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    礦井廢水處理優(yōu)化技術(shù)研究

    2012-03-10 00:19:20田衛(wèi)平
    山西建筑 2012年26期
    關(guān)鍵詞:懸浮物混凝廢水處理

    田衛(wèi)平

    (1.太原理工大學(xué),山西太原 030024; 2.西山煤電集團(tuán)設(shè)計(jì)院,山西太原 030053)

    0 引言

    礦井廢水是指采煤過程中,所有滲入井下采掘空間的水。水質(zhì)主要受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)年代、地質(zhì)構(gòu)造、各種煤系伴生礦物成分、所在地區(qū)的環(huán)境條件等因素的影響。礦井廢水經(jīng)礦井排水系統(tǒng)抽排出地面,在地面進(jìn)行廢水處理。

    據(jù)統(tǒng)計(jì),2006年全國煤礦礦井涌水量約在42億m3。資料顯示,近20年間,山西礦井水排放造成的經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)達(dá)到340.5億元。在“十二五”規(guī)劃中,全國礦井水年產(chǎn)生量70.92億m3,利用量54億m3左右,要求利用率75%,達(dá)標(biāo)排放率100%。

    1 西山礦區(qū)礦井廢水水質(zhì)分析

    西山礦井水水質(zhì)見表1。

    結(jié)合表1,經(jīng)過調(diào)研,得出西山礦區(qū)各礦井廢水水質(zhì)特點(diǎn):1)懸浮物高,正常時(shí)值在40 mg/L~200 mg/L,井下清倉時(shí)會(huì)達(dá)到1 000 mg/L~3 000 mg/L,甚至更高。2)pH值接近中性。3)BOD5遠(yuǎn)小于COD,主要是煤粉煤屑中碳原子的有機(jī)還原性所致。4)硬度高,均高于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的450 mg/L,礦化度高。

    2 西山礦區(qū)礦井廢水處理工藝

    西山礦區(qū)礦井廢水處理工藝見圖1。

    圖1 礦井廢水處理工藝圖

    礦井廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池處理后,經(jīng)混凝沉淀和過濾工藝的處理后經(jīng)消毒后至中水回用水池,回用至地面沖廁、澆灑、矸石山、選煤廠補(bǔ)充用水等雜用水。部分中水經(jīng)過深度處理后供給井下、地面鍋爐房、電廠等用水。

    3 礦井廢水處理工藝優(yōu)化

    3.1 調(diào)節(jié)池

    1)調(diào)節(jié)池容積:由于井下排水是間斷式排水(要求20 h排出24 h的排水),同時(shí)由于井下地質(zhì)構(gòu)造、探放水和季節(jié)性差異,排至地面的水是不連續(xù)的,且變化幅度較大。而地面處理設(shè)施其運(yùn)行要求是連續(xù)的,調(diào)節(jié)池要求有足夠的調(diào)節(jié)能力。同時(shí)礦井逐漸向深部開采,西山礦區(qū)礦井排水量呈逐漸增大的趨勢(shì),礦井廢水處理站改造優(yōu)化時(shí)需充分考慮調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力,調(diào)節(jié)池容積要求根據(jù)來水曲線和供水量經(jīng)過計(jì)算,其容積可按照4 h~8 h(日平均時(shí))處理水量計(jì)算。否則易造成來水量過大,后續(xù)設(shè)施來不及處理,造成調(diào)節(jié)池溢流,污染環(huán)境。

    2)調(diào)節(jié)池預(yù)處理:調(diào)節(jié)池中的預(yù)處理設(shè)施,根據(jù)設(shè)計(jì)思路的不同,礦區(qū)有兩種預(yù)處理設(shè)施:a.在調(diào)節(jié)池中設(shè)攪拌裝置(高壓水、空氣管或攪拌器),保證調(diào)節(jié)池中水不停攪動(dòng),不沉降,由渣將泵提升至后續(xù)設(shè)施處理。在調(diào)節(jié)池和凈水設(shè)施中間設(shè)旋流器等設(shè)施去除大粒徑顆粒,沉泥定期排至排泥水溝,可減輕后續(xù)凈水設(shè)施的負(fù)荷。本設(shè)計(jì)方法在官地礦和屯蘭礦中運(yùn)用。b.把調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)為平流沉淀池,礦井水中的粒徑大于50 μm的微粒,不須加藥即可自然沉淀去除,基于此原理,在池頂設(shè)計(jì)刮泥機(jī),來水在平流沉淀池中進(jìn)行預(yù)沉,污泥經(jīng)污泥泵提升至污泥池處理。馬蘭礦、東曲礦、鎮(zhèn)誠底礦采用此方式。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行比較后一種工藝較為適用,前一種方式在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)池中的攪拌裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)不存在問題,在檢修時(shí),大量污泥沉降,由于煤泥不易攪動(dòng),攪拌裝置就會(huì)無法運(yùn)行,運(yùn)行操作管理水平要求嚴(yán)格,且后續(xù)設(shè)施加藥量大,需定期人工清理池內(nèi)污泥,勞動(dòng)強(qiáng)度大?,F(xiàn)有工藝改進(jìn)時(shí),調(diào)節(jié)池改造中可增設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)并在池頂增設(shè)吸泥機(jī)。后一種方式在預(yù)沉池中進(jìn)行了初步沉淀,減少了后續(xù)設(shè)施的加藥量,較為經(jīng)濟(jì),運(yùn)行管理簡單,便于操作。

    3.2 混凝沉淀和過濾工藝

    礦井水中的粒徑小于50 μm的微粒,可用加藥混凝沉淀去除。目前西山礦區(qū)采用的混凝沉淀工藝有以下兩種:

    1)澄清、過濾工藝流程(見圖2)。

    圖2 澄清、過濾工藝流程

    2)反應(yīng)、沉淀、過濾工藝(見圖3)。

    圖3 反應(yīng)、沉淀、過濾工藝流程

    反應(yīng)、沉淀和澄清均屬于混凝沉淀,在實(shí)際運(yùn)行中了解到兩種方式均能處理礦井廢水,經(jīng)過比較采用澄清過濾工藝的優(yōu)點(diǎn)有:a.出水懸浮物更低,且易于控制。b.澄清池在凈化過程中耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),處理穩(wěn)定性高。c.對(duì)礦井水中的油類物質(zhì)有去除率高,澄清池泥渣回流,使藥劑得以充分利用,同時(shí)泥渣有利于懸浮物質(zhì)與絮體間的相互碰撞,增大絮體力度,加快絮凝體的沉降速度。

    針對(duì)礦區(qū)用地的緊張,處理系統(tǒng)自動(dòng)化要求高的特點(diǎn),礦區(qū)在礦井廢水處理站改造時(shí)采用了一體化凈水器,即混凝沉淀過濾一體,占地面積小、上馬快,自控水平高的優(yōu)點(diǎn)。但在選用時(shí)應(yīng)注意到幾點(diǎn):a.凈水器優(yōu)先選擇處理高濁度凈水器(適應(yīng)原水濁度3 000,出水濁度<10),以適應(yīng)懸浮物增大的影響。b.凈水器混凝沉淀過程優(yōu)先采用含澄清工藝(懸浮澄清等),對(duì)來水濁度適應(yīng)力強(qiáng)。c.反沖洗過程選擇自動(dòng)化程度高且可控的系統(tǒng),做到自動(dòng)手動(dòng)均可,便于調(diào)節(jié)。d.濾料不宜選擇塑料濾珠(油類污染物易堵塞),最好選擇無煙煤、石英砂等濾料。

    3.3 深度處理工藝

    原先設(shè)計(jì)礦井廢水排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),為滿足礦區(qū)廢水資源化的目標(biāo),中水復(fù)用,礦井水零排放,要求分別滿足《井下消防灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》《城市污水再生利用》《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》等,解決不同用戶對(duì)水質(zhì)的不同要求,需對(duì)部分中水進(jìn)行進(jìn)一步深度處理達(dá)到用水要求。

    西山礦區(qū)目前使用的深度處理工藝有以下幾種:離子交換工藝、反滲透、超濾工藝。

    離子交換工藝主要適用于鍋爐房等軟化用水要求設(shè)施,但由于去除了鈣、鎂離子等人體必需的礦物質(zhì),而大量增加了鈉離子,軟化水不宜作為飲用水。另外軟水容易腐蝕管路,使金屬管路生銹穿漏,所以離子交換軟化水不宜于長距離輸送。

    使用效果較好的為超濾工藝,超濾主要作用是減少原水中的濁度、懸浮物和有機(jī)物、細(xì)菌、病毒和病原體,以達(dá)到凈化原水目的。超濾過程是在膜兩側(cè)產(chǎn)生一定的壓力差后,水、低分子物質(zhì)和無機(jī)鹽透過膜,而大分子物質(zhì)、膠體等被半透膜所截留。超濾截留粒徑0.01 μm~0.1 μm。針對(duì)鍋爐房等要求軟化用水的要求可在礦井水處理站進(jìn)行超濾處理,超濾水供至鍋爐房再進(jìn)行離子交換工藝。針對(duì)井下消防灑水,原先對(duì)井下消防灑水是直接利用礦井混凝沉淀過濾后的中水,隨著井下用水設(shè)備對(duì)用水水質(zhì)的要求提高,同時(shí)煤礦井下施救系統(tǒng)的要求,且井下供水施救管網(wǎng)與消防灑水一般為合用管網(wǎng),采用原先中水不能滿足用水要求,若處理為飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),成本過高。目前東曲礦采用方式為對(duì)井下消防灑水進(jìn)行超濾處理較為合理,井下飲水用供水點(diǎn)單設(shè)小型水處理設(shè)備滿足井下飲用水水質(zhì)要求。

    針對(duì)礦區(qū)生活用水要求,由于水中硬度約為600 mg/L,硫酸根≈1 200 mg/L,遠(yuǎn)大于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),長期飲用會(huì)造成腹瀉等癥狀,若處理為飲用水應(yīng)采用反滲透(RO)工藝進(jìn)行處理。目前鎮(zhèn)城底礦深度處理采用反滲透工藝,由于產(chǎn)水成本高,適合小水量使用。

    4 礦井廢水處理新工藝

    隨著礦井深部開采,礦井廢水的排水量逐年呈增大趨勢(shì),礦井廢水處理規(guī)模需加大,有的甚至增加到原來的2倍以上,由于廠區(qū)占地的制約因素,需在原廠址基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建,調(diào)節(jié)池需增大,若按照傳統(tǒng)的混凝沉淀方法占地較大,工藝設(shè)計(jì)較為困難,因此,微濾處理工藝有良好的應(yīng)用前景。

    微濾又稱微孔過濾,截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒、小分子及少量大分子溶質(zhì)都能透過膜的分離過程。截留大小在0.1 μm以上的物質(zhì),針對(duì)礦井廢水來說,主要污染物為懸浮物,懸浮物粒徑為0.1 μm以上,現(xiàn)在一般微濾采用陶瓷膜、管式膜。

    礦井廢水,經(jīng)過調(diào)節(jié)水池后,由提升水泵送至膜系統(tǒng)入口,膜組件內(nèi)的輸料泵加壓輸送到保安過濾器中,攔截大顆粒的煤粉等,以保護(hù)膜元件,再由循環(huán)泵增至一定的壓力和流量進(jìn)入膜組件中進(jìn)行分離。小于膜分離孔徑的物質(zhì)例如水、無機(jī)鹽、小分子物質(zhì)等在壓力的作用下,穿透過膜表面,被分離開來形成透析液,進(jìn)入到產(chǎn)水罐。而懸浮物顆粒、大分子菌體無法穿透過膜表面,從而形成截留液,排出膜系統(tǒng)。

    采用微濾替代混凝沉淀過濾工藝的優(yōu)點(diǎn)是占地非常小,處理水量大,模塊化,自動(dòng)化程度高,適用于礦井水處理站的改擴(kuò)建。

    5 結(jié)語

    為便于礦井廢水處理站的正常運(yùn)行,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,保證穩(wěn)定可靠的處理效果,在改擴(kuò)建中礦井廢水處理工藝優(yōu)化是非常重要的,同時(shí),根據(jù)礦井廢水資源化的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)礦井廢水零排放,要求中水回用,為滿足不同的使用水質(zhì)的要求,礦井水處理工藝需進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。礦井廢水處理站要求對(duì)來水調(diào)節(jié)能力強(qiáng),一級(jí)處理要求對(duì)水質(zhì)的變化適應(yīng)能力強(qiáng),出水穩(wěn)定,礦井廢水處理站不僅是進(jìn)行廢水處理,同時(shí)要求深度處理,成為供水中心,滿足礦區(qū)用水要求。因此礦井水處理工藝局部的改造優(yōu)化是勢(shì)在必行的,適用于礦井水的一級(jí)處理和深度處理的成套化的先進(jìn)處理工藝會(huì)越來越多的得到應(yīng)用。

    [1] 曹祖民,高 亮.礦井水凈化及資源化成套技術(shù)與裝備[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004.

    [2] 崔玉川.煤炭礦井水處理回用利用技術(shù)進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2000(2):43-44.

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