高悬浮物矿井水处理工艺设计

筑龙网高悬浮物矿井水处理工艺设计郭德张秀梅吴大为提要在采煤过程中会涌出一定量的矿井水内含有大量的细煤泥等悬浮物需经处理才能外排或利用∀针对高庄矿矿井水的特性采用了高效浓缩机迷宫式斜板沉淀池和压滤机回收煤泥的矿井水处理方案出水降至以下符合国家一级排放标准∀就此介绍了该处理工艺方案及实践效果并就生活用水资源化方案提出建议∀关键词矿井水煤泥水澄清迷宫斜板沉淀池压滤图高庄矿井煤泥水处理工艺流程矿井水是指在煤炭开采过程中所有渗入井下采掘空间的水∀据不完全统计平均吨煤涌水量为∀但不同地区差异较大我国东北地区一般矿井吨煤涌水量在∗华北华东及河南等大部分矿区一般为∗其中峰峰淄博邯郸开滦等矿区在左右南方矿区平均吨煤涌水量也在以上西部矿区吨煤涌水量在以下∀在煤炭开采过程中为了保证矿井安全必须将涌出水排出矿井∀这部分水中含大量悬浮物需要进一步处理以净化矿井水和回收煤泥减少环境污染∀枣庄矿业集团高庄矿井为生产能力的水力采煤矿井该矿矿井水的涌出量约∀煤水混合物由井下输送至地面脱水系统实现煤水初步分离原煤入选煤厂洗选分离出的矿井水中含有大量的细粒煤泥形成矿井煤泥水∀煤泥水入普通浓缩机浓缩处理溢流水一部分循环用于井下生产多余部分外排∀外排煤泥水约固体浓度为左右∀这部分矿井煤泥水的主要特征是浓度高所含固体颗粒细灰分高颗粒表面多带负电荷∀由于颗粒带同号电荷阻止颗粒间彼此接近聚合成大颗粒下沉∀同时颗粒同周围水分子发生水化作用形成水化膜也阻止颗粒聚合使颗粒在水中保持分散状态∀此外煤泥颗粒在水中还受布朗运动的影响颗粒界面间的相互作用使得煤泥水性质复杂化不但有悬浮液的特性还有胶体的某些性质∀它集中了最细最难处理的微细粒级颗粒很难用常规的沉淀回收和脱水设备处理∀由于矿井煤泥水以上的性质使得其处理工艺设备和管理具有一定的复杂性且处理系统各作业间相互影响和相互制约某个环节解决不好就会影响整个系统∀高庄矿井位于微山湖畔系国家重点水资源保护区排放污水要达到国家一级标准即悬浮物含量要小于因此高庄矿井外排水必须经过处理∀矿井煤泥水处理工艺设计不同的矿井煤泥水及其最终用途决定了采用不同的处理工艺方案∀因高庄矿只要求将外排水的降至以下达到国家一级排放标准即可据此要求制定如下工艺流程并就各环节设计指标进行了计算见图∀经分析矿井煤泥水中的悬浮物主要是细泥颗粒为左右∀要使水处理站出水达标使用一次沉淀难以实现必须采用二段处理∀设计思路为首先选用高效浓缩机加混凝剂处理处理后浓度降至底流煤泥进入压滤车间回收煤泥∀经一次处理后的水由泵打入到迷宫式斜板沉淀池内二次加混凝剂处理降至以下以符合国家一级排放标准∀主要构筑物有浓缩池溢流水池及泵房反应池斜板沉淀池污泥池及泵房压滤车间主要设备有高效浓缩机浓缩机底流泵溢流泵迷宫式玻璃给水排水ςολΝο筑龙网钢斜板压滤机等∀采用高效浓缩机一次处理高效浓缩机结构示意见图其工作原理为煤泥水与混凝剂充分混合形成絮凝状态由中心给料筒减速给入浓缩池的下部经折射板沿水平流缓缓向四周扩散∀絮凝后的煤泥水中形成大而密实的絮团快速短距离沉降并形成连续而稳定致密的絮团过滤层∀未絮凝的颗粒在随水流上升过程中受到絮团过滤层的阻滞作用最终随絮团层而沉降进入浓缩机下部的压缩区∀澄清水通过絮团层从上部溢流堰排出∀该浓缩机只有澄清区和浓缩区而无沉降区澄清效果好单位处理量大分离迅速单位面积处理能力是普通浓缩机的∗倍∀该浓缩机的主要特点为采用静态混合器及多点加药采用下部深层入料并沿水平方向辐射扩散的入料方式采用较高的耙速及池深∀图高效浓缩机结构示意浓缩机的选型是根据量筒试验结果采用和法在已知入料量固体悬浮物含量要求的澄清水中悬浮物含量等指标情况下进行的∀通过计算最终确定的浓缩机型号为∀该机浓缩池直径沉淀面积耙子转速处理能力∗∀采用迷宫式斜板沉淀池二段处理迷宫式斜板沉淀池工作原理见图其工作原理为当水进入翼片斜板沉淀装置时形成三个区域主流区涡流区和环流区∀在主流区运动的絮凝体一边前进一边沉淀在涡流区运动的絮凝体随涡流被输送到下游翼片附近当涡流与该翼片顶部和上部发生碰撞时一部分进入迷宫内一部分被输送到下一迷宫同时涡流区的絮凝体也发生沉淀迷宫内的环流流速约为主流区流速的∗流态接近层流有利于絮凝体沉降而且在环流离心力的作图迷宫式斜板沉淀池工作原理示意用下絮凝体一边沉淀一边被甩向翼片与槽底进而滑到排泥斗所以即使较为细小的絮凝体只要进入迷宫内也能沉淀下来可以去除颗粒很小的絮凝体∀总之该设施具有相当高的沉淀效率是平流式沉淀池的∗倍是普通斜板沉淀池的倍是斜管沉淀池的∗倍∀迷宫式斜板沉淀池的设计选型依据下式κΗεκΛκΗεκΛ式中出水固体悬浮物含量入水固体悬浮物含量Η斜板区的深度Λ斜板区长度κκ系数分别由出水的与ΛΗ的试验关系确定∀在已知要求的和选定的Η情况下通过计算并考虑到污排泥斗的高度最终确定迷宫式斜板沉淀池的规格为≅≅玻璃钢斜板块∀此段混凝剂浓度与一段相同处理结果可保证出水降至∀采用压滤机回收煤泥矿井水经过浓缩处理后浓水含粘土类物质多粒度细粘度大难以用常规方法脱水回收因而选用了目前最有效的方法即采用压滤机处理∀经压滤机处理后的滤饼水分为滤液中仅为∗可直接外排若考虑到压滤机有时出故障可靠的措施是将滤液打入迷宫式斜板沉淀池∀我们选用的是箱式压滤机其工作原理是将沉淀后的煤泥用泵压入由相邻两块滤板组成的密闭滤室中使滤布两边形成压力差而实现固液分离∀滤液透过滤布排出滤室滤饼则积留在滤布上∀待滤饼完全充满滤室后拉开相邻的滤板使滤饼从滤布给水排水ςολΝο筑龙网上卸落∀通过计算选用的压滤机型号为其实际处理能力为∗压滤机每小时处理能力的计算公式为Θς∆Μτ式中ς压滤机滤室总容积∆湿滤饼容积密度Μ滤饼水分τ每个工作循环所需时间∀药剂经大量试验混凝剂采用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝配合使用∀单纯使用一种药剂达不到理想的效果一段加混凝剂使煤泥水得到澄清迷宫沉淀池中二段加混凝剂进一步强化了煤泥水的二次澄清∀工艺方案的实践效果实践表明采用二段浓缩澄清压滤回收的工艺比较符合高庄矿实际∀该矿井水处理站的总投资费用为万元∀经三年多的运行效果优良各项运行指标达到了设计要求∀经过水处理后的外排矿井水中悬浮物浓度不超过符合国家一级排放标准∀每年可回收煤泥以元计算可增加收入万元∀若再增加部分投资对水处理站的出水进一步净化处理处理后的水可用作生产生活用水∀门头沟煤矿将矿井水深度处理后用作生产生活用水其水处理成本为元远低于北京市的自来水价格每年仅水费一项就节省余万元三年内收回全部投资不仅解决了职工的用水难问题还消除了对永定河水系的污染获得了较大的收益∀高庄矿井水实验室澄清试验后清水水质报告见表∀从表中不难分析出该矿井水为典型的高悬浮物矿井水矿化度较低为中等硬度水除含有较多的悬浮物外其余理化和毒理指标基本符合生活饮用水标准∀因此经二次深度处理即可达到生活用水标准建议采用图所示处理方案∀结束语高庄矿井的水处理方案比较成功外排水达到要求回收了煤炭资源提高了经济效益实现了可持续发展对其它矿井水处理方案的设计和改造表高庄矿井水澄清水水质分析分析项目分析结果总砷未检出总铅氰化物未检出硫化物未检出氯化物石油类未检出硬度德度图高庄矿井水深度处理建议方案有很好的参考价值∀该矿井水为典型的高悬浮物矿井水经二次深度处理即可达到生活用水标准∀据不完全统计我国每年外排矿井水约亿而我国大部分煤矿位于北方矿区缺水严重∀所以处理利用矿井水实现矿井水资源化具有较大的环境效益社会效益和经济效益∀参考文献胡文容煤矿矿井水处理技术上海同济大学出版社单忠健煤炭洗选环境工程北京煤炭工业出版社给水排水ςολΝο