超磁分離技術(shù)在干河煤礦礦井水處理中的應(yīng)用

燕 婧

（山西霍寶干河煤礦有限公司污水處理站，山西 霍州 031400 ）

1 工程概況

山西霍寶干河煤礦隸屬于山西焦煤集團(tuán)，位于山西省臨汾市洪洞縣趙城鎮(zhèn)，設(shè)計產(chǎn)能180 萬t/a。該煤礦采用立井開拓，井筒數(shù)量3 個，開采水平+80 m，當(dāng)前主要開采1#、2#煤層。開采工藝為綜采，低瓦斯礦井，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，具有自燃傾向性。近年來，該礦井井下涌水量逐年增加，井下涌水與開采過程的生產(chǎn)用水匯集形成礦井水，水質(zhì)較差，必須進(jìn)行處理。

該礦礦井水處理一期工程設(shè)計規(guī)模2000 m3/d，采用預(yù)沉、澄清、過濾、消毒處理工藝，處理后礦井水回用于井下抑塵、消防以及工業(yè)廣場輔助設(shè)施用水等。然而，隨著礦井巷道延伸，井下疏干排水中懸浮物（SS）濃度越來越高。目前，干河煤礦井下排水量約8000 m3/d，SS 濃度400～800 mg/L，最高達(dá)1200 mg/L。由于礦井水處理設(shè)施進(jìn)水SS 濃度大大高于設(shè)計值[1-6]，現(xiàn)有處理能力不能滿足礦井安全生產(chǎn)需要，若保證礦井處理設(shè)施出水水質(zhì)，礦井水處理系統(tǒng)需要升級、擴(kuò)容改造。因此對于干河煤礦礦井水處理二期工程，設(shè)計建設(shè)14 400 m3/d 超磁分離處理設(shè)施及其配套煤泥水壓濾系統(tǒng)，采用超磁分離技術(shù)來對礦井水進(jìn)行凈化處理。

2 超磁分離處理技術(shù)設(shè)計特點(diǎn)

2.1 工作原理

超磁分離處理系統(tǒng)是在原礦井水中投加磁種，使非磁性懸浮物（SS）在混凝劑和助凝劑作用下與磁種結(jié)合。通過分析水質(zhì)情況，調(diào)整投加磁種、混凝劑、助凝劑量參數(shù)，總體來講微磁絮凝時間是普通絮凝時間的1/4～1/3。從絮凝裝置流出并經(jīng)過微磁絮凝的礦井水自流入超磁分離機(jī)，通過聚磁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微磁絮團(tuán)與水快速分離，分離時間小于12 s。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

超磁分離水處理技術(shù)的特點(diǎn)如下：

（1）處理時間短，處理量大。超磁分離水處理技術(shù)工藝礦井水處理效率高、工藝流程短，總處理時間長2～3 min，可滿足大流量煤炭生產(chǎn)礦井疏干排水處理需求。

（2）設(shè)備工作地小，出水穩(wěn)定。超磁分離處理設(shè)備對比之前的處理工藝來講，占地面積為以往的1/8，占地面積小；同時因磁種作為絮體“凝結(jié)核”易脫穩(wěn)，在超強(qiáng)磁場作用下，磁盤可瞬間吸住弱磁性物質(zhì)，絮體熟化以利于后續(xù)沉淀，因而，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

（3）排泥濃度高。磁盤直接強(qiáng)磁吸附污泥，污泥含泥率大于70 000 mg/L，含水率小于93%。

（4）設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低。處理過程采用超磁絮凝技術(shù)，處理過程投加藥量較小，磁種循環(huán)利用率高，設(shè)備整體運(yùn)行費(fèi)用較低。

（5）設(shè)備維護(hù)方便。超磁分離處理設(shè)備工作期間無須反沖洗，實(shí)現(xiàn)全自動化作業(yè)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

3 礦井水處理二期工程設(shè)計

3.1 設(shè)計優(yōu)化分析

干河煤礦礦井水處理二期工程，對礦井水處理設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。項(xiàng)目新建14 400 m3/d 礦井水處理及其配套煤泥水處理系統(tǒng)，在工藝當(dāng)中，將現(xiàn)有調(diào)節(jié)池原水吸水井中水提升至超磁分離系統(tǒng)，泵前后投加混凝劑PAC 與助凝劑PAM，超磁分離系統(tǒng)出水入現(xiàn)有重力無閥過濾池，出水經(jīng)消毒后，自流入清水池回用。

超磁分離系統(tǒng)排泥自流入新增污泥池，再經(jīng)提升新增板框壓濾機(jī)壓濾，壓濾泥餅裝車外運(yùn)。重力無閥過濾池反沖洗排水、板框壓濾機(jī)排水等自流入現(xiàn)有集水池，再返回處理系統(tǒng)處理。干河煤礦礦井水處理工藝優(yōu)化設(shè)計如圖1。

圖1 干河煤礦礦井水處理工藝優(yōu)化設(shè)計圖

3.2 處理工藝分析

礦井水原水在預(yù)沉調(diào)節(jié)池中停留，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，在停留過程中，水中的懸浮物得到初步沉降，煤泥沉于池底。通過池中設(shè)置的行車式刮泥機(jī)將煤泥刮到泥斗中，再通過排泥泵打到污泥池。通過提升泵進(jìn)入到混凝反應(yīng)裝置當(dāng)中，依次通過裝置投加PAC、PAM、磁粉等，從而形成微絮團(tuán)，進(jìn)入超磁分離系統(tǒng)進(jìn)行固液分離。通過超磁分離系統(tǒng)后，“微絮團(tuán)”被快速吸附打撈后進(jìn)行回收利用。超磁分離技術(shù)的處理工藝示意圖如圖2。

圖2 超磁分離技術(shù)的處理工藝示意圖

磁性污泥從超磁分離裝置分離出來后，進(jìn)入到處理系統(tǒng)內(nèi)的磁分離磁鼓機(jī)處，通過磁分離磁鼓機(jī)的高速分散裝置實(shí)現(xiàn)對磁種的回收循環(huán)利用；剩下而排出的非磁性污泥與預(yù)沉調(diào)節(jié)池排入的大顆粒污泥匯入污泥濃縮池，由渣漿泵輸送到污泥壓濾系統(tǒng)進(jìn)行煤泥壓濾，壓濾后的泥餅裝車外運(yùn)。

3.3 出水水質(zhì)

出水水質(zhì)情況：懸浮物（SS）10 mg/L，化學(xué)需氧量（CODCr）50 mg/L，生化需氧量（BOD5）10 mg/L，氨氮5 mg/L。

3.4 運(yùn)行成本

干河煤礦礦井水處理二期工程運(yùn)行成本為電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、修理費(fèi)、折舊費(fèi)等，單位成本0.477 元/m3，運(yùn)行總成本250.7 萬元/a，較傳統(tǒng)絮凝、沉淀污水處理工藝，運(yùn)行成本大為降低（見表1）。

表1 干河煤礦礦井水處理成本分析

3.5 處理效果分析

干河煤礦礦井水處理二期工程的實(shí)施，有效降低了污水當(dāng)中COD、SS、Fe 等含量，礦井水污染物排放量減少了95%，降低了煤炭生產(chǎn)礦井疏干排水的排污費(fèi)，改善了礦區(qū)及其周圍居民生活環(huán)境，同時該礦礦井水成本低至0.680 元/t，有效提高了煤炭生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益，對于促進(jìn)礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展、社會穩(wěn)定起到了積極作用。

4 結(jié)語

當(dāng)前國家和地方各級人民政府深入貫徹落實(shí)“水污染防治行動計劃”，強(qiáng)化水環(huán)境管理，推行“河長制”，持續(xù)加大水污染治理力度，消除城鎮(zhèn)建成區(qū)劣V 類水體，切實(shí)改善河流湖庫水質(zhì)，工業(yè)企業(yè)和城鄉(xiāng)生活污廢水處理設(shè)施亟待升級改造。超磁分離處理作為污水處理中一項(xiàng)新工藝、新技術(shù)，該技術(shù)在干河煤礦礦井水二期處理工程中的成功應(yīng)用為超磁分離處理技術(shù)的推廣應(yīng)用起到了示范效果。