磁窯溝煤業(yè)礦井污水處理系統(tǒng)改造工藝
1、概況
煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占70%以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成污染，同時造成水資源的浪費，無法實現(xiàn)環(huán)境保護和水資源循環(huán)利用。
山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司位于忻州市河曲縣鹿固鄉(xiāng)，該區(qū)域處于山地區(qū)域，常年干旱少雨，年降水量211.4~714.3mm，年蒸發(fā)量1805.7mm，蒸發(fā)量一般是降水量的4倍，水資源匱乏，且地表水多為間歇性河流，枯洪水季節(jié)流量相當懸殊。因此，在礦井生產(chǎn)過程中處置和利用好煤礦污水資源，對磁窯溝煤業(yè)生態(tài)環(huán)境保護、水資源保護及綜合利用，降低成本以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
磁窯溝煤業(yè)原礦井污水處理站處理能力為100m3/h，采用“預沉調(diào)節(jié)+多介質(zhì)過濾+陶瓷膜過濾”工藝，執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)。根據(jù)山西省人民政府辦公廳《關于印發(fā)山西省水污染防治2018年行動計劃的通知》(晉政辦發(fā)[2018]55號)及《忻州市人民政府辦公廳關于印發(fā)忻州市水污染防治2018年行動計劃的通知》(忻政辦發(fā)[2018]103號)要求，煤礦外排礦井水2018年12月31日前執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準，磁窯溝煤業(yè)井下污水處理站現(xiàn)有工藝不能滿足新標準要求，需進行提標改造。因此，結(jié)合原礦井污水處理站存在的問題等實際因素，對污水處理站重新進行規(guī)劃設計并進行改造。
2、礦井污水處理站
磁窯溝煤業(yè)礦井污水處理站建設于2012年，設計處理能力100m3/h，10月份建成投用，采用“預沉調(diào)節(jié)+多介質(zhì)過濾+陶瓷膜過濾”工藝，執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)，如圖1所示。
改造前井下涌水量約為90m3/h，即2160m3/d，井下采掘過程產(chǎn)生的廢水匯集到中央水倉，中央水泵房設置4臺型號為MD280-43x5排水泵，電機功率250kW，1用2備1檢修，涌水經(jīng)2趟ф219mm水管，排至距地面180m的污水處理站預沉調(diào)節(jié)池內(nèi)，相當于200~220m3/h的水量連續(xù)運行10~12h，排水量和時間相對集中。
3、原礦井污水處理站存在的問題
3.1 預沉調(diào)節(jié)池容量偏小
原礦井污水處理站預沉調(diào)節(jié)池容積為800m3,受水文地質(zhì)條件的影響，目前井下涌水量較原地質(zhì)報告有所增大，按200~220m3/h相對集中水量計算，水流停留時間較短，沉淀預處理效果差。目前預沉調(diào)節(jié)池長深比為25/5.4=4.63，參考平流沉淀池的要求，根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》GB50014規(guī)定，為了控制池內(nèi)的流速與沉降距離，平流沉淀池長度與有效水深之比不宜小于8，否則水流不易均勻平穩(wěn)，影響沉淀效率。煤礦井下涌水懸浮物濃度較大，由于沉淀效果差、排泥困難，導致未經(jīng)有效處置的污水進入多介質(zhì)過濾器和陶瓷膜過濾器，加重了過濾設備的負擔。
3.2 未設置混凝沉淀環(huán)節(jié)
正常情況下進入多介質(zhì)過濾器懸浮物不宜超過30mg/L，根據(jù)實操經(jīng)驗，進入過濾處理單元時，礦井水的濁度要<20NTU，否則會造成過濾器頻繁啟動及反沖洗，嚴重時會造成濾料板結(jié)。原處理系統(tǒng)沒有設置混凝沉淀段，礦井污水中的懸浮物未經(jīng)有效預沉處理直接通過多介質(zhì)過濾器和陶瓷膜過濾器截留，設備負荷嚴重超標，造成過濾器內(nèi)部嚴重板結(jié)、堵塞。
3.3 未設置污泥濃縮裝置
原系統(tǒng)配套有一座污泥濃縮池，泥水分離效果差，未達到進入板壓環(huán)節(jié)要求條件而直接進入板框壓濾機，造成板框壓濾機工作周期增長且壓泥效果不佳。
3.4 加藥裝置不完善
原系統(tǒng)設置有PAC和PAM加藥裝置各1臺，僅有儲藥箱和簡易攪拌裝置，無流量泵，藥劑靠操作人員經(jīng)驗投加，自流進入池體，不能實現(xiàn)藥劑的科學配比和計量功能。
3.5 控制系統(tǒng)不完善
原系統(tǒng)投運前沒有形成完整操控系統(tǒng)，有的閥門為氣動，有的為手動，沒有實現(xiàn)原設計方案既定效果，且部分閥門沒有開關可視功能，閥門的開啟度不能保證；指令不暢、存在誤動作。
3.6 反沖洗系統(tǒng)存在問題
由于過濾器前的預處理效率低，過濾器的反沖洗次數(shù)頻繁，加之反沖洗水泵選型不當，泵的流量、揚程偏小，整個反沖洗系統(tǒng)運行效率低，濾料沖洗不到位，直接影響系統(tǒng)的正常運行，降低了污水處理站的處理效率。
4、提標改造設計方案
4.1 處理站規(guī)模的確定
為確保礦井生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展及正常接序，考慮到后期礦井下水平延深，礦井涌水量增加等因素，提標改造在充分利用現(xiàn)有設施、設備基礎上，處理站規(guī)模按240m3/h考慮，其中一期提標改造規(guī)模維持現(xiàn)有100m3/h，建(構(gòu))筑物按240m3/h設計，預留礦井下水平延深二期工程140m3/h設備位置。提標改造土建考慮了后期水處理站的擴建，在充分利用現(xiàn)有建(構(gòu))筑物的基礎上，既考慮了污水處理站的平面布置，又給后期處理站擴建降低了成本。
4.2 設計進水水質(zhì)
設計進水水質(zhì)見表1。
4.3 提標改造工藝的確定
提標改造后工藝流程如圖2所示。
4.4 主要生產(chǎn)建(構(gòu))筑物改造
4.4.1 擴建預沉調(diào)節(jié)池
在原800m3預沉調(diào)節(jié)池前端新建一座容積約為700m3的預沉調(diào)節(jié)池，新建的調(diào)節(jié)池長深比為8.5，滿足平流沉淀池長深比的要求。改造后預沉調(diào)節(jié)池總?cè)莘e為1500m3，按240m3/h的井下涌水量計算，污水停留時間為6.25h，符合《煤炭工業(yè)給水排水設計規(guī)范》GB50810-2012第3.4.5要求(調(diào)節(jié)池按6~10h的正常涌水量計算)，池底設置程控式刮泥裝置，定量、定期清理污泥。解決了原調(diào)節(jié)池污水停留時間短、預沉效果差，排泥困難等問題。
預沉調(diào)節(jié)池1座，分二格，單格尺寸為28.6mx4.0mx4.0m，沉淀形式采用平流式，進水端設置污泥斗，污泥斗上寬4.0m，下部寬1m，深度2.6m，共2個。污泥斗內(nèi)污泥由污泥泵房的渣漿泵提升至污泥池中，污泥泵房內(nèi)設3臺污泥渣漿泵(2用1備)；集水渠設置潛水提升泵3臺(2用1備)，預沉調(diào)節(jié)池池底部各設1臺液壓往復式刮泥機。
4.4.2 綜合凈化間(預留遠期設備安裝位置)
凈水車間采用局部二層結(jié)構(gòu)，內(nèi)設凈化間、污泥脫水間及加藥間、風機房、配電室及集控室，平面尺寸34.5mx12.0m，輕鋼結(jié)構(gòu)。其中藥劑庫設在原污泥脫水間內(nèi)。
(1)高密度迷宮斜管沉淀池。
根據(jù)磁窯溝煤業(yè)井下污水初始水質(zhì)資料化驗結(jié)果，結(jié)合原系統(tǒng)在實際運行中存在的問題，提標改造在污水進入過濾器前，對污水進行有效的混凝沉淀，在預沉調(diào)節(jié)池后增設三級高密度迷宮斜板凈化裝置。該裝置集反應、絮凝、破乳除油、沉淀、集泥、排泥、排污等系列工藝于一體，是專門針對煤礦礦井污水處理的高效沉淀裝置，單體采用全自動運行，無需人員操作，是實現(xiàn)礦井水凈化再利用和自動化管理的重要凈水單元。
高密度迷宮斜板凈水器1套(預留1套位置)，單臺處理水量Q=120m3/h，混凝反應時間20min，沉淀表面負荷3.2m3/m2?h，全自動+手動排泥。
(2)污泥脫水間。
將原板框壓濾機和污泥螺桿泵重置安裝在綜合凈化間，設2層，壓濾機安裝于2層，1層為運料間。在綜合凈化車間內(nèi)增設污泥濃縮罐1臺，與原污泥濃縮池配套使用。罐體直徑2.5m，高5.0m，濃縮上清液回流至預沉調(diào)節(jié)池內(nèi)，有效解決了泥水分離問題，提高了板框壓濾機的工作效率。
(3)加藥間。
在新建預沉調(diào)節(jié)池、高密度迷宮斜板凈化裝置流程環(huán)節(jié)均設置自動加藥裝置，實現(xiàn)藥劑科學配比和自動計量加藥?？紤]到水質(zhì)可能發(fā)生波動等因素，增設應急加藥系統(tǒng)。主要為高錳酸鉀投加裝置1套，粉末活性炭投加裝置1套，NaClO加藥裝置1套，每套加藥裝置均配套有3m3儲藥罐、SS304不銹攪拌器，加藥計量泵等。
4.4.3 新建中間水池
根據(jù)增設高密度迷宮斜板凈化裝置實際所需，配套增設中間水池一座，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積87.5m。高密度迷宮斜板凈化裝置內(nèi)的出水自流入中間水池，通過提升泵進入多介質(zhì)過濾器、陶瓷膜過濾器，實現(xiàn)了污水系統(tǒng)化、流程化、規(guī)范化達標處理。
4.4.4 原過濾及地下設備間
(1)過濾器濾料的更換及局部改造。
對現(xiàn)有多介質(zhì)過濾器的濾料進行了更換，對過濾器支撐層、濾盤、濾帽及反沖洗頭進行了改造。對現(xiàn)有陶瓷膜過濾器內(nèi)部濾管進行了更換，提高了過濾器的工作效率，優(yōu)化了過濾單元，提高了效率。
(2)反沖洗系統(tǒng)的完善。
原過濾裝置反沖洗水泵流量偏小，濾盤支撐層損壞，濾帽堵塞，反沖洗效率低。提標改造重新更換了反沖洗水泵，將原使用的普通槽鋼托盤支撐架改為雙層焊接高強度工字鋼背靠式，承壓和載重強度提高，延長設備使用壽命；將原厚度為0.8cm的普通鋼制托盤改造為1.2cm厚的錳鋼托盤，強度增加，更加經(jīng)久耐用；將濾盤上的塑料制過濾帽改造為高強度篩式聚氯乙烯塑料過濾墊層；將原4.1m托盤上使用的160個直徑為3cm的塑料制過濾帽改造為使用260個直徑為2cm厚度為0.2cm的高強度篩式聚氯乙烯塑料過濾墊層，不僅增加了水孔的數(shù)量，而且加大了過濾量，提升了反沖洗效率。
4.5 自控系統(tǒng)的改造
對原有氣動門和手動閥門進行了統(tǒng)一更換，常用閥門全部設置為氣動自動閥門，且安裝有開關可視裝置，實現(xiàn)自動化、程序化控制。
4.6 建成后實際運行效果
建成后考察指標均達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準要求，見表2。
5、結(jié)語
通過采用“混凝+沉淀+迷宮斜板沉淀+多介質(zhì)過濾+陶瓷膜過濾”處理工藝，提標改造后的礦井污水處理站出水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準，同時按照環(huán)保要求，建設有巴歇爾槽，排水口處安裝有在線監(jiān)測系統(tǒng)，與忻州市生態(tài)環(huán)境局監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)實時上傳。改造后的系統(tǒng)工藝先進，實用性強，技術可靠，能實現(xiàn)自動化控制和集約化管理，且經(jīng)濟合理、高效節(jié)約，系統(tǒng)實際使用中運行穩(wěn)定，達到了提標改造的預期效果。（來源：山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司）