礦井廢水處理中混凝沉淀過濾技術(shù)應(yīng)用

楊 超

（山西焦煤霍州煤電沁安煤電公司，山西 沁源 046500）

0 引言

煤炭開采期間產(chǎn)生大量廢水，直接排放易引起環(huán)境污染、水資源浪費(fèi)。秉承節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)、經(jīng)濟(jì)高效的項(xiàng)目發(fā)展理念，需要采取行之有效的礦井廢水處理技術(shù)[1]?；炷恋磉^濾技術(shù)屬于礦井廢水處理中的典型技術(shù)，基于此，有必要重點(diǎn)探討此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用效果，為礦井廢水處理提供技術(shù)參考。

1 礦井概況

某煤礦項(xiàng)目的礦井掘進(jìn)廢水水量為20 m3/h，污染物包含高濃度、膠體狀態(tài)的懸浮物以及少量油類，廢水中SS 質(zhì)量濃度為2 000～3 000 mg/L，各掘進(jìn)深度范圍內(nèi)的地層粒徑各異，雖然修筑沉淀池，但以自然沉淀方法處理的掘進(jìn)廢水并不能滿足外排要求。為此，項(xiàng)目采用混凝沉淀過濾技術(shù)處理掘進(jìn)廢水。

2 礦井水來源及水質(zhì)特點(diǎn)

礦井井下排水及地面生產(chǎn)系統(tǒng)外排廢水是本煤礦礦井廢水的主要來源，污染物類型包含懸浮物、含油廢水、巖粉、煤粉。礦井掘進(jìn)期間的井下前期、后期涌水量分別為1 141.6、2 383.8 m3/d，最大排水量300 m3/h，正常排水量120 m3/h。水質(zhì)特點(diǎn)見表1。

表1 礦井水處理站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

3 混凝沉淀過濾技術(shù)在礦井廢水處理中的運(yùn)用

根據(jù)本煤礦礦井廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，提出“曝氣混凝+沉淀+過濾”的綜合型處理技術(shù)，處理流程如圖1 所示。

圖1 混凝沉淀過濾處理工藝流程圖

1）調(diào)節(jié)曝氣池。通過隔墻將調(diào)節(jié)曝氣池分為具有中和作用的前段和具有調(diào)節(jié)、曝氣作用的后段。原廢水中含有煤粉、巖粒等物質(zhì)，污水呈黑灰色，經(jīng)過曝氣處理后，轉(zhuǎn)為黃色，色度超標(biāo)。調(diào)節(jié)曝氣池采用2 臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，功率11 kW，風(fēng)量8.6 m3/min，一用一備，廢水在調(diào)節(jié)曝氣池的停留時(shí)間為1.5～2 h，氣水體積比（3～6）∶1。

井下的提升泵將井下水倉(cāng)的礦井廢水向上提升，經(jīng)由排水溝到達(dá)曝氣調(diào)節(jié)池，通過鼓風(fēng)曝氣作用，將反應(yīng)池中的堿液與酸性廢水混合，經(jīng)過酸堿中和后，廢水的pH 值為8～9；反應(yīng)池內(nèi)有曝氣供氧作用，可將廢水的鐵、錳氧化成高價(jià)態(tài)穩(wěn)定離子，以便化合沉淀[2-3]。

2）反應(yīng)單元。布設(shè)管板和柵條，通過微漩渦原理變換廢水在管板中的流速，流速差產(chǎn)生的微漩渦存在擠壓作用，廢水中的粒子發(fā)生碰撞，持續(xù)進(jìn)行10～15 min 的反應(yīng)。

3）沉淀單元。采用淺層沉淀原理，建設(shè)斜管沉淀池，縮小沉淀水流的水力半徑，增加濕周以加快沉淀，在取得良好沉淀效果的同時(shí)可減少沉淀裝置的占地面積并降低廢水處理成本?；炷恋硌b置的反應(yīng)區(qū)呈倒喇叭口，此區(qū)域的廢水流速較低，使混凝劑藥液與廢水充分結(jié)合并發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的混凝狀物質(zhì)到達(dá)斜管，由其中的六角蜂窩狀填料進(jìn)一步沉淀，清水以1.2～1.5 m/s 的速度上升并經(jīng)由上部溢流排出，產(chǎn)生的絮狀物在底部被去除。通過混凝劑、助凝劑的聯(lián)合應(yīng)用，加快廢水與處理藥劑的反應(yīng)，經(jīng)沉淀、過濾后將廢水中的有毒有害物質(zhì)含量降低在許可范圍內(nèi)，經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，流入水池進(jìn)行重復(fù)利用。

4）砂濾凈化。經(jīng)過混凝土沉淀的礦井廢水中仍存在諸多小顆粒懸浮物和膠體，需進(jìn)行后處理，本項(xiàng)目采用砂濾設(shè)備處理此類遺留物質(zhì)，將其截留在濾料的表面和內(nèi)部空隙，同時(shí)也是活性炭吸附深度處理工藝的預(yù)處理環(huán)節(jié)。砂濾凈化采用自動(dòng)虹吸原理，設(shè)置重力式無閥濾池，砂濾罐采用石英砂多層濾料，可自動(dòng)反沖洗，具有凈化效果好、效率高、檢維修操作便捷等優(yōu)勢(shì)。

5）藥劑。堿液：堿液的作用在于中和水質(zhì)，減少其它藥劑的投加量，為后續(xù)廢水處理工序的進(jìn)行打好基礎(chǔ)，摻量根據(jù)礦井廢水的pH 值計(jì)算。混凝劑：以聚合氯化鋁為宜，配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%，投加量為20～50 g/m3，混凝劑在水解時(shí)產(chǎn)生H+，將礦井廢水的pH 值穩(wěn)定在8～9，從而取得良好的絮凝效果?；炷齽┑膽?yīng)用效果與水溫有關(guān)，混凝劑的水解速度在水溫低于5℃時(shí)將明顯放緩。通過計(jì)量泵精準(zhǔn)控制混凝劑的用量，具體摻量可根據(jù)調(diào)節(jié)曝氣池的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果做靈活的調(diào)整。禁止水溫偏低或絮凝劑投加量偏高，原因在于兩種處理?xiàng)l件下均不利于膠粒的相互絮凝。助凝劑：以聚丙烯酰胺為宜，配比質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%～2%，投加量為1～2 g/m3。由于石灰乳易沉淀，難以將pH值精準(zhǔn)調(diào)節(jié)至7～9 的適宜區(qū)間內(nèi)，因此本煤礦項(xiàng)目未采用石灰乳作為中和藥劑。

6）鼓風(fēng)。鼓風(fēng)機(jī)的作用在于促進(jìn)礦井廢水與堿液的充分混合，氧化鐵、錳、硫，調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)，使調(diào)節(jié)池具有多項(xiàng)調(diào)節(jié)功能，為后續(xù)的廢水處理打好基礎(chǔ)。

7）污泥處理。在聚合氯化鋁（混凝劑）和聚丙烯酰胺（助凝劑）的共同作用下，加速?gòu)U水的沉淀，并排放廢水處理后形成的清水。定期將污泥排放至污泥池，濃縮后轉(zhuǎn)至煤倉(cāng)，可低價(jià)出售此部分反應(yīng)產(chǎn)物，減少污廢物質(zhì)排放量的同時(shí)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

8）自控系統(tǒng)。采用PLC 控制方式，配套儀表檢測(cè)系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在軟件和硬件的配合下，加藥、反沖洗、排泥均可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其中，儀表檢測(cè)系統(tǒng)可連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)調(diào)節(jié)池液位、處理流量、加藥流量、進(jìn)出水pH 值等，便于及時(shí)調(diào)控異常指標(biāo)，提升礦井廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

9）運(yùn)行效果。建造礦井廢水污水混凝沉淀過濾處理系統(tǒng)后，進(jìn)行為期15 d 的調(diào)試，優(yōu)化不足。系統(tǒng)正式運(yùn)行時(shí)，安排1 個(gè)月的連續(xù)性監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，各項(xiàng)處理工藝的自動(dòng)化運(yùn)行水平高，且通過當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測(cè)站的驗(yàn)收監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 礦井廢水混凝沉淀過濾處理前后的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)表2 可知：礦井廢水經(jīng)過混凝土沉淀過濾處理后，COD 的總?cè)コ蔬_(dá)到46.4%，SS 的總?cè)コ矢哌_(dá)97.8%，各項(xiàng)出水指標(biāo)均滿足污水排放規(guī)范的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐表明，本項(xiàng)目的礦井廢水處理系統(tǒng)具有可行性。

4 礦井廢水處理系統(tǒng)的綜合效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

排放水單位、生活飲用水單位的運(yùn)行成本分別為0.21 元/m3、0.35 元/m3。

當(dāng)?shù)厮畠r(jià)為2.0 元/t，在礦井廢水混凝沉淀過濾處理系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下，水資源回收量達(dá)到1 140 萬t/a，則年節(jié)約水費(fèi)約2 280 萬元。回收煤泥以煤粉為主，年回收量約為3.5 萬t，由洗煤廠回收，此產(chǎn)物可創(chuàng)收約450 萬元。可見，本項(xiàng)目采用的礦井廢水處理系統(tǒng)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 生態(tài)環(huán)境效益

深度處理礦井廢水后，避免廢水直接排放而導(dǎo)致周邊環(huán)境受污染，有效防護(hù)生態(tài)環(huán)境；回收再利用水資源，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，減少水資源的浪費(fèi)量，緩解礦區(qū)職工生活用水問題；各類污染物的處理方式合理，緩解廢物存放難度高、污染重的問題?？梢?，本項(xiàng)目采用的礦井廢水處理系統(tǒng)具有良好的生態(tài)環(huán)境效益。

5 結(jié)語

本煤礦項(xiàng)目采用“混凝+沉淀+過濾”工藝處理礦井廢水，將廢水中的有毒有害物質(zhì)含量降低至許可范圍內(nèi)，回收泥煤可低價(jià)售賣，水資源可回收利用，污染物排放達(dá)標(biāo)，具有突出的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。在類似的礦井廢水處理中，技術(shù)人員可參考“混凝+沉淀+過濾”的廢水處理工藝思路，結(jié)合廢水水質(zhì)特點(diǎn)優(yōu)化處理工藝，提升廢水處理的綜合效益，推動(dòng)煤礦事業(yè)和生態(tài)環(huán)境事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。