布爾臺煤礦礦井井下礦井水處理站初步設計方案

吳東曉++李正東

摘 要：隨著我國社會經濟的快速發展，我國的煤炭資源也出現了緊缺的現象。導致當前煤炭的開采過程也更為復雜，并有大量底下水的滲出，其開采作業也產生了較大阻礙。因此，想要保證煤礦生產的效率及質量，則需要通過對其礦井井下建立礦井水水處理站的方案。本文則將布爾臺煤礦礦井為例，分析其初步的設計方案。

關鍵詞：布臺爾煤礦；井下礦井水處理站；設計方案

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0118-02

我國的煤炭資源經過多年的開采，當前正面臨著資源枯竭的問題。隨著煤炭開采難度的不斷增大，對于井下作業也提出了新的要求。通過對煤礦礦井井下礦井水水處理站的有效建設，不僅能夠提升井下作業的工作效率和工作質量，還能夠避免井下安全事件的發生，保護相關工作人員的生命財產安全。因此，對布爾臺煤礦礦井井下礦井水水處理站初步設計方案進行分析具有重要的現實意義。

1 項目工程概況

此項目名稱為布爾臺煤礦礦井井下礦井水處理站。其具體的工程情況為：地面礦井水處理站：承擔布兒臺礦、寸一礦、寸二礦等3個礦的礦井水處理的任務。系統共分3期建設，已建成移交。目前只有1期在運行，設計處理水量為15000m3/D，處理工藝為傳統的“預沉池+斜管沉淀池+無閥濾池”工藝。其中工藝處理過程中產生的煤泥通過煤泥池收集后，靠靜壓重力自流至井下采空區妥善安置。布兒臺礦礦井涌水在12000m3/D左右，全部泵到地面礦井水處理站，利用1期設備進行處理。礦井涌水中4000m3/D為經過采空區過濾后的水，其余8000m3/D為直接礦井涌出水。布兒臺礦的井下復用水量為300m3/h。

礦井當前的水量水質情況根據與礦方交流，礦井水經采空區過濾后由井下排水倉收集，或礦井水直接由井下排水倉收集。再由井下排水倉設置的井下礦用泵打到地面污水處理廠，處理后排放。礦井水直接由井下排水倉收集時，其水質中平均懸浮物SS在500mg/L～1000mg/L之間，而經過采空區過濾的礦井水，其平均懸浮物SS<50mg/L。

2 項目工程方案的設計思路

本工藝方案設計充分考慮了井下巷道特點、水質特點、處理后水質能達到回用標準等因素，建議在井下建設水處理站，水處理站采用我司研發的占地較小、投資較少、流程簡單、處理效果更佳的高效旋流凈化工藝作為核心工藝，不僅減少了項目投資、占地，還縮短了的工藝流程使運營維護更加簡單、運營費用更低。井下建設水處理站，能直接回用，不僅能降低提升至地面水處理站處理后在回用的能耗費用，也提高了地面礦井水處理站的安全運行穩定性。

3 工程設計的具體流程及內容

3.1 水處理工藝的確定

我國礦井水凈化處理技術起始于上世紀70年代末，已有幾十年的歷史。目前，已投入使用的凈化處理技術主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝澄清池等，均采用重力沉降原理對水體的懸浮物進行分離，其主要缺點是占地面積很大，水力停留時間較長，底泥（煤泥）含水率高、體積大，對場地、池容的要求很大。

近年來，隨著水處理技術的不斷進步，出現了高效旋流凈化技術、超磁分離技術等礦井水處理新技術，有效解決了傳統水處理工藝處理效率低、占地大、水力停留時間長、綜合投資大、運行費用高、維護困難等問題。

根據本項目原水及出水水質的要求，本項目去除的重點目標是：水中的懸浮物（SS）、化學需氧量CODcr及乳化油等，同時結合實際情況，本次方案設計高效旋流凈化工藝。

3.2 高效旋流凈化工藝介紹

高效旋流離心凈化工藝是利用旋流閃混、常壓旋流、二級旋流離心分離、紊態造粒污泥層過濾、旋流濃縮的原理，將污水凈化中的混凝反應、離心分離、泥層流態過濾、污泥濃縮等處理技術有機組合集成在一起，在同一罐體內短時間（10-15分鐘）完成污水的多級凈化，出水水質懸浮物小于10mg/l，較大程度優于回用及排放標準。

本設備技術集成、工藝先進，通過高新技術和特殊工藝，將旋流閃混技術、常壓旋流、二級旋流離心分離、紊態造粒污泥層流態過濾原理等過程有機融合為一體，在同一罐體內完成廢水的多級凈化，實現了快速連續高效處理。其基本的技術原理為：

（1）旋流閃混技術。一般的混凝方式分無動力和有動力兩種方式，無動力的如網格折流式、折流板式，有動力的如機械攪拌式。水流的流態形式上下流動，藥劑與污水的混合主要是靠與其它物體碰撞形成局部紊流混合，混合時間長，一般需要5-15分鐘。而旋流閃混技術，利用旋流的軌跡螺旋上升，運動路線長，旋流時紊流強度大，混合效率高，一般只需10-30秒即可實現高效混合，取代了傳統混凝反應池等。（2）常壓節能旋流技術。獨特設計的漸開線或螺旋線導流技術，在管道或進水密閉渠道內形成旋流的慣性，在某一點斷開時，水流能利用余壓靠慣性自然形成旋流，節約了動力能耗。（3）二級旋流離心分離技術。水體在罐體內，設計了先向下旋流然后有導流板導入向上旋流的二級旋流離心分離模式。含懸浮物的廢水在進入罐體內，利用漸開線或螺旋線導流技術，先形成下旋流方向的旋流，在離心力的作用下廢水中形成的懸浮顆粒及礬花被甩向器壁，并隨下旋流及自身重力作用沿罐內壁下滑至錐形污泥濃縮區，從而去除大部分的懸浮物。廢水向下作螺旋運動到一定程度后向中心靠攏，在導流槽的作用下形成向上的旋流，繼續利用旋流產生的離心力，分離剩余的小顆粒等雜物。導流槽、板的設置，使下旋流和上旋流分別再不同區域獨立運行，避免了傳統旋流器產生的短流現象。（4）紊態造粒污泥層過濾。上旋流的同時，水中較輕的顆粒，相互碰撞，在藥劑的作用下相互粘結，形成一定厚度的污泥過濾層，對水質進一步過濾，到達一定厚度后，會脫落沉至泥斗，形成流態過濾。（5）旋流濃縮。整個罐體內的水流為旋轉狀態，泥斗內的污泥隨著水流旋轉，在整體水流壓力的作用下，像擰緊螺絲般實現污泥的濃縮，從而排泥濃度大，排泥量少，后續污泥處理不需要像沉淀池還需建污泥濃縮池。

3.3 高效旋流凈化工藝特點及優勢

（1）處理效率高，占地面積小。廢水凈化時間根據SS濃度不同一般只有10-15分鐘，凈化后水可以做為深度處理水源或直接回用或達標排放，出水懸浮物SS達到10mg/l以下。占地面積只有傳統工藝的1/8-1/4，以日單臺處理5000m3/d的旋流離心凈化器占地約12m2。（2）處理水質范圍寬，耐沖擊，高懸浮物精處理技術水平國際領先。針對污水高懸浮物（30-100000mg/l）水質特點的廢水，由于分離原理為離心力，而不是傳統的重力沉淀分離，只要存在密度差即可。就可以把水中懸浮物分離開來。（3）設備無需維修。設備內無轉動部件，無需維修。（4）動力消耗低，運行費用低。運行中只需一次提升，加藥量約是傳統工藝的1/2-2/3。（5）運營操作簡單，能實現無人值守。設備本體只有進水口、出水口、排泥口、反洗排污口，現場對接管道即可。實現“傻瓜式”無人值守自動操作模式。（6）投資低，施工周期短。與傳統工藝及其它工藝相比，總體投資降低10%-30%。工廠化生產，現場只需做地基，完成后，運至現場吊裝固定即可。大大縮短施工周期。（7）可以吊裝移動及模塊化擴展。隨著生產的進行，水量可能會隨之變大，只需根據預測預留好地基，待水量大時，直接工廠生產完畢，運至現場固定即可投入使用。

4 結語

綜上所述，對于布爾臺煤礦礦井井下礦井水水處理站進行設計，首先就需要對其實際的項目情況進行充分的調查和了解，包括井礦井水量水質現狀以及其回用水的情況。之后，則需要通過對其設計思路的確定，開展相應的方案的設計。通過對其水處理站的有效設計，則能夠在減少生產污染的同時，促進煤炭行業的可持續發展。

參考文獻

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