露天煤礦電氣化高效節能治水工藝

陳 華

(神華北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026015)

露天煤礦作為煤炭開采的一種重要形式，因其開采規模大、產量高，一直在煤炭行業及國民經濟建設中發揮著舉足輕重的作用。在露天礦區的規劃建設中受到諸多因素的制約，其中水資源成為制約礦區建設和可持續發展的重要因素，充分利用水資源對露天礦區的建設和發展具有十分重要的意義。污水資源化是實現露天礦區最大限度使用和利用水資源最有效的途徑，而污水處理技術是實現資源化的保證。針對這種狀況，結合礦井水和采坑條件及露天采坑的特點，對礦井水進行露天采坑積水凈化技術，使高效、低成本的礦井水復用成為礦井生產和建設荒漠區生態型礦區的主要水源之一。

1 污水凈化處理流程

現運行污水凈化處理流程如圖1所示。

露天礦采場內，將各處自流出水通過水渠匯聚到提前挖設好的水倉內(水倉長40 m、寬30 m、深4.5 m)，在水倉內進行一級沉淀。

在水倉進水的對面，距水倉底部約1 m距離的位置布設潛水泵。通過潛水泵，配水管路疏排積水，將積水提升到二級沉淀池(在地面上)。

疏干水處理廠內，污水進一步疏排到三級沉淀池。一級、二級、三級沉淀池是物理沉淀。

污水提升到反應沉淀池進行四級沉淀，四級沉淀利用凈水斜板進行一級凈化。一級凈化處理后，水位在自流管上部的凈水自流到中間水池，疏排到無閥過濾器，過濾后自流到5 000 m3凈水池，后續綠化利用。一級凈化產生的污水通過排污閥進入污泥濃縮池，污泥螺桿泵通過變頻調速將污水輸送到壓泥機，過濾出污泥、污水循環輸送到三級沉淀池，重新進入反應沉淀池。

2 凈水斜板清洗工藝優化

為了更好地凈化露天礦采場疏排的積水，以往采用人工定期用凈水車間消防水沖洗凈化處理池內凈水斜板的工藝，該工藝持續了5年多。這種人工定期沖洗工藝的弊端是局部水壓大，斜板材質為PVC原料易碎，人工沖洗時水壓大則導致斜板破裂，水壓小則導致清洗不干凈斜板，很難控制到理想的水壓。每次人工沖洗處理完成，后續需要清理凈水斜板碎片，凈水斜板碎片可達10余斤，均是被水沖擊破碎。這樣不但人工勞動強度大而且大大縮短了凈水斜板的使用壽命，更換一個水池凈水斜板的費用約100萬，4個水池約400萬元，是一筆不小的開支。筆者對人工定期沖洗工藝進行改進，安裝恒壓噴灑水管，利用變頻器控制噴灑水壓，對凈水斜板進行沖洗。現已經投入生產使用，達到了預期的清洗效果。

利用這套清洗工藝，可有效清洗凈水斜板，凈水斜板損毀幾乎為零，有效增加了凈水斜板的使用壽命，節省費用開支，節約勞動力，提高工作效率，為節能降耗再立新功。

3 優化壓泥工藝措施

污水進行壓濾處理以便將污水中的污泥排出，目前大都采用由多塊濾板、濾布和濾框組合成彼此相連的多只壓濾單元形成壓濾室的污泥壓濾機進行壓濾。

3.1 變頻調速壓泥工藝改造

污泥濃度不同，要求的上泥速率不同，對應絮凝劑供應濃度隨之變化。濃度大供污水速率小，供應絮凝劑濃度大。濃度小供污水速率可適當增大，供應絮凝劑濃度可適當減小，互相是雙變量關系。污泥螺桿泵的上泥速率可手動調節，上泥速率調節后待壓濾機出泥看效果，需3 min～5 min方可確認上泥速率是否理想，如若不理想，根據情況再行調節，如此反復，只有長時間調節污泥螺桿泵、絮凝劑供應濃度才可達到最佳出泥狀態。

以往手動調節污泥螺桿泵頻率，控制壓泥機的上泥速率，實現理想的壓泥效果。由于手動調節污泥螺桿泵頻率無法直接顯示頻率，壓泥作業只有一人，總是觀察不到位，頻率小污水不成泥,頻率大容易造成壓濾機濾布堵塞或出泥達不到脫水率，導致濾網堵塞，被迫停止壓泥系統，人工清洗濾網，造成不必要的工時、人力損耗。

經改造，將手動調頻閥改為數字液晶電子顯示調頻盤，可以根據濃縮池污水含污量的大小，直接通過數字液晶電子顯示調頻盤設定頻率，對常用狀態頻率進行統計分析，使污泥泵供給壓濾機的泥漿量適中，與絮凝劑供應濃度相匹配，快速達到最佳出泥狀態。

原3臺手動調節污泥螺桿泵現已故障停運，修復成本高，無修復價值，造價63 000元，現更換為3臺變頻調節污泥螺桿泵，造價48 000元，該項目費用節約生產成本15 000元，且有效提高工作效率。

3.2 壓泥機滾筒加裝沖洗裝置

滾筒是壓泥機一級過濾站，是污泥螺桿泵供壓泥機污水的第一站。以往壓泥機滾筒由于自清洗功能低，經常因污水含泥量大，無法徹底清淤，而造成滾筒堵塞，無法壓泥設備停運。需人工清洗數小時，費時費力、壓泥效率低。

經改造，壓泥機滾筒內在原有沖洗裝置上加設自來水(污水凈化水)沖洗噴頭，清洗滾筒濾網。利用滾筒內加設的自來水沖洗噴頭，設備啟動時，同時開啟自來水，增大滾筒自清洗能力，更好實現一級泥水分離效果，使淤泥、污水分道通暢行駛。有效避免淤泥囤積造成滾筒阻塞，提高工作效率，同時也延長滾筒使用年限，節約生產成本。

3.3 壓泥機濾布電氣化清洗工藝

濾布為壓泥機二級過濾站，由于濾布密度大，運行過程中易堵塞，導致濾布濾水效果不佳，壓泥時必須人工配合清洗，才能運行，工作效率低，勞動強度大，這是導致壓泥機運行效率低的直接原因。

壓泥機濾布容易堵塞，工作效率低，對污水含污量要求嚴格，含污量偏高極易發生堵塞，清洗濾布費時費力，降低工作效率。為了提高壓泥機工作效率，疏干隊自行改造壓泥機，通過技術人員共同研究，查找設備故障根源，反復推敲試驗，加裝一套電氣供水清洗裝置和濾布刮泥板，降低壓泥機濾布堵塞頻次，有效提高壓泥機運行效率。

如圖3所示，壓泥機濾布上方和下方各安裝一套恒壓沖洗水管，隨著濾布旋轉，濾布刮泥板將大部分污泥刮下輸送至傳輸帶，上下沖洗水管進一步持續噴水清洗，有效清洗濾布污泥，避免濾布堵塞，從而更好地實現濾布濾水功能。

4 加設蓄水沉淀池

增加二級蓄水沉淀池，將以往的二級蓄水沉淀池變更為三級沉淀池，多增加一道沉淀工藝。

沉淀工藝是水處理中去除固體懸浮物和雜質的重要環節，沉淀過程好壞直接決定整個水處理效果的優劣，后續工藝運行負荷和經濟成本的高低。

結合露天礦疏干隊水處理廠現在水處理極限能力在10 000 mg/L以內，雨季或春融期，濁度儀顯示水質懸浮物在3萬mg/L～6萬mg/L或濁度儀無顯示(懸浮物高于6萬mg/L濁度儀無數據)，超出水處理系統處理水能力，水處理廠凈化水設備無法運行，所以露天礦采場積水只能在采場儲存，禁止外排。采場無足夠大的空間存儲該期間的出水，或者說，存儲過多積水影響采剝工藝的推進。

針對以上矛盾，增設地面二級蓄水沉淀池勢在必行。根據采場的出水量，每天出水1 500m3，增設兩個3 000m3蓄水沉淀池，單個可以儲存采場排水兩天，給另一個蓄水池爭取到2天的沉淀時間，根據對采場“死水”的觀察，有2天的沉淀時間，水質明顯改善。根據處理水成本核算，濁度為400 mg/L～500 mg/L的水，處理費用為0.8元/m3～0.9元/m3，濁度為6 000 mg/L～8 000 mg/L的水處理費用為3元/m3，以上費用指處理水藥劑費用。處理水費用計算：

0.9 元/m3×1 500 m3/天=1 350 元/天

3元/m3×1 500 m3/天=45 00 元/天

1個月費用差別135 000-40 500=94 500元

以上計算為水質在8 000 mg/L以內的處理水費用。按照一年中3個月懸浮物高計算，3月春融、7月、8月雨季，個別時間段(連續降雨或春融速度快)濁度在8 000mg/L以上，水處理系統無法良好處理水。

設置蓄水沉淀池費用：2個3 000m3蓄水池費用約50萬元，處理水藥劑費用約5個月即可節約出。以上計算還未包含個別時間段濁度在8 000 mg/L以上的處理費用。 經以上費用計算，設置蓄水沉淀池方案可行，既減輕凈水設備運行負荷，又節約了處理水藥劑費用。

5 結束語

筆者介紹電氣化高效綠色處理露天礦采場積水的工藝流程，包括1種凈水斜板清洗工藝改造，3種優化壓泥工藝措施，1種從根本上改善污水源的措施和意義，以及成本列支計算。實踐證明，優化處理水工藝流程有效提高處理水效率和質量，大幅降低處理水費用成本。