高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理

高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理郭丽英广州市环境保护工程设计院有限公司摘要：本文详细论述了煤矿矿井废水污染因子和高密度沉淀池工艺的特点，分析了用高密度沉淀池工艺处理煤矿矿井废水的优点。采用高密度沉淀池工艺处理E矿区矿井废水工程实践表明，在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1mg/l条件下，处理后废水稳定达到悬浮物（SS）10mg/l，CODCr30mg/l。关键词：煤矿矿井废水，高密度沉淀池1111煤矿矿井废水特点煤矿矿井废水包括煤炭开采过程中地下地质性涌渗水、巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水等。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。[1][2][3][4]煤矿矿井水主要有以下特点：（1）悬浮物浓度高：通常高达200mg/l以上，若井底预沉降处理不好，可高达1000mg/l以上；（2）矿化度高：一般在1000mg/l以上，含有硫酸盐、重碳酸盐等；（3）硬度大：一般在25德国度以上，总硬度中永久硬度大于暂时硬度；（4）含有一定量COD。几个典型矿井废水特性如表1：表1煤矿矿井水水质特性表矿区pH值矿化度(mg/l)悬浮物(mg/l)CODCr(mg/l)总硬度德国度Fe(mg/l)Ca2+(mg/l)SO42-(mg/l)CO32-(mg/l)A矿区8.4156334846.5501.22157568B矿区8.0185546893.0212.812371691C矿区5.4-6.9167423946.3498.3262124838D矿区3.6-7.9176586586.3643.9443895114E矿区8.415831318131.050.21711119从表1可知，煤矿矿井水主要特征污染物为悬浮物、COD和pH值。2222煤矿矿井废水处理工艺因煤矿矿井废水主要特征污染物为悬浮物、COD和pH值，对煤矿矿井水的处理为对上述特征污染物的处理。煤矿矿井废水中的COD主要由其悬浮物中的煤屑中碳分子的有机还原性所致，可以随悬浮物一起去除，不需要进行生化处理。构成矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘，其特点是：含量不稳定，波动大，且悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢，矾花形成困难，混凝沉降效果差，难以靠自然沉淀去除。煤矿矿井废水处理目前主要采用沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀+过滤和微絮凝过滤等工艺。一般处理后达标排排放时，采用沉淀或混凝沉淀工艺；处理后回用作生产用水或景观水时，多采用混凝、沉淀、过滤或微絮凝过滤工艺。微絮凝只适用于悬浮物小于50mg/L的极少数矿井废水处理，当悬浮物含量大于50mg/L时，即会产生处理效率下降和出水不达标的情况。采用混凝、沉淀、过滤工艺处理矿井水时，混凝反应设施有涡流反应池、穿孔旋流反应池、机械搅拌反应池等；沉淀设施常用的有平流式沉淀池、斜管沉淀池以及将混凝反应与沉淀结合在一起的机械加速澄清池、高效澄清池、一体化净水器等。各种处理工艺均有其优缺点。“反应池+沉淀池”具有运行能耗低，设计灵活，操作管理简单等优点，但占地面积大，沉淀污泥易堵塞、耐冲击负荷小。机械加速澄清池出水水质较稳定、占地面积小、并能自动定时排泥的优点，但运行能耗高、机械设施多、设备维护量大。一体化净水器集沉淀和过滤为一体，具有设备体积小，安装方便等优点，但设备沉淀区容积小，单体处理量小，日常维护量大，设备寿命短，耐冲击负荷小，难以满足大水量矿井废水处理要求。3333高密度沉淀池废水处理工艺高密度沉淀工艺是在传统的平流沉淀池的基础上，充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化，从而达到常规混凝沉淀技术无法比拟的性能。加速絮凝技术是高密度沉淀池核心技术，其原理是在混凝阶段投加高密度的不溶介质颗粒(如细砂)，利用介质的重力沉降及载体的吸附作用加快絮体的“生长”及沉淀，故又叫该技术为载体絮凝技术。加速絮凝技术通过向水中投加混凝剂(如PAC)，使水中的悬浮物及胶体颗粒脱稳，然后投加高分子助凝剂和密度较大的载体颗粒，使脱稳后的杂质颗粒以载体为絮核，通过高分子链的架桥吸附作用以及微砂颗粒的沉积网捕作用，快速生成密度较大的矾花，从而大大缩短沉降时间，提高澄清池的处理能力，并有效应对高冲击负荷。典型的高密度沉淀工艺有OTV—Kruger公司(威立雅水务集团的工程子公司)开发的Actiflo®高密度沉淀池和法国Degremont（得利满）公司开发的DensaDeg®高密度沉淀池。Actiflo®高密度沉淀池工艺原理见图1。图1Actiflo®高密度沉淀池工艺原理图DensaDeg®高密度沉淀池工艺原理见图2。图2DensaDeg®高密度沉淀池工艺原理图4444用高密度沉淀池处理煤矿矿井废水煤矿矿井废水的特性决定了其处理关键为混凝沉淀工艺的选择。各种沉淀工艺用于煤矿矿井废水处理的优缺点对比见表2。表2煤矿矿井废水处理各种沉淀工艺对比表项目种类处理效率及造价运行、维护占地平流沉淀池处理效率一般，效果稳定，总投资造价高机械排泥；排泥设备复杂，对施工质量要求高占地面积大辐流沉淀池处理效率高，效果好，总投资造价高施工要求高，土建投资大，机械排泥，泥斗大，排泥不畅风险大占地面积大斜管沉淀池处理效率高，效果稳定，土建较小，总投资造价一般采用重力排泥，易堵，维护量大占地面积较小高密度沉淀池处理效率最高，效果较好，土建最小，总投资最低采用机械排泥，泥斗小，排泥效果好，维护量最小占地面积小从表2比较中可见，从处理效率、造价、占地等方面综合比较，高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理有着最大优势。因煤矿矿井废水中含有高密度煤粒，高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理无需额外投加高密度的不溶介质颗粒，因此高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理比用于其它废水处理流程更简单、运行和维护成本更低。5555高密度沉淀池处理煤矿矿井废水实例用高密度沉淀池处理表1中E矿区废水，处理前后各项指标对照见表3。表3E矿区废水处理前后指标对照表项目pH值悬浮物(mg/l)CODCr(mg/l)处理前8.41318131处理后7825用高密度沉淀池处理E矿区废水主要技术经济指标：（1）处理水量300m3/h，采用2座钢制DensaDeg®高密度沉淀池；（2）反应区容积40m3，停留时间15min；（3）沉淀分离区设备尺寸ø5100×5000，沉淀分离区水力表面负荷7.5m3/m2.h；（4）PAC投加量20mg/l，PAM投加量1mg/l；（5）吨水处理成本0.28元。调试运行过程存在主要问题及解决方案：①矿井废水进水悬浮物浓度对处理效果影响大，进水悬浮物浓度小于100mg/l和大于1800mg/l时，出水悬浮物浓度均变大，主要原因是进水悬浮物浓度影响废水处理过程絮体的形成与沉淀，进水悬浮物浓度过高时可通过增设初沉来解决，过低时可通过回流部分污泥来解决；②应根据废水进水悬浮物浓度调节PAC和PAM的加药量，尽可能地降低药耗，获得较好的沉降絮体；③反应区的搅拌效果对出水水质影响大[5]，吨水搅拌功率小于2KW时处理效果无法保证。④流量突变对出水悬浮物浓度影响较大，应尽量在合适的水流量下工作。应缓慢调整流量，以防止流量突变可能造成的污泥上浮。6666结论煤矿矿井废水的特征污染因子为悬浮物、COD和pH值。悬浮物浓度高及部分悬浮物密度大的特点决定了高密度沉淀池特别适用于处理煤矿矿井废水。工程实践表明，采用该工艺处理E矿区矿井废水，在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1mg/l条件下，处理后废水稳定达到悬浮物（SS）10mg/l，CODCr30mg/l。7777参考文献[1]崔玉川等．煤炭矿井水处理回用工艺技术[Ｊ]．太原工业大学学报，1992.3．[2]B·A·高尔什可夫[苏]著，胡益之等译．煤炭工业企业废水的净化及利用[M]．太原：山西科学教育出版社，1987.3．[3]胡主容．煤矿矿井水处理技术[M]．上海同济大学出版社，1996.9．[4]白添中．煤炭加工的污染与防治[M]．太原：山西科学教育出版社，1989.3．[5]崔俊华，李福勤，华玉芝.常规矿井水混凝最优GT值研究[J].煤矿环境保护，2000，14(3)：33-34.