提高礦井廢水處理能力配套技術的研究及應用

張立利 江家京 顧鶴良

1 項目背景

晉城煤業集團趙莊煤礦礦井廢水處理廠原采用的工藝流程:礦井水→穿孔旋流斜板沉淀池→中間水池→瓷砂過濾器→RO系統→生產及生活水池。

原污水處理廠投入運行后，確實減少了污染物的排放量，也為自身提供了豐富的再生水資源，并為當地環境保護工作作出了很大的貢獻。

但自2007年年末以來，由于水量及水質的急劇變化，整個處理系統已經不能夠穩定的運行和處理。為了保證整個礦井水處理系統的穩定運行，水質達標，我們對整個處理系統的處理技術進行了深入的研究，并將提高礦井水處理能力和效果的配套技術合理的應用其中，效果十分顯著。

2 系統運行狀況及分析診斷

表1 原處理系統設計參數與實際現狀運行參數的比較

通過分析表1數據可知:

1)水量增加、水質惡化，加大了絮凝沉淀池負荷。原污水處理廠系統前無調節池，使污水處理的瞬時流量較大，造成了絮凝沉淀池的表面負荷超過其設計最大負荷值。該池出水效果惡化后，直接影響著后續瓷砂過濾器的正常運行。

2)污泥未經濃縮，加大了污泥的處理難度。礦井污水的污泥主要是煤泥，系統未對其進行濃縮處理，其中的含水率很高，輸送至煤場后，加大了煤場的處理負擔。通過估算，每天產生的泥量為400 m3/d。原污泥池容積僅為100 m3。污泥池不能有效的、及時的存貯污泥，直接影響著沉淀池的正常運行。絮凝沉淀池無法及時排泥，導致絮凝沉淀池內泥面升高，部分污泥隨上層清水流出，出水水質惡化。

3)礦井廢水中含有大量高嶺土成分，影響了絮凝劑的處理效果。由于趙莊煤礦礦井廢水中不時出現含高嶺土成分較高的情況，而原設計中未考慮高嶺土對鋁鹽凈水劑絮凝效果的嚴重影響。

4)加藥系統的加藥量較小，不能滿足正常的加藥量。原加藥系統中設計水質較好時只需投加PAC，在濁度大于500 NTU時加投PAM(聚丙烯酰胺)。然而現在進水濁度偏大和進水水量變大，致使原加藥裝置的加藥能力不足，需要增設新的加藥系統來彌補加藥量。

3 改造的目標

1)通過研究和應用旋流澄清凈水技術，徹底解決目前污水廠存在的出水水質波動大，不能達標的情況;

2)通過應用改變污泥儲存容積，解決污泥系統不能滿足實際運行的要求;

3)通過改變加藥系統，解決水中高嶺土成分高影響水質及加藥系統能力不足等問題;

4)通過在反滲透前端設置超濾系統進行膜系統的預處理，實現延長反滲透裝置的使用壽命，提高整個處理系統的穩定性。

4 工藝流程的確定及工藝特點

4． 1 工藝流程的確定

目前，對于礦井廢水水質及排放特點，處理工藝中往往存在以下問題:

1)調節池的設置。調節池內停留時間和排水時間段及持續時間息息相關，有無調節池會直接影響后續處理工藝系統的穩定性。

2)絮凝沉淀池的池型選擇。絮凝區域的排泥措施一定要考慮周全，否則一旦積泥，清除困難。

3)過濾單元反洗。由于絮凝沉淀的效果沒有得到充分發揮，出水中的SS較高且極不穩定，增加了后續過濾系統的進水負荷，導致反沖洗頻繁，出水效率降低。

很多常規設計中并沒有考慮這些不利因素，總體效果并不理想。為了降低以上不利因素的影響，通過實驗研究以及多年的工程經驗，本項目采用了新型旋流澄清凈水裝置+過濾+超濾等的工藝。

圖1 趙莊煤礦礦井水處理改造工藝流程

具體工藝流程如圖1所示。

4． 2 工藝特點

1)預處理階段的核心處理工藝先進。確定了以旋流澄清工藝為預處理核心工藝，該工藝將絮凝和沉淀有機結合，提高了分離效率，節省了占地和投資成本。

2)深度處理預處理保險性提高。確定了以超濾為深度處理(RO系統)的預處理單元，使得反滲透系統運行更加穩定，產水率大大提高，降低了反滲透膜元件的污染，減少了化學清洗及更換膜元件的頻率，從而大大降低了運營成本。

5 主要構筑物及設備

1)配水箱:1座。結構為鋼結構。

2)旋流斜管澄清池:4座，圓柱形，錐斗底部鋼筋混凝土結構。直徑 6．0 m，HRT 2 h，表面負荷(上升流速)2．2 m3/(m2·h)。

3)罐式混合器:2臺。罐式，直徑1．5 m。

4)加藥間:1 座，20．0 m ×5．5 m ×4．2 m。彩鋼結構。

5)污泥濃縮池:2座。鋼筋混凝土結構。直徑6．0 m。

6)緩沖池:1座。11．0 m×4．5 m ×4．0 m。鋼筋混凝土結構。清液泵:2臺(1用1備)。流量:100 m3/h，揚程:15 m，功率:7．5 kW。

7)超濾系統:2 套，50 m3/h。

8)中間水池:1座，15．0 m ×5．0 m ×4．0 m。鋼筋混凝土結構。

9)超濾間:1座。15．0 m ×6．5 m×4．0 m。彩鋼結構。

6 工程改造后處理效果及運行情況分析

6． 1 工程處理效果

該工程于2008年12月試水調試，2009年1月正式投產至今運行穩定，處理出水水質優于設計要求，處理后的廢水回用于生產及生活補水，該工程調試期間主要處理單元(改造部分)處理效果見表2(主要以SS為例)。

6． 2 運行情況分析

1)加藥量和上升流速的調節是控制旋流澄清凈水系統穩定運行的關鍵因素。由于沒有調節池，要求旋流澄清系統必須具備較強的抗沖擊負荷能力。

表2 調試期間主要處理單元(改造部分)處理效果

2)藥劑的性質也是影響預處理效果的關鍵，通過各種藥劑的加藥絮凝試驗，確定了一種高效的絮凝及助凝劑。藥劑的性質也必須滿足后續深度處理系統的衛生要求和對后續膜處理系統的影響，不能過度投加。

3)旋流澄清池排泥間隔不宜過短。該工藝要求有較穩定的泥渣懸浮層，合適的排泥周期較容易形成該層，其截留污染物的能力較強，但排泥周期太短不易形成該層，會出現礬花上浮的情況。

7 技術經濟分析

本工程在原有處理站圍墻范圍內進行改造，工程總投資358．0萬元，包括土建投資85．53萬元，設計及安裝231．89萬元，其他40．58萬元。投產后，運行成本0．336元/t水(新增部分的運行成本)。其中，藥劑費0．258元/t水，電費 0．028元/t水，人工費0．05元/t水。該工程回收水資源372．3萬t/年，按照2元/t計算，可獲效益744．6萬元/年。

8 結語

旋流澄清凈水技術作為提高礦井廢水處理能力配套技術得以應用，煤礦礦井廢水出水各項指標均達到企業回用的水質要求，SS的去除率不小于99．9%。

該技術與膜處理技術結合并應用于工程后，使得水處理系統操作靈活，運行穩定，運行費用較低，適合于煤礦礦井水處理或懸浮物濃度與其接近的其他廢水處理工程。

［1］ 梁天成．礦井水處理技術及標準規范實用手冊［M］．北京:當代中國音像出版社，2004．

［2］ 何緒文，肖寶清，王 平．廢水處理與礦井水資源化［M］．北京:煤炭工業出版社，2002．

［3］ 劉勝元．煤礦礦井廢水處理工程工藝設計［J］．山西煤炭管理干部學院學報，2006，19(4):45-48．