我礦井下的實際應用，井下水處理使礦井水全部實現(xiàn)了綜合利用和達標排放，實現(xiàn)了煤泥資源的有效回收，屬于節(jié)能環(huán)保、資源綜合利用項目。磁分離水處理技術的應用，是煤礦節(jié)能減排、降本增效的有效措施，能促進煤礦企業(yè)經(jīng)濟、安全、社會、環(huán)境多重效益及礦區(qū)和諧發(fā)展，對煤礦行業(yè)的應用具有很好的推廣借鑒價值。