煤礦礦井水超磁分離井下處理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

朱丫盼

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 霍州 033200）

目前，我國(guó)煤炭行業(yè)礦井水處理工藝相對(duì)落后，很多小礦井為了經(jīng)濟(jì)利益都沒(méi)有建設(shè)污水處理工序，對(duì)于水資源的循環(huán)利用率非常低。中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止到2016年全國(guó)礦井水綜合利用率僅為59%，不僅使礦井水中含有的煤泥資源大量浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成污染。因此針對(duì)礦井水進(jìn)行超磁分離井下處理技術(shù)的實(shí)踐研究，具有很好的實(shí)踐意義。

1 工程概況

對(duì)霍州煤電集團(tuán)下屬煤礦調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該集團(tuán)公司對(duì)于礦井水處理的技術(shù)措施主要為：井下沉淀→提升污水上井處理。在井下將廢棄坑道修建成為大體積的水倉(cāng)用來(lái)進(jìn)行礦井水的自然沉淀，部分經(jīng)井下沉淀后的污水進(jìn)行循環(huán)使用，另外部分采用泵提升至地面進(jìn)行二次處理。礦井水在提升過(guò)程中需消耗電能，按照設(shè)計(jì)要求，噸水百米電耗一般約為0.50kWh/（t·hm），而實(shí)際運(yùn)行中的電耗常高于此值。由于噸水百米電耗與所提升礦井水的密度有直接關(guān)系，因此，降低礦井水的密度即可節(jié)約提升能耗。本文以霍州煤電集團(tuán)龐龐塔煤礦為例，采用超磁分離井下處理技術(shù)對(duì)該礦的礦井水進(jìn)行處理，然后進(jìn)行循環(huán)利用。

2 超磁分離井下處理技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

煤礦礦井水超磁分離井下處理技術(shù)是一種利用永磁技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速分離的新型高效礦井水處理技術(shù)。一方面，礦井水中所含的煤懸浮物本身不帶磁性，通過(guò)該技術(shù)首先將不帶磁性的含煤懸浮物賦予磁性，然后通過(guò)超磁分離機(jī)進(jìn)行快速固液分離，使礦井水得到凈化；另一方面，從礦井水中分離出來(lái)的煤泥渣，可通過(guò)磁種回收循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磁種的循環(huán)利用，同時(shí)產(chǎn)生低含水率的煤泥，經(jīng)壓濾系統(tǒng)得到煤泥餅，直接隨礦車升井。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）磁種材料選擇。必須根據(jù)磁種的參數(shù)，包括粒徑、比重、比表面積、磁性能、絮凝性能、價(jià)格等進(jìn)行綜合選擇，磁種材料的作用主要是對(duì)非磁性懸浮物進(jìn)行分離。

（2）混凝系統(tǒng)的工藝參數(shù)確定。通過(guò)試驗(yàn)確定混凝與絮凝藥劑的工藝參數(shù)，在保障混凝效果的基礎(chǔ)上，得到最短的混凝時(shí)間和絮凝時(shí)間。

（3）磁種制備投加回收裝置的研制。該裝置的作用主要是對(duì)煤泥渣的磁種進(jìn)行回收利用。

（4）超磁分離機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的超磁分離機(jī)的效果必須達(dá)到出水懸浮物小于25mg/l，提高處理后礦井水的質(zhì)量。

（5）合理的井下處理成套工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)主要包括磁絮凝系統(tǒng)、磁分離系統(tǒng)、藥劑制備投加系統(tǒng)和污泥壓濾系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井水處理后變成潔凈的礦井水和煤泥餅。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

3.1 實(shí)踐應(yīng)用情況分析

2016年，霍州煤電集團(tuán)龐龐塔煤礦將井下400m處硐室巷道改造為礦井水井下處理站，礦井水處理量為12000m3/d。主要技改內(nèi)容：取消井下沉淀池，直接將礦井水引入超磁分離處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泥水分離，清水上井，泥餅直接隨礦車升片。礦井水超磁分離井下處理技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井水超磁分離井下處理技術(shù)工藝流程示意圖

從圖1中知，礦井水流至混凝反應(yīng)槽后，在混凝反應(yīng)槽中投加重介磁種、PAC及PAM，經(jīng)過(guò)3min的攪拌混凝，形成以磁種作為”核”的懸浮物絮體。再次通過(guò)超磁分離機(jī)進(jìn)行分離，依靠超磁分離機(jī)中稀土永磁磁盤(pán)的高強(qiáng)磁力實(shí)現(xiàn)磁性絮團(tuán)與水的快速分離，時(shí)間在25s左右。含磁種污泥輸送至磁分離磁鼓，對(duì)磁種與污泥進(jìn)行分離，磁種回收率99.5%，可以循環(huán)使用，脫磁后的污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，再次經(jīng)板框式壓濾機(jī)脫水，泥餅通過(guò)礦車外運(yùn)。主要的設(shè)備使用情況如表1所示。

表1 礦井水超磁分離井下處理系統(tǒng)設(shè)備匯總表

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

礦井水超磁分離井下處理系統(tǒng)主要適用于直徑為0.2～0.3mm以下煤粉的提取和回收：（1）水中懸浮物（SS）≤25mg/l；（2）COD≤50mg/l；（3）石油類油≤5mg/l；（4）pH值為6～9；（5）煤泥含水率≤30%。

3.3 效果分析

龐龐塔煤礦礦井水超磁分離井下處理技術(shù)改造項(xiàng)目已完成并投入運(yùn)行1年之久。該處理工藝對(duì)對(duì)懸浮物的去除情況可見(jiàn)圖2所示。

圖2 水中懸浮物（SS）去除效果

從圖3中可以看出，該處理工藝對(duì)水中懸浮物的去除率最大為98.2%，最小為95.8%，平均為97.5%，能有效地對(duì)水中懸浮物進(jìn)行去除。

該煤礦超磁分離井下處理技術(shù)的節(jié)能技改總投資額600萬(wàn)元，建設(shè)期6個(gè)月。與常規(guī)技術(shù)相比，每年可多回收2202tce的煤泥資源。年節(jié)約電量63.1萬(wàn)kWh，折合標(biāo)煤221 tce，合計(jì)節(jié)能2423tce。每年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為401萬(wàn)元，投資回收期為1.5年。為企業(yè)創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 推廣前景和節(jié)能潛力

中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016年，我國(guó)的煤礦礦井水量約為69億m3，其中，有41億m3的礦井水經(jīng)過(guò)處理進(jìn)行了利用，而其余28億m3礦井水則直接外排。隨著國(guó)家對(duì)相關(guān)行業(yè)環(huán)境保護(hù)要求和標(biāo)準(zhǔn)的提高，預(yù)計(jì)到2019年，礦井水的綜合利用率將提高到75%，現(xiàn)有煤礦產(chǎn)能中約有10%可進(jìn)行礦井水處理技術(shù)改造或新建，總礦井水處理需求量為6.9億m3，形成的年節(jié)能能力約為36萬(wàn)tce。本文以龐龐塔煤礦為研究對(duì)象，對(duì)井下礦井水進(jìn)行了超磁分離井下處理工藝的改造實(shí)踐研究，實(shí)踐應(yīng)用效果良好，對(duì)水中懸浮物的去除率平均為97.5%，并為企業(yè)創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于該處理工藝的節(jié)能性，可在全國(guó)進(jìn)行推廣應(yīng)用。