臭氧生物活性炭+超微濾技術(shù)在礦井污水處理中的應(yīng)用

田小龍

（同煤集團(tuán)環(huán)境保護(hù)處，山西大同037003）

在煤炭開采過程中，地下水與煤層、巖層接觸，會發(fā)生一系列的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)，因此，礦井水中懸浮物的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水。

礦井水中含有的總離子含量比一般地表水要高很多，而且礦井水往往pH值特別低，常伴有大量的亞鐵離子，若要外排，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到地表水質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)。按照國家環(huán)境保護(hù)的要求，礦井水的排放要達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類。因此，需要對大部分礦井的水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

1 工程概況

燕子山礦井位于大同煤田西北部，地跨大同市南郊、左云兩區(qū)縣，東距大同市40 km。由于井下涌水量增加的原因，需對原有礦井水處理站進(jìn)行擴(kuò)容。在紙坊頭風(fēng)井場地新建5 000 m3/d礦井水處理廠，處理后的水質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類。

圖1 高密度澄清池工藝原理

2 技術(shù)工藝

燕子山礦的礦井水含鐵量很大，工程采用“臭氧-生物活性炭”（O3-BAC）+微超濾組合工藝。

2.1 反應(yīng)池及除氟系統(tǒng)

2.1.1 預(yù)沉調(diào)節(jié)池

預(yù)沉調(diào)節(jié)池采用平流式沉淀池形式。井下涌水首先集中到井下水倉，再由井下排水泵抽升泵到地面。井下水倉調(diào)節(jié)容積為6～8 h涌水量。因此井下涌水在水倉中停留時間很長，首先可以自然沉淀下來部分大顆粒煤泥，無法自然沉淀的細(xì)小煤泥通過井下水泵抽升到地面的礦井水處理廠，通過絮凝反應(yīng)后，將細(xì)小煤泥顆粒凝聚成大顆粒，方能用沉淀的方法去除。

2.1.2 高密度澄清池

高密度澄清池由反應(yīng)區(qū)和澄清區(qū)兩部分組成。反應(yīng)區(qū)是由混合反應(yīng)區(qū)及推流反應(yīng)區(qū)組成，澄清區(qū)由入口、斜管沉淀區(qū)、污泥濃縮區(qū)組成。

高密度澄清池工藝原理見圖1。在混合反應(yīng)區(qū)靠攪拌器的提升作用完成泥渣、藥劑、原水的快速凝聚反應(yīng)，然后經(jīng)過葉輪提升至推流反應(yīng)區(qū)進(jìn)行慢速絮凝反應(yīng)，以結(jié)成較大的絮凝體，再進(jìn)入斜管沉淀區(qū)進(jìn)行分離。澄清水通過集水槽收集進(jìn)入后續(xù)處理構(gòu)筑物，沉淀物通過刮泥機(jī)刮到泥斗中，經(jīng)容積式循環(huán)泵提升將部分污泥送至反應(yīng)池進(jìn)水管，剩余污泥排放。

2.1.3 過濾器

錳砂過濾器有兩個作用：一是過濾SS，保證出水濁度；另一個作用是除鐵、除錳。設(shè)計(jì)原水中鐵錳超標(biāo)，本次設(shè)計(jì)考慮采用壓縮空氣氧化+過濾工藝來去除水中的鐵、錳。

2.1.4 除氟系統(tǒng)

含氟礦井水經(jīng)過碳基磷灰石吸附協(xié)同處理后，礦井水中的大部分氟離子吸附濃縮在吸附劑中，通過堿劑再生后形成高氟再生廢水，高氟廢水若直接排入礦井水調(diào)節(jié)池再處理，則氟離子又進(jìn)入礦井水處理系統(tǒng)中，氟離子濃度越來越高，直到無法處理，因此必須采取有效的固體化除氟措施，實(shí)現(xiàn)氟離子從水中得到有效去除。

由于出水的水質(zhì)中氟含量受CaF2溶解度的影響，同時利用CaCl2的同離子效應(yīng)，提高溶液中Ca2+的濃度，F(xiàn)-的濃度就會相應(yīng)降低，從而使CaF2的溶解度下降。CaCl2溶解性很好，能有效地提高溶液中Ca2+濃度，強(qiáng)化了沉淀效果，而且CaCl2是一種中性鹽，投加后不會對pH值產(chǎn)生影響。另外，氟離子與鈣形成CaF2細(xì)小沉淀物后，須通過針對性高效澄清工藝加以分離。

利用微渦旋技術(shù)形成水流的渦旋作用，使得僅存的少量絮凝劑反復(fù)碰撞廢水中的細(xì)小顆粒物質(zhì)（氟化鈣晶體）形成絮體，并吸附捕捉廢水中的雜質(zhì)形成大顆粒物質(zhì)沉降，從而達(dá)到固液分離的目的。同時將微渦旋原理應(yīng)用到澄清反應(yīng)器中，通過增加和設(shè)置污泥絮體的內(nèi)回流與循環(huán)，增加泥量，能夠顯著提高絮凝與沉淀效果，縮短反應(yīng)時間，節(jié)省藥劑使用量，提高廢水混凝澄清處理效果。

2.2 臭氧生物活性炭接觸系統(tǒng)

采用臭氧氧化和生物活性炭濾池聯(lián)用（O3-BAC）的方法，將臭氧化學(xué)氧化、臭氧滅菌消毒、活性炭物理化學(xué)吸附和生物氧化降解四種技術(shù)合為一體，其主要目的是在常規(guī)處理之后進(jìn)一步去除水中有機(jī)污染物、石油類以及氨氮等污染物，降低出水中的污染物。

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)儲氣罐緩存，經(jīng)過濾器去除大于1 μm的塵埃粒子以及水霧和油霧，由冷凍式干燥機(jī)進(jìn)行淺度除水，經(jīng)高效除油過濾去除大于0.01 μm的塵埃粒子，使水霧和油霧含量不超過0.01 mg/m3，然后進(jìn)入吸附式干燥機(jī)進(jìn)行深度干燥，使氣源露點(diǎn)達(dá)到要求的-50℃以下，再經(jīng)除塵過濾器去除大于0.01 μm的塵埃粒子成為合格的原料氣源。合格的氣源經(jīng)減壓穩(wěn)壓后進(jìn)入臭氧發(fā)生室。

臭氧接觸池為全封閉設(shè)計(jì)，頂板設(shè)有不銹鋼壓力人孔，設(shè)有壓力安全釋放閥1套。在池頂設(shè)置臭氧尾氣收集管，尾氣破壞器采用加熱催化的方式將臭氧分解，整個尾氣破壞器的控制由尾氣破壞箱控制。分解后的氣體臭氧濃度小于0.08 mL/m3，可直接排放到大氣中。

臭氧接觸池出水經(jīng)提升送至生物活性炭過濾器。反沖洗分為三個階段：首先氣洗，氣洗強(qiáng)度為9 L/s·m2，氣洗時間為3 min；其次，氣水同時沖洗，氣洗強(qiáng)度為9 L/s·m2，水洗強(qiáng)度為12 L/s·m2，沖洗時間為4 min；最后水洗，水洗強(qiáng)度為12 L/s·m2，沖洗時間為9 min。

2.3 微超濾組合裝置

設(shè)置2套微超濾組合裝置，每套設(shè)備產(chǎn)水量為125 m3/h，通量為40.4 L/m2·h，單套42支80 m2的膜，并聯(lián)運(yùn)行。

微超濾組合裝置設(shè)反洗系統(tǒng)，反洗周期一般為每30 min進(jìn)行一次物理清洗，清洗過程為順沖—上反沖—下反沖—順沖，每次步驟全過程需用時約90 s，其中順沖各15 s，上下反沖各30 s。反洗用水為設(shè)備自產(chǎn)水，從產(chǎn)水箱引取。最后，采用紫外線消毒，運(yùn)行管理方便，消毒效果好。

3 改造效果

表1 廢水監(jiān)測內(nèi)容一覽表

監(jiān)測時礦井水處理日負(fù)荷分別為68%和70%（監(jiān)測內(nèi)容見表1），礦井水污水處理站出口pH值濃度范圍為7.85～8.03，懸浮物濃度范圍為17～22 mg/L，化學(xué)需氧量濃度范圍為12～25 mg/L，五日生化需氧量濃度范圍為2.6～3.4 mg/L，氨氮濃度范圍為0.145～0.176 mg/L，總磷濃度范圍為0.033～0.050 mg/L，總氮濃度范圍為0.366～0.514 mg/L，懸浮物、鐵、錳、鉻滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426-2006）的執(zhí)行要求，其余均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002)中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值要求，達(dá)標(biāo)率均為100%。

4 結(jié)論

該工程技術(shù)首先在井下實(shí)現(xiàn)部分大顆粒泥水分離，并針對燕子山礦井水的特點(diǎn)制定了行之有效的處理技術(shù)，科學(xué)、有效地節(jié)約了能源，降低了運(yùn)行成本，煤泥經(jīng)壓濾后混合原煤出售，有效降低了礦區(qū)污染，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益顯著。