高效旋流凈化技術在天祝礦水處理中的實踐研究

劉建榮，伊玉祥

（甘肅窯街煤電集團天祝煤業公司，甘肅 天祝 733211）

“在二臺工業場地新建礦井水水處理站，實現礦井水綜合利用，礦井生產廢水不外排”的要求，天祝礦三采區扣除式退出祁連山保護區實驗區。原礦井水處理站位置處于祁連山保護區實驗區，必須進行退出和拆除廠房，且根據環評批復新建礦井水處理站一座，以滿足礦井上下排水、廠區雨污、選礦廠生產廢水循環復用零排放需要[1]。

1 天祝礦井下水的水質特點和出水設計要求

1.1 礦井水的水質特點

礦井水含有懸浮物和少量有機物，固體懸浮物主要為礦物粉塵，水體中少量的有機物主要為廢機油、乳化油、廢坑木腐爛物、井下糞便等。COD、SS、油類等污染物值較高。

1.2 礦井水出水設計要求

礦井水經處理后可作為礦山井下生產用水或生活用水。為貫徹企業綠色發展、循環可持續發展的發展理念。在當前環境保護優先的背景下，天祝礦以擔當社會責任為己任，根據生態環境保護工作要求及工作安排，建設了國內技術先進、工藝成熟、高效、節能的礦井水處理站，實現礦井廢水零排放。該項目的建成將對改善廠區環境，提升企業形象，促進公司綠色發展發揮積極有效的作用。

2 礦井水處理站工藝設計

原有礦井水處理站采用“混凝+沉淀+過濾”處理方式進行處理，系統占地面積大、設備工藝落后，導致處理后的礦井水達不到復用要求，不能被有效復用，水資源浪費嚴重，環保工作壓力巨大。

經過多次調研與分析，本研究中采用“混凝+旋流多級凈化過濾+消毒”工藝，其中旋流多級凈化過濾工藝，集反應、沉淀、過濾為一體，設備化，占地面積小，運行成本低。具體的工藝流程如圖1 所示。

礦山井下排水進入礦井水處理站調節池，通過提升泵提升至高效混凝器，礦井來水與PAC 混合溶液充分混合。在進入高效旋流凈化器之前，來水與PAM 混合溶液充分混合[2]。在高效旋流凈化器中完成污泥層過濾、絮體再造、異型斜板過濾、輕質濾料精密過濾、污泥沉淀等過程。在高效旋流凈化器罐體內完成廢水的多級凈化，處理后的水經過消毒排至清水池再利用，污泥排至選礦廠處理。

3 主要構筑物及系統組成

3.1 調節池

根據礦井水排水量，設計2 座調節池，水力停留時間2h，調節池有效容積300m3，為防止采礦產生的污染物沉降，在池中裝潛水攪拌器。

同時配有可自動傳輸水位信號的超聲波液位計，以便于對調節池進水量的控制。

3.2 事故池

為防止突發情況，設計1 座事故池，水力停留時間沉72h，事故池有效容積4700m3。

3.3 高效旋流凈化器系統

高效旋流凈化器系統包括高效混合罐和高效旋流多級凈化器。

圖1 工藝流程圖

3.3.1 高效混合罐

混凝過程是污水處理中最基本也是極為重要的處理過程，通過向水中投加一些藥劑（通常稱為混凝劑及助凝劑），使水中難以沉淀的顆粒能互相聚合而形成膠體，然后與水體中的雜質結合形成更大的絮凝體。絮凝體具有強大吸附力，不僅能吸附懸浮物，還能吸附部分細菌和溶解性物質。絮凝體通過吸附，體積增大而下沉。

絮凝池種類繁多，有隔板絮凝池、旋流絮凝池、渦流絮凝池、折板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、機械絮凝池等等。目前，以上各種類型的混凝池在礦井水處理中均有應用，但傳統混凝池普遍存在混凝效率低，運行和維護成本高等缺點。

本研究中采用獨特的閃混罐作為絮凝裝置，閃混罐直徑為0.92m，高3.25m，處理量Q=150m3/h。礦井水在提升泵的作用下，首先進入閃混罐。閃混罐中的獨特的旋流結構和迷宮式珊格網設計，通過水力條件的改變，實現了礦井水與混凝藥劑充分混合，使藥劑迅速均勻地擴散于整個水體。

3.3.2 高效旋流多級凈化器

高效旋流多級凈化器利用二級旋流離心分離技術、污泥層絮體過濾技術、絮體縱向再造技術、污泥循環技術、異形斜板過濾技術、輕質濾料過濾技術、旋流濃縮的原理，將多項技術集合于一體，在同一個罐體內短時間完成污水的多級凈化，設計流量150m3/h，直徑為4.0m。另外在出水處設計有在線濁度儀，用于動態監測出水水質變化情況。

3.4 加藥系統

本研究中的加藥裝置由PAC（聚合氯化鋁）加藥裝置和PAM（聚丙乙酰胺）加藥裝置組成。主要由加藥箱、攪拌器、加藥泵、磁翻板液位計、機架及管路等組成。配備流量計，隨時控制加藥量，實現自動加藥。

3.5 消毒系統

礦山井下水處理工程中，常用的消毒方式有紫外消毒、超聲消毒、氯化消毒、臭氧消毒等[3]。其中氯化消毒運行成本低，效果持久，在水處理項目中應用較多。經過多方比較，本研究中采用二氧化氯消毒的方式。二氧化氯發生器，其主要由反應釜、儲藥罐及自動化裝置等組成。消毒系統采用鹽酸與氯酸鈉定量注入到反應釜內，反應釜在加熱的情況下發生化學反應生成二氧化氯與氯氣，再通過水射器吸入投加到消毒水體中。

3.6 自動控制系統

系統由操作員站、工程師站、PLC 控制箱、就地控制箱、傳感器等組成，兩臺計算機達到雙機熱備，可同時承擔操作和維護工作。采用現場就地控制和集中控制兩種控制方式。達到“無人值守、有人巡崗”目的。

①具有設備停機報警功能。②具有集中控制、就地控制、就地檢修控制等多種控制方式。③系統具有設備開停顯示、開停記錄，曲線、柱狀分析圖。

3.7 在線監測系統

安裝液位計、電磁流量計、壓力傳感器、BOD 分析儀、COD 分析儀、在線濁度儀、PH 檢測儀、硬度計、氨氮檢測儀、石油類檢測儀等在線分析儀表，配置工控機1 臺，安裝在線監測系統軟件，具備監測數據、報警數據的查詢、統計、分析功能，可自動生成統計報表和趨勢曲線。

3.8 視頻監控系統

系統建立對于室內、室外等重點要害部位的設備、人員活動情況可以實施24小時360度全面監控。監控系統分為六大部分：前端成像設備、圖像的傳輸設備、終端顯示設備、圖像的控制設備和錄像設備等組成。系統具有監控錄像、中文顯示、視頻丟失報警、布撤防、用戶操作密碼、系統擴展等功能。

4 運行效果分析

運行效果：礦井水處理站自2019 年投入運行以來，設備運行正常。由于礦井水處理系統裝有在線濁度儀，可以實時掌握出水水質情況，但為了驗證在線儀表的準確性，運營人員于2019 年9 月份，每周對進出水SS 和濁度進行人工復驗，并對進出水數據進行比較，驗證高效旋流多級凈化工藝的處理效果。

5 結語

高效旋流凈化處理系統將混凝、沉淀、過濾過程通過特殊工藝結合為一體，具有占地面積小、投資建設周期短、易于操作和管理運行成本低等優點，可實現自動化無人值守，后期可接入礦井自動化控制平臺。經過長期運行驗證，SS去除率高達98.9%，濁度去除率高達99.4%，項目出水水質滿足相關標準和規范，可用于礦山井下消防灑水及生產污水再生利用。礦井水處理車間材料、藥劑、人工、電費等綜合運行費用約為0.77 元/m3，低于常規處理工藝。