露天煤礦電氣化高效節(jié)能治水工藝

陳 華

(神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026015)

露天煤礦作為煤炭開(kāi)采的一種重要形式，因其開(kāi)采規(guī)模大、產(chǎn)量高，一直在煤炭行業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在露天礦區(qū)的規(guī)劃建設(shè)中受到諸多因素的制約，其中水資源成為制約礦區(qū)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素，充分利用水資源對(duì)露天礦區(qū)的建設(shè)和發(fā)展具有十分重要的意義。污水資源化是實(shí)現(xiàn)露天礦區(qū)最大限度使用和利用水資源最有效的途徑，而污水處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)資源化的保證。針對(duì)這種狀況，結(jié)合礦井水和采坑條件及露天采坑的特點(diǎn)，對(duì)礦井水進(jìn)行露天采坑積水凈化技術(shù)，使高效、低成本的礦井水復(fù)用成為礦井生產(chǎn)和建設(shè)荒漠區(qū)生態(tài)型礦區(qū)的主要水源之一。

1 污水凈化處理流程

現(xiàn)運(yùn)行污水凈化處理流程如圖1所示。

露天礦采場(chǎng)內(nèi)，將各處自流出水通過(guò)水渠匯聚到提前挖設(shè)好的水倉(cāng)內(nèi)(水倉(cāng)長(zhǎng)40 m、寬30 m、深4.5 m)，在水倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行一級(jí)沉淀。

在水倉(cāng)進(jìn)水的對(duì)面，距水倉(cāng)底部約1 m距離的位置布設(shè)潛水泵。通過(guò)潛水泵，配水管路疏排積水，將積水提升到二級(jí)沉淀池(在地面上)。

疏干水處理廠內(nèi)，污水進(jìn)一步疏排到三級(jí)沉淀池。一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)沉淀池是物理沉淀。

污水提升到反應(yīng)沉淀池進(jìn)行四級(jí)沉淀，四級(jí)沉淀利用凈水斜板進(jìn)行一級(jí)凈化。一級(jí)凈化處理后，水位在自流管上部的凈水自流到中間水池，疏排到無(wú)閥過(guò)濾器，過(guò)濾后自流到5 000 m3凈水池，后續(xù)綠化利用。一級(jí)凈化產(chǎn)生的污水通過(guò)排污閥進(jìn)入污泥濃縮池，污泥螺桿泵通過(guò)變頻調(diào)速將污水輸送到壓泥機(jī)，過(guò)濾出污泥、污水循環(huán)輸送到三級(jí)沉淀池，重新進(jìn)入反應(yīng)沉淀池。

2 凈水斜板清洗工藝優(yōu)化

為了更好地凈化露天礦采場(chǎng)疏排的積水，以往采用人工定期用凈水車(chē)間消防水沖洗凈化處理池內(nèi)凈水斜板的工藝，該工藝持續(xù)了5年多。這種人工定期沖洗工藝的弊端是局部水壓大，斜板材質(zhì)為PVC原料易碎，人工沖洗時(shí)水壓大則導(dǎo)致斜板破裂，水壓小則導(dǎo)致清洗不干凈斜板，很難控制到理想的水壓。每次人工沖洗處理完成，后續(xù)需要清理凈水斜板碎片，凈水斜板碎片可達(dá)10余斤，均是被水沖擊破碎。這樣不但人工勞動(dòng)強(qiáng)度大而且大大縮短了凈水斜板的使用壽命，更換一個(gè)水池凈水斜板的費(fèi)用約100萬(wàn)，4個(gè)水池約400萬(wàn)元，是一筆不小的開(kāi)支。筆者對(duì)人工定期沖洗工藝進(jìn)行改進(jìn)，安裝恒壓噴灑水管，利用變頻器控制噴灑水壓，對(duì)凈水斜板進(jìn)行沖洗?，F(xiàn)已經(jīng)投入生產(chǎn)使用，達(dá)到了預(yù)期的清洗效果。

利用這套清洗工藝，可有效清洗凈水斜板，凈水斜板損毀幾乎為零，有效增加了凈水斜板的使用壽命，節(jié)省費(fèi)用開(kāi)支，節(jié)約勞動(dòng)力，提高工作效率，為節(jié)能降耗再立新功。

3 優(yōu)化壓泥工藝措施

污水進(jìn)行壓濾處理以便將污水中的污泥排出，目前大都采用由多塊濾板、濾布和濾框組合成彼此相連的多只壓濾單元形成壓濾室的污泥壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。

3.1 變頻調(diào)速壓泥工藝改造

污泥濃度不同，要求的上泥速率不同，對(duì)應(yīng)絮凝劑供應(yīng)濃度隨之變化。濃度大供污水速率小，供應(yīng)絮凝劑濃度大。濃度小供污水速率可適當(dāng)增大，供應(yīng)絮凝劑濃度可適當(dāng)減小，互相是雙變量關(guān)系。污泥螺桿泵的上泥速率可手動(dòng)調(diào)節(jié)，上泥速率調(diào)節(jié)后待壓濾機(jī)出泥看效果，需3 min～5 min方可確認(rèn)上泥速率是否理想，如若不理想，根據(jù)情況再行調(diào)節(jié)，如此反復(fù)，只有長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)污泥螺桿泵、絮凝劑供應(yīng)濃度才可達(dá)到最佳出泥狀態(tài)。

以往手動(dòng)調(diào)節(jié)污泥螺桿泵頻率，控制壓泥機(jī)的上泥速率，實(shí)現(xiàn)理想的壓泥效果。由于手動(dòng)調(diào)節(jié)污泥螺桿泵頻率無(wú)法直接顯示頻率，壓泥作業(yè)只有一人，總是觀察不到位，頻率小污水不成泥,頻率大容易造成壓濾機(jī)濾布堵塞或出泥達(dá)不到脫水率，導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞，被迫停止壓泥系統(tǒng)，人工清洗濾網(wǎng)，造成不必要的工時(shí)、人力損耗。

經(jīng)改造，將手動(dòng)調(diào)頻閥改為數(shù)字液晶電子顯示調(diào)頻盤(pán)，可以根據(jù)濃縮池污水含污量的大小，直接通過(guò)數(shù)字液晶電子顯示調(diào)頻盤(pán)設(shè)定頻率，對(duì)常用狀態(tài)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使污泥泵供給壓濾機(jī)的泥漿量適中，與絮凝劑供應(yīng)濃度相匹配，快速達(dá)到最佳出泥狀態(tài)。

原3臺(tái)手動(dòng)調(diào)節(jié)污泥螺桿泵現(xiàn)已故障停運(yùn)，修復(fù)成本高，無(wú)修復(fù)價(jià)值，造價(jià)63 000元，現(xiàn)更換為3臺(tái)變頻調(diào)節(jié)污泥螺桿泵，造價(jià)48 000元，該項(xiàng)目費(fèi)用節(jié)約生產(chǎn)成本15 000元，且有效提高工作效率。

3.2 壓泥機(jī)滾筒加裝沖洗裝置

滾筒是壓泥機(jī)一級(jí)過(guò)濾站，是污泥螺桿泵供壓泥機(jī)污水的第一站。以往壓泥機(jī)滾筒由于自清洗功能低，經(jīng)常因污水含泥量大，無(wú)法徹底清淤，而造成滾筒堵塞，無(wú)法壓泥設(shè)備停運(yùn)。需人工清洗數(shù)小時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、壓泥效率低。

經(jīng)改造，壓泥機(jī)滾筒內(nèi)在原有沖洗裝置上加設(shè)自來(lái)水(污水凈化水)沖洗噴頭，清洗滾筒濾網(wǎng)。利用滾筒內(nèi)加設(shè)的自來(lái)水沖洗噴頭，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟自來(lái)水，增大滾筒自清洗能力，更好實(shí)現(xiàn)一級(jí)泥水分離效果，使淤泥、污水分道通暢行駛。有效避免淤泥囤積造成滾筒阻塞，提高工作效率，同時(shí)也延長(zhǎng)滾筒使用年限，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3.3 壓泥機(jī)濾布電氣化清洗工藝

濾布為壓泥機(jī)二級(jí)過(guò)濾站，由于濾布密度大，運(yùn)行過(guò)程中易堵塞，導(dǎo)致濾布濾水效果不佳，壓泥時(shí)必須人工配合清洗，才能運(yùn)行，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，這是導(dǎo)致壓泥機(jī)運(yùn)行效率低的直接原因。

壓泥機(jī)濾布容易堵塞，工作效率低，對(duì)污水含污量要求嚴(yán)格，含污量偏高極易發(fā)生堵塞，清洗濾布費(fèi)時(shí)費(fèi)力，降低工作效率。為了提高壓泥機(jī)工作效率，疏干隊(duì)自行改造壓泥機(jī)，通過(guò)技術(shù)人員共同研究，查找設(shè)備故障根源，反復(fù)推敲試驗(yàn)，加裝一套電氣供水清洗裝置和濾布刮泥板，降低壓泥機(jī)濾布堵塞頻次，有效提高壓泥機(jī)運(yùn)行效率。

如圖3所示，壓泥機(jī)濾布上方和下方各安裝一套恒壓沖洗水管，隨著濾布旋轉(zhuǎn)，濾布刮泥板將大部分污泥刮下輸送至傳輸帶，上下沖洗水管進(jìn)一步持續(xù)噴水清洗，有效清洗濾布污泥，避免濾布堵塞，從而更好地實(shí)現(xiàn)濾布濾水功能。

4 加設(shè)蓄水沉淀池

增加二級(jí)蓄水沉淀池，將以往的二級(jí)蓄水沉淀池變更為三級(jí)沉淀池，多增加一道沉淀工藝。

沉淀工藝是水處理中去除固體懸浮物和雜質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，沉淀過(guò)程好壞直接決定整個(gè)水處理效果的優(yōu)劣，后續(xù)工藝運(yùn)行負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)成本的高低。

結(jié)合露天礦疏干隊(duì)水處理廠現(xiàn)在水處理極限能力在10 000 mg/L以內(nèi)，雨季或春融期，濁度儀顯示水質(zhì)懸浮物在3萬(wàn)mg/L～6萬(wàn)mg/L或濁度儀無(wú)顯示(懸浮物高于6萬(wàn)mg/L濁度儀無(wú)數(shù)據(jù))，超出水處理系統(tǒng)處理水能力，水處理廠凈化水設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，所以露天礦采場(chǎng)積水只能在采場(chǎng)儲(chǔ)存，禁止外排。采場(chǎng)無(wú)足夠大的空間存儲(chǔ)該期間的出水，或者說(shuō)，存儲(chǔ)過(guò)多積水影響采剝工藝的推進(jìn)。

針對(duì)以上矛盾，增設(shè)地面二級(jí)蓄水沉淀池勢(shì)在必行。根據(jù)采場(chǎng)的出水量，每天出水1 500m3，增設(shè)兩個(gè)3 000m3蓄水沉淀池，單個(gè)可以儲(chǔ)存采場(chǎng)排水兩天，給另一個(gè)蓄水池爭(zhēng)取到2天的沉淀時(shí)間，根據(jù)對(duì)采場(chǎng)“死水”的觀察，有2天的沉淀時(shí)間，水質(zhì)明顯改善。根據(jù)處理水成本核算，濁度為400 mg/L～500 mg/L的水，處理費(fèi)用為0.8元/m3～0.9元/m3，濁度為6 000 mg/L～8 000 mg/L的水處理費(fèi)用為3元/m3，以上費(fèi)用指處理水藥劑費(fèi)用。處理水費(fèi)用計(jì)算：

0.9 元/m3×1 500 m3/天=1 350 元/天

3元/m3×1 500 m3/天=45 00 元/天

1個(gè)月費(fèi)用差別135 000-40 500=94 500元

以上計(jì)算為水質(zhì)在8 000 mg/L以內(nèi)的處理水費(fèi)用。按照一年中3個(gè)月懸浮物高計(jì)算，3月春融、7月、8月雨季，個(gè)別時(shí)間段(連續(xù)降雨或春融速度快)濁度在8 000mg/L以上，水處理系統(tǒng)無(wú)法良好處理水。

設(shè)置蓄水沉淀池費(fèi)用：2個(gè)3 000m3蓄水池費(fèi)用約50萬(wàn)元，處理水藥劑費(fèi)用約5個(gè)月即可節(jié)約出。以上計(jì)算還未包含個(gè)別時(shí)間段濁度在8 000 mg/L以上的處理費(fèi)用。 經(jīng)以上費(fèi)用計(jì)算，設(shè)置蓄水沉淀池方案可行，既減輕凈水設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷，又節(jié)約了處理水藥劑費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者介紹電氣化高效綠色處理露天礦采場(chǎng)積水的工藝流程，包括1種凈水斜板清洗工藝改造，3種優(yōu)化壓泥工藝措施，1種從根本上改善污水源的措施和意義，以及成本列支計(jì)算。實(shí)踐證明，優(yōu)化處理水工藝流程有效提高處理水效率和質(zhì)量，大幅降低處理水費(fèi)用成本。