礦井超磁分離凈化污水處理技術的研究與應用

張 弘

(西山煤電集團新產業有限公司，山西 太原 030053)

礦井水分為兩部分，一是頂板巖隙涌水，此部分水體水質較好；二是設備清洗、巷道除塵等使用后的污水，此部分水體水質較差，含有廢油油脂、土體等其他雜物[1-3]。井下污水排入水倉后，給水倉清挖造成極大困難，同時對水倉的蓄水能力及水倉抽水水泵效率造成極大影響，因此，需要對礦井污水進行凈化處理。

1 井下水處理方案設計

井下清水和污水在井下水溝混合后，不僅清水會被污染，同時使井下污水處理量增加，增大了工作量。因此，井下需要對污水和清水進行分離，將清水抽至地面，為生產生活提供用水，同時，對井下污水作進一步凈化處理[4]。本文提出的礦井水利用方案，如圖1所示。

圖1 礦井水綜合利用方案

2 礦井水分離技術

針對西山煤電屯蘭礦井下水體分析，對清水及污水來源進行分析，并提出分離方案。

2.1 清水來源

井下清水基本上都來自巷道內的鉆孔，對井下鉆孔數量及出水量進行統計，如表1所示。

表1 井下清水來源

以上共有9個出水鉆孔，總出水量約為273 m3/h，平均水壓約為1.9 MPa。

2.2 污水來源

井下污水來源主要有兩處，分別為：

1) 一采區的污水經排水管路由南回進入到大巷的水溝。

2) 采區的污水經軌道巷和疏水巷進入到大巷的水溝內。

上述兩處污水共約580 m3/h。

2.3 清、污水分離方案

通過對井下清、污水來源及排水途徑進行分析，提出井下清、污水分離方案：

1) 從輔一大巷三聯巷的鉆孔出水點開始，由大巷→輔一、二的三聯巷→輔二巷→輔一大巷外段的水溝管路將9個出水點的清水進行集中，之后，通過輔一巷道內的四聯巷水溝進行排放，在2號水層處用水泥垛子堵住。這樣將清水全部匯集至2號水倉。

2) 在輔一巷道內三聯巷北約10 m處，用水泥垛子堵住，確保輔一大巷的污水經三聯巷全部進入至輔二大巷的水溝，與原輔二大巷水溝內的污水全部進入凈化水硐室，經沉淀處理后進入至井下的1號水倉。

3 超磁凈水技術

井下水處理站主要是減少水中的懸浮物，提高井下排水泵的排水能力，減小設備磨損等，傳統的沉淀處理會占用井下本就狹窄的空間，且處理效率低。通過大量研究，選用超磁凈化水處理設備對井下污水進行處理，具有設備所占空間小、操作簡單、處理效果較好等優點[5-6]。

3.1 超磁凈化污水工藝流程

本文研究設計的超磁凈化污水工藝流程為：

1) 污水初步處理

井下匯集的污水在排水溝內經人工格柵，對污水中的大顆粒進行過濾，經初步過濾后的水經自流再進入沉淀池。沉淀池經一段時間運營后由于泥沙較多，定期采用排砂泵進行排砂。

2) 投加特選的磁種

經沉淀過濾后的水自流進入超磁分析系統，之后，向混凝反應器中加入特選磁種，進行混合反應。

3) 微磁絮凝

將含有磁性物質的處理水體，在助凝劑與混凝劑的混合作用下，使非磁性物與磁種進行結合，變成微磁絮團，此過程需要3 min左右。

4) 快速分離

混凝反應后的水體，進入到超磁分離設備；之后，在高磁場的作用下，微磁絮團轉動浮至水面，此時對其進行打撈，進一步凈化水體。此過程后的水體進入至1號水倉。

5) 磁種回收

用磁盤將微磁絮團中的非磁性污泥與磁種進行分離，實現磁種回收。污泥最終進入污泥池，污泥池中的污泥經過壓濾機的脫水處理后，再排至前述沉淀池進行處理。

6) 回收磁種計量投加

前述步驟中回收的磁種經加入一定量的清水，均勻攪拌后再次投加至混凝器中，循環使用，降低生產成本。

7) 污泥壓濾系統

此系統主要為一臺板框式壓濾機，使用污泥泵將污泥池及沉淀池中的污泥經壓濾機壓縮處理，將壓出的水經接水槽及管路排走，壓縮而成泥餅，落在壓縮機下方的皮帶機上，經皮帶輸送至地面。

4 地面水處理技術

井下處理后的水及井下清水到地面后，為使其能達到生產及生活用水標準，進一步采用澄清、過濾及消毒等綜合措施進行進一步處理。其處理技術流程為：

井下水進入地面后，首先，將其排入地面預沉調節池，使部分煤泥等得以沉淀，初步處理后的水排入高效澄清池，并在泵前、泵后分別加入混凝劑和絮凝劑，經反應沉淀并澄清后，將水排入多介質過濾池，并在池中加入濾料進一步去除水中雜質，使水體達到各種排放標準。調節池中的煤泥水提升至煤泥水池。煤泥水經過電動排泥閥通過重力排泥，將煤泥渣漿運送至選煤廠進一步統一處理。

通過上述各種技術措施，西山煤電屯蘭礦對井下污水進行處理，降低了水倉的積淤程度，增強了水倉的蓄水能力，礦井的排水水泵效率明顯提高，故障率降低，同時，井下工人的作業環境得到改善，保障了生產生活及生態環境的安全。

5 結語

通過對西山煤電屯蘭礦的井下水進行分析，研究提出了相應的清水、污水分離工藝。井下污水處理站實驗采用超磁分離凈化技術，大大提高了井下污水的處理能力及效率，減小了水倉的積淤程度，提高了水倉的蓄水能力，保障了礦井安全，實現了礦井水的綜合利用。