閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用

劉 紅

（汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)實(shí)業(yè)有限公司， 山西 晉中 030600）

1 南關(guān)煤礦概述

汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)實(shí)業(yè)有限公司可采煤層為2號、9 號、10 號、11 號煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 1.5 Mt/年，礦井開采面積為38.67 km2，礦井內(nèi)目前布置一、三兩個(gè)采區(qū)，其中一采區(qū)布置11 個(gè)工作面，10 個(gè)工作面已回采結(jié)束，三采區(qū)布置14 個(gè)工作面，8 個(gè)已回采結(jié)束，礦井內(nèi)主要采用綜合機(jī)械化采掘工藝，機(jī)械化水平達(dá)90%以上。

礦井在開采過程中受地表水、構(gòu)造水以及生產(chǎn)影響，礦井內(nèi)積聚大量礦井生產(chǎn)污水，南關(guān)煤礦通過采區(qū)水倉利用排水設(shè)施將礦井污水排至礦區(qū)地面，但是礦井內(nèi)污水含有大量煤泥、雜物、腐蝕性物質(zhì)，導(dǎo)致井下污水排至地面后二次循環(huán)利用率低、污水排放后對礦區(qū)生產(chǎn)植被污染嚴(yán)重，對此南關(guān)煤礦水暖科通過技術(shù)研究，決定采用一套閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)，以提高井下污水利用率，降低污水排放量。

2 閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

恒壓循環(huán)污水處理裝置主要由將恒壓供水操作機(jī)構(gòu)與閉式污水循環(huán)機(jī)構(gòu)組合而成，如圖1 所示。

2.1.1 閉式污水循環(huán)機(jī)構(gòu)

1）該機(jī)構(gòu)主要采用先進(jìn)的磁分離技術(shù)對污水進(jìn)行凈化，污水的處理能力能夠達(dá)到500 m3/h，礦井內(nèi)產(chǎn)生的污水經(jīng)過排水管道排入污水處理裝置內(nèi)，污水經(jīng)凈化處理后得以重新使用。該機(jī)構(gòu)主要由水砂分離器、磁分離裝置、固液分離器、沉淀池、混凝反應(yīng)池、壓濾機(jī)、電路控制系統(tǒng)組成。

2）電路控制系統(tǒng)主要由PLC 控制裝置、遠(yuǎn)程控制裝置、聯(lián)絡(luò)開關(guān)組成。遠(yuǎn)程控制裝置與室內(nèi)環(huán)網(wǎng)連接，可以通過主機(jī)遠(yuǎn)程對設(shè)備進(jìn)行操控，同時(shí)還能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器上，方便工作人員查看。在主機(jī)上安裝對應(yīng)的操控軟件，工作人員可以通過顯示器對恒壓循環(huán)污水處理裝置的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行觀察，實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)故障也可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

圖1 南關(guān)煤礦污水閉式循環(huán)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 恒壓供水操作機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝兩套恒壓供水系統(tǒng)，每套系統(tǒng)均有以下部件組成：2 臺 PLC 控制箱、2 臺變頻器、2 臺120 kW 水泵、1 臺控制裝置、2 臺閥門控制裝置。該機(jī)構(gòu)通過調(diào)節(jié)PLC 控制箱來實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水，壓力變送器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測管道內(nèi)的壓力，并對管道內(nèi)各部位的液位及流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過相應(yīng)的操作來確保供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。按照功能分類，控制方式主要有自動化控制、手動化控制及就地檢修控制三種模式[1-2]。

2.2 系統(tǒng)工作原理

2.2.1 水循環(huán)工作原理

1）污水通過排水管路進(jìn)入污水處理期內(nèi)，污水經(jīng)過水砂分離器后將污水與砂石分離，分離后的污水進(jìn)入預(yù)沉池，預(yù)沉池內(nèi)的三個(gè)沉料槽內(nèi)均預(yù)先安裝吸料管。

2）污水在預(yù)沉池內(nèi)經(jīng)過沉淀后，預(yù)沉池內(nèi)上部的污水被倒入混泥反映池，下部污水被吸料管吸入污泥池。

3）混泥反應(yīng)池主要是在池內(nèi)添加磁種和混凝劑，通過添加劑來混凝污水中的懸浮顆粒，混凝后污水中磁性凝聚物被高位水箱送入分離器中進(jìn)行分離。

4）分離后的清水被直接排入恒壓供水裝置，分離后的磁性物質(zhì)被送入磁分離機(jī)對鐵質(zhì)進(jìn)行分離，分離后的污水再次被送入混凝反應(yīng)池，反應(yīng)后的煤泥被送入煤泥池。

5）煤泥池內(nèi)的煤泥被泥漿泵排入壓濾機(jī)，經(jīng)過脫水后送入皮帶機(jī)運(yùn)走。

6）該系統(tǒng)利用先進(jìn)的智能化系統(tǒng)，無需人工操作，實(shí)現(xiàn)自動化污水處理，操縱人員只需控制PLC柜對各設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)[3-4]。

2.2.2 恒壓供水工作原理

清水池內(nèi)的水經(jīng)高壓泵加壓后，通過電液閥組的控制對供水的流量及壓力進(jìn)行控制，使輸出的水壓保持恒定，恒定的水再經(jīng)過各個(gè)管路運(yùn)輸?shù)矫總€(gè)用水點(diǎn)，按照功能分類，水壓控制方式主要有自動化控制和手動化控制兩種模式。

1）自動控制：系統(tǒng)根據(jù)水位優(yōu)先的原則自動控制各個(gè)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)傳感器檢測到水位較高時(shí)，系統(tǒng)自動將水泵打開，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測管道內(nèi)的壓力變化，變頻器根據(jù)接收到的信號不斷調(diào)整頻率，使水壓維持恒定；當(dāng)傳感器檢測到水位較低時(shí)，系統(tǒng)自動將備用水泵打開，使水壓維持恒定[5]。

2）手動控制：工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況將控制模式轉(zhuǎn)為手動控制。該模式下工作人員可以通過控制操作臺上的按鈕對水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，且水壓的頻率需要人工進(jìn)行設(shè)定，在水位較低的情況下備用水泵無法自動開啟。

3 閉式循環(huán)水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

1）系統(tǒng)的價(jià)格較低、結(jié)構(gòu)簡單、體積較小。系統(tǒng)采用PLC 聯(lián)鎖控制模式，操作簡便、原理簡單，后期維護(hù)量小，運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性高。在實(shí)際生產(chǎn)中，檢修人員還可以控制系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行檢修，快速分辨出故障點(diǎn)，便于檢修人員的處理。

2）工作人員的數(shù)量及勞動量降低。一套系統(tǒng)只需安排一人在操作時(shí)進(jìn)行值守，實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，生產(chǎn)期間無需人工干預(yù)設(shè)備的運(yùn)行，完全實(shí)現(xiàn)了無人值守的條件，只需在系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警后由值守人員快速處理。

3）污水排放量大大降低。該裝置能夠直接對泵站的污水進(jìn)行處理，處理后的恒壓水可以直接供給綜采及掘進(jìn)工作面，避免了地面靜壓水的供給量，脫水后的煤泥也可直接摻入原煤中。

3.1.2 缺點(diǎn)

1）由于污水中夾雜的鐵器較多，磁分離機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)荷較重，后期維護(hù)量較大。

2）污水中的煤泥較多且黏度大，泥漿泵不能完全將煤泥吸出，后期還需人工進(jìn)行清理。

4 應(yīng)用效果

南關(guān)煤礦水暖科于2019 年2 月對污水處理廠安裝了閉式循環(huán)污水處理系統(tǒng)，截止2020 年2 月，通過1 年的實(shí)際應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)投入使用后污水平均處理能力達(dá)270 m3/h，與原污水處理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)污水處理效率高，故障率低，通過1 年應(yīng)用減少地表污水排放量達(dá)1.24 萬m3，解決了傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)處理能力低、地表污水排放量大、礦區(qū)地表植被破壞嚴(yán)重等技術(shù)難題，取得了顯著的應(yīng)用成效。