礦井水處理工藝設計與運行實例

趙永彬

（鄂爾多斯市污染物在線監(jiān)控中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017010）

內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市某煤礦設計生產(chǎn)能力為1.8Mt/a，服務年限為52a，采用綜合機械化采煤工藝，協(xié)井開拓方式開采，預測正常涌水量為60m3/h，最大涌水量為90m3/h。根據(jù)預測涌水情況，并考慮后期產(chǎn)能增加，礦井水處理工程設計處理量為150m3/h。根據(jù)礦井水的特點和性質(zhì)，本工程采用絮凝+沉淀+過濾組合工藝處理，處理達標后的中水主要回用于井下生產(chǎn)用水，剩余部分用作廠區(qū)道路抑塵灑水和廠區(qū)綠化用水，實現(xiàn)了礦井水資源的綜合利用。

1 礦井水原水水質(zhì)

煤礦礦井水是伴隨煤炭開采過程中的大量井下涌水，主要源自采煤層及開拓巷道附近的地下水。本項目礦井水原水水質(zhì)以粒徑較小的煤粒、煤粉和巖粉污染為主，水多呈灰黑色，另外采煤機械設備中機油和乳化液的大量使用以及機械設備的沖洗會造成一定的石油類污染。本項目主要污染因子為懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）和石油類，礦井水原水水質(zhì)情況如表1所示。

表1 礦井水原水水質(zhì)

2 工藝流程

根據(jù)該項目礦井水懸浮物較高、受石油類有機污染的特點，礦井水處理工藝選用絮凝+斜板沉淀作為前處理工藝，高效纖維束過濾+活性炭過濾作為深度處理工藝。該礦井水懸浮物含量較高，相應工藝排泥量也大，選用斜板沉淀池相對于其他類型沉淀池的排泥效果更佳，為了更好地去除石油類等有機污染物，增加活性炭過濾工藝。

本項目礦井排水由井下多級離心水泵提升至調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)進行水量水質(zhì)的調(diào)節(jié)均化后由離心泵提升至絮凝反應池；絮凝反應池內(nèi)投加絮凝劑后產(chǎn)生較大的絮凝體釩花后依靠重力流方式進入斜板沉淀池進行泥水分離，上清液溢流至中間水池，沉淀的煤泥進入污泥濃縮池；中間水池的水再通過離心泵提升至高效纖維束過濾器，過濾后的水再經(jīng)過活性炭過濾器過濾最終進入清水池。高效纖維束過濾器和活性炭過濾器的反沖洗廢水返回至調(diào)節(jié)池重新處理[3]。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

3 主要構筑物的功能及設計參數(shù)

3.1 調(diào)節(jié)池

礦井水通過井下泵站提升至調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池的主要作用是調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量。在調(diào)節(jié)池底部布設一套穿孔曝氣管，通過鼓風機曝氣防止煤泥沉積在調(diào)節(jié)池的底部。池體尺寸15m×10m×4.5m，有效水深4m，有效容積600m3；提升泵選用G310-150 型離心泵，2 臺，一用一備，單臺泵流量150m3/h，揚程14m，功率7.5kW。

3.2 絮凝反應池

在絮凝反應池內(nèi)主要進行化學絮凝反應，池體尺寸9m×3m×3m。池體分為三格，每格池體上方安裝一套機械攪拌機，在第一格通過投加片堿溶液調(diào)節(jié)水的pH，片堿投加量為30mg/L 時水中pH 為7.5～8.5，絮凝反應效果較好；第二格投加絮凝劑聚合氯化鋁使水中的細小膠粒脫穩(wěn)而凝聚成絮凝體釩花，投加量為125mg/L；第三格投加助凝劑聚丙烯酰胺使絮凝體釩花進一步變大，為懸浮物的沉淀分離創(chuàng)造條件，投加量為10mg/L。

3.3 斜板沉淀池

池體尺寸12m×9m×4.5m，表面負荷1.4m3/（m2·h），沉淀時間2.8h。沉淀池采用重力壓力式排泥，在沉淀池的下方設4個泥斗，每個泥斗安裝一套電動閥，可及時將沉淀池的污泥排至污泥池，沉淀池的上清液溢流至中間水池。

3.4 中間水池

中間水池用來暫存絮凝沉淀后的廢水。池體尺寸12m×8m×4.5m，有效容積384m3，提升泵選用G340-180 型離心泵，2臺，一用一備，單臺泵流量180m3/h，揚程40m，功率30kW。

3.5 高效纖維束過濾器、活性炭過濾器

高效纖維束過濾器選用AKTGX-2400型過濾器，2臺，單臺直徑2.4m，高5.2m，使用聚丙烯纖維束濾料。通過高效纖維束過濾器可以進一步過濾去除水中的懸浮物、膠體、鐵、錳等污染物，尤其對懸浮物、濁度等去除率較高?；钚蕴窟^濾器選用AKTG-3000型過濾器，2臺，單臺直徑3m，使用果殼活性炭濾料。通過活性炭過濾器可以進一步吸附去除水中的COD、石油類等有機污染物。選用BK5006型羅茨鼓風機，2臺，一用一備，功率15kW，使用鼓風機為高效纖維束過濾器和活性炭過濾器的反沖氣洗提供氣源，鼓風機還為調(diào)節(jié)池的間斷性曝氣攪拌提供氣源。每隔一段時間要對高速纖維束過濾器和活性炭過濾器進行周期性的反洗，反洗的目的是清除濾層中積累的污染物，以恢復濾層的截污能力。反洗是過濾器運行的一個重要步驟，為了使反洗的效果良好，在反洗時通入壓縮空氣，一個完整的反洗過程包括氣反洗、氣水反洗和正洗。氣反洗3～5min，氣水反洗5～10min，正洗5～10min。過濾器除了可以按照廢水通過濾層的壓力變化情況來確定是否需要反洗外，也可以按照一定的運行時間來進行周期性的反洗。

3.6 清水池

處理達標后的廢水通過重力流方式進入清水池，最終通過回用水系統(tǒng)回用于井下生產(chǎn)和廠區(qū)綠化。池體尺寸15m×10m×4.5m，有效容積600m3。

3.7 污泥暫存池

污泥暫存池用來臨時性的存儲污泥，污泥池滿后通過螺桿泵輸送至該礦的選煤廠煤泥處理車間，經(jīng)壓濾處理后外售。池體尺寸6m×6m×4.5m，選用G70-1-YHT 型螺桿泵，2 臺，一用一備，單臺流量45m3/h，功率11kW。

3.8 自控系統(tǒng)

在調(diào)節(jié)池、中間水池和污泥濃縮池內(nèi)安裝液位傳感器，通過液位高低來控制提升泵的啟停，水泵均設有低液位保護裝置。電磁閥和其他機電設備采用PLC 控制，整個廢水處理工藝凈化過程實現(xiàn)自動化控制。

4 工藝運行效果

該工程于2020 年3 月開始工藝調(diào)試，2020 年5 月完成調(diào)試并順利通過竣工環(huán)保驗收。從礦井水處理工藝運行情況來看，該工程工藝設備運行穩(wěn)定，出水清澈透明。從出水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，懸浮物去除效果良好，懸浮物的去除率達到98.6%以上，COD 的去除率達到87%以上，石油類的去除率達到89.7%以上，出水水質(zhì)同時滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標準》（GB20426—2006）、《煤礦井下消防、灑水設計規(guī)范》（GB50383—2006）和《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920—2002）的要求，出水水質(zhì)監(jiān)測結果如表2所示。

表2 出水水質(zhì)監(jiān)測結果

5 結束語

1）該工程采用絮凝+斜板沉淀+高效纖維束過濾+活性炭過濾組合工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足礦井水回用標準的要求。

2）該工藝通過調(diào)試運行，投加片堿30mg/L、聚合氯化鋁125mg/L 和聚丙烯酰胺10mg/L，前處理取得了良好的絮凝沉淀效果，大大減輕了后續(xù)深度處理工藝的負荷。

3）在絮凝反應池的第一格內(nèi)加入片堿溶液調(diào)節(jié)廢水的pH為8.0～8.5時，絮凝體釩花較大，絮凝效果明顯變好。

4）該工程在調(diào)節(jié)池底部布設了穿孔曝氣管，可實現(xiàn)高懸浮物煤泥水的充分混合，運行期間未出現(xiàn)煤泥在調(diào)節(jié)池底部過度沉積的現(xiàn)象。

5）礦井水的水質(zhì)和水量波動較大，在設計時建議考慮盡量加大調(diào)節(jié)池容積。另外，當設備檢修或故障期間，較大的調(diào)節(jié)池也可作為事故池使用。