高效旋流凈化技術(shù)在天祝礦水處理中的實(shí)踐研究

劉建榮，伊玉祥

（甘肅窯街煤電集團(tuán)天祝煤業(yè)公司，甘肅 天祝 733211）

“在二臺(tái)工業(yè)場地新建礦井水水處理站，實(shí)現(xiàn)礦井水綜合利用，礦井生產(chǎn)廢水不外排”的要求，天祝礦三采區(qū)扣除式退出祁連山保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)。原礦井水處理站位置處于祁連山保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)，必須進(jìn)行退出和拆除廠房，且根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)新建礦井水處理站一座，以滿足礦井上下排水、廠區(qū)雨污、選礦廠生產(chǎn)廢水循環(huán)復(fù)用零排放需要[1]。

1 天祝礦井下水的水質(zhì)特點(diǎn)和出水設(shè)計(jì)要求

1.1 礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)

礦井水含有懸浮物和少量有機(jī)物，固體懸浮物主要為礦物粉塵，水體中少量的有機(jī)物主要為廢機(jī)油、乳化油、廢坑木腐爛物、井下糞便等。COD、SS、油類等污染物值較高。

1.2 礦井水出水設(shè)計(jì)要求

礦井水經(jīng)處理后可作為礦山井下生產(chǎn)用水或生活用水。為貫徹企業(yè)綠色發(fā)展、循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展理念。在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)優(yōu)先的背景下，天祝礦以擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任為己任，根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作要求及工作安排，建設(shè)了國內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、高效、節(jié)能的礦井水處理站，實(shí)現(xiàn)礦井廢水零排放。該項(xiàng)目的建成將對(duì)改善廠區(qū)環(huán)境，提升企業(yè)形象，促進(jìn)公司綠色發(fā)展發(fā)揮積極有效的作用。

2 礦井水處理站工藝設(shè)計(jì)

原有礦井水處理站采用“混凝+沉淀+過濾”處理方式進(jìn)行處理，系統(tǒng)占地面積大、設(shè)備工藝落后，導(dǎo)致處理后的礦井水達(dá)不到復(fù)用要求，不能被有效復(fù)用，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，環(huán)保工作壓力巨大。

經(jīng)過多次調(diào)研與分析，本研究中采用“混凝+旋流多級(jí)凈化過濾+消毒”工藝，其中旋流多級(jí)凈化過濾工藝，集反應(yīng)、沉淀、過濾為一體，設(shè)備化，占地面積小，運(yùn)行成本低。具體的工藝流程如圖1 所示。

礦山井下排水進(jìn)入礦井水處理站調(diào)節(jié)池，通過提升泵提升至高效混凝器，礦井來水與PAC 混合溶液充分混合。在進(jìn)入高效旋流凈化器之前，來水與PAM 混合溶液充分混合[2]。在高效旋流凈化器中完成污泥層過濾、絮體再造、異型斜板過濾、輕質(zhì)濾料精密過濾、污泥沉淀等過程。在高效旋流凈化器罐體內(nèi)完成廢水的多級(jí)凈化，處理后的水經(jīng)過消毒排至清水池再利用，污泥排至選礦廠處理。

3 主要構(gòu)筑物及系統(tǒng)組成

3.1 調(diào)節(jié)池

根據(jù)礦井水排水量，設(shè)計(jì)2 座調(diào)節(jié)池，水力停留時(shí)間2h，調(diào)節(jié)池有效容積300m3，為防止采礦產(chǎn)生的污染物沉降，在池中裝潛水?dāng)嚢杵鳌?/p>

同時(shí)配有可自動(dòng)傳輸水位信號(hào)的超聲波液位計(jì)，以便于對(duì)調(diào)節(jié)池進(jìn)水量的控制。

3.2 事故池

為防止突發(fā)情況，設(shè)計(jì)1 座事故池，水力停留時(shí)間沉72h，事故池有效容積4700m3。

3.3 高效旋流凈化器系統(tǒng)

高效旋流凈化器系統(tǒng)包括高效混合罐和高效旋流多級(jí)凈化器。

圖1 工藝流程圖

3.3.1 高效混合罐

混凝過程是污水處理中最基本也是極為重要的處理過程，通過向水中投加一些藥劑（通常稱為混凝劑及助凝劑），使水中難以沉淀的顆粒能互相聚合而形成膠體，然后與水體中的雜質(zhì)結(jié)合形成更大的絮凝體。絮凝體具有強(qiáng)大吸附力，不僅能吸附懸浮物，還能吸附部分細(xì)菌和溶解性物質(zhì)。絮凝體通過吸附，體積增大而下沉。

絮凝池種類繁多，有隔板絮凝池、旋流絮凝池、渦流絮凝池、折板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、機(jī)械絮凝池等等。目前，以上各種類型的混凝池在礦井水處理中均有應(yīng)用，但傳統(tǒng)混凝池普遍存在混凝效率低，運(yùn)行和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

本研究中采用獨(dú)特的閃混罐作為絮凝裝置，閃混罐直徑為0.92m，高3.25m，處理量Q=150m3/h。礦井水在提升泵的作用下，首先進(jìn)入閃混罐。閃混罐中的獨(dú)特的旋流結(jié)構(gòu)和迷宮式珊格網(wǎng)設(shè)計(jì)，通過水力條件的改變，實(shí)現(xiàn)了礦井水與混凝藥劑充分混合，使藥劑迅速均勻地?cái)U(kuò)散于整個(gè)水體。

3.3.2 高效旋流多級(jí)凈化器

高效旋流多級(jí)凈化器利用二級(jí)旋流離心分離技術(shù)、污泥層絮體過濾技術(shù)、絮體縱向再造技術(shù)、污泥循環(huán)技術(shù)、異形斜板過濾技術(shù)、輕質(zhì)濾料過濾技術(shù)、旋流濃縮的原理，將多項(xiàng)技術(shù)集合于一體，在同一個(gè)罐體內(nèi)短時(shí)間完成污水的多級(jí)凈化，設(shè)計(jì)流量150m3/h，直徑為4.0m。另外在出水處設(shè)計(jì)有在線濁度儀，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測出水水質(zhì)變化情況。

3.4 加藥系統(tǒng)

本研究中的加藥裝置由PAC（聚合氯化鋁）加藥裝置和PAM（聚丙乙酰胺）加藥裝置組成。主要由加藥箱、攪拌器、加藥泵、磁翻板液位計(jì)、機(jī)架及管路等組成。配備流量計(jì)，隨時(shí)控制加藥量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥。

3.5 消毒系統(tǒng)

礦山井下水處理工程中，常用的消毒方式有紫外消毒、超聲消毒、氯化消毒、臭氧消毒等[3]。其中氯化消毒運(yùn)行成本低，效果持久，在水處理項(xiàng)目中應(yīng)用較多。經(jīng)過多方比較，本研究中采用二氧化氯消毒的方式。二氧化氯發(fā)生器，其主要由反應(yīng)釜、儲(chǔ)藥罐及自動(dòng)化裝置等組成。消毒系統(tǒng)采用鹽酸與氯酸鈉定量注入到反應(yīng)釜內(nèi)，反應(yīng)釜在加熱的情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化氯與氯氣，再通過水射器吸入投加到消毒水體中。

3.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由操作員站、工程師站、PLC 控制箱、就地控制箱、傳感器等組成，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)達(dá)到雙機(jī)熱備，可同時(shí)承擔(dān)操作和維護(hù)工作。采用現(xiàn)場就地控制和集中控制兩種控制方式。達(dá)到“無人值守、有人巡崗”目的。

①具有設(shè)備停機(jī)報(bào)警功能。②具有集中控制、就地控制、就地檢修控制等多種控制方式。③系統(tǒng)具有設(shè)備開停顯示、開停記錄，曲線、柱狀分析圖。

3.7 在線監(jiān)測系統(tǒng)

安裝液位計(jì)、電磁流量計(jì)、壓力傳感器、BOD 分析儀、COD 分析儀、在線濁度儀、PH 檢測儀、硬度計(jì)、氨氮檢測儀、石油類檢測儀等在線分析儀表，配置工控機(jī)1 臺(tái)，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件，具備監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析功能，可自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表和趨勢(shì)曲線。

3.8 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)建立對(duì)于室內(nèi)、室外等重點(diǎn)要害部位的設(shè)備、人員活動(dòng)情況可以實(shí)施24小時(shí)360度全面監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)分為六大部分：前端成像設(shè)備、圖像的傳輸設(shè)備、終端顯示設(shè)備、圖像的控制設(shè)備和錄像設(shè)備等組成。系統(tǒng)具有監(jiān)控錄像、中文顯示、視頻丟失報(bào)警、布撤防、用戶操作密碼、系統(tǒng)擴(kuò)展等功能。

4 運(yùn)行效果分析

運(yùn)行效果：礦井水處理站自2019 年投入運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行正常。由于礦井水處理系統(tǒng)裝有在線濁度儀，可以實(shí)時(shí)掌握出水水質(zhì)情況，但為了驗(yàn)證在線儀表的準(zhǔn)確性，運(yùn)營人員于2019 年9 月份，每周對(duì)進(jìn)出水SS 和濁度進(jìn)行人工復(fù)驗(yàn)，并對(duì)進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證高效旋流多級(jí)凈化工藝的處理效果。

5 結(jié)語

高效旋流凈化處理系統(tǒng)將混凝、沉淀、過濾過程通過特殊工藝結(jié)合為一體，具有占地面積小、投資建設(shè)周期短、易于操作和管理運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無人值守，后期可接入礦井自動(dòng)化控制平臺(tái)。經(jīng)過長期運(yùn)行驗(yàn)證，SS去除率高達(dá)98.9%，濁度去除率高達(dá)99.4%，項(xiàng)目出水水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可用于礦山井下消防灑水及生產(chǎn)污水再生利用。礦井水處理車間材料、藥劑、人工、電費(fèi)等綜合運(yùn)行費(fèi)用約為0.77 元/m3，低于常規(guī)處理工藝。