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高濁度礦井廢水處理工藝流程

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 1、高濁度礦井廢水來源及特點

  煤礦礦井廢水是一種典型的高濁度礦井廢水,主要來源于煤炭開采過程中地下地質性涌滲水、巷道為安全生產而排出的自然地下水,井下采煤生產過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設備產生的含煤塵廢水等。煤礦礦井廢水的特性取決于成煤的地質環境和煤系低層的礦物化學成分,其中井田水文地質條件及充水因素對于礦井開采過程礦井廢水的水質、水量有決定性的影響。

  煤礦礦井廢水主要有以下特點:

  (1)濁度高,即懸浮物濃度高:通常高達200mg/L以上,若井底預沉降處理不好,可高達1000mg/L以上;

  (2)礦化度高:一般在1000mg/L以上,含有硫酸鹽、重碳酸鹽等;

  (3)硬度大:一般在25德國度以上,總硬度中永久硬度大于暫時硬度;

  (4)含有一定量COD。

  幾個典型礦井廢水特性如表1:

1.jpg

  從表1可知,煤礦礦井水主要特征污染物為懸浮物、COD和pH值。

  2、高濁度礦井廢水處理工藝分析及比選

  因煤礦礦井廢水主要特征污染物為懸浮物、COD和pH值,對煤礦礦井水的處理為對上述特征污染物的處理。

  煤礦礦井廢水中的COD主要由其懸浮物中的煤屑中碳分子的有機還原性所致,可以隨懸浮物一起去除,不需要進行生化處理。構成礦井水懸浮物的主要成份是粒徑極為細小的煤粉和巖塵,其特點是:含量不穩定,波動大,且懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢,礬花形成困難,混凝沉降效果差,難以靠自然沉淀去除。

  煤礦礦井廢水處理目前主要采用沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀+過濾和微絮凝過濾等工藝。一般處理后達標排排放時,采用沉淀或混凝沉淀工藝;處理后回用作生產用水或景觀水時,多采用混凝、沉淀、過濾或微絮凝過濾工藝。

  微絮凝只適用于懸浮物小于50mg/L的極少數礦井廢水處理,當懸浮物含量大于50mg/L時,即會產生處理效率下降和出水不達標的情況。采用混凝、沉淀、過濾工藝處理礦井水時,混凝反應設施有渦流反應池、穿孔旋流反應池、機械攪拌反應池等;沉淀設施常用的有平流式沉淀池、斜管沉淀池以及將混凝反應與沉淀結合在一起的機械加速澄清池、高效澄清池、一體化凈水器等。

  各種處理工藝均有其優缺點。“反應池+沉淀池”具有運行能耗低,設計靈活,操作管理簡單等優點,但占地面積大,沉淀污泥易堵塞、耐沖擊負荷小。機械加速澄清池出水水質較穩定、占地面積小、并能自動定時排泥的優點,但運行能耗高、機械設施多、設備維護量大。一體化凈水器集沉淀和過濾為一體,具有設備體積小,安裝方便等優點,但設備沉淀區容積小,單體處理量小,日常維護量大,設備壽命短,耐沖擊負荷小,難以滿足大水量礦井廢水處理要求。

  煤礦礦井廢水的特性決定了其處理關鍵為混凝沉淀工藝的選擇。各種沉淀工藝用于煤礦礦井廢水處理的優缺點對比見表2。

2.jpg

  從表2比較中可見,從處理效率、造價、占地等方面綜合比較,高密度沉淀池用于煤礦礦井廢水處理有著最大優勢。因煤礦礦井廢水中含有高密度煤粒,高密度沉淀池用于煤礦礦井廢水處理無需額外投加高密度的不溶介質顆粒,因此高密度沉淀池用于煤礦礦井廢水處理比用于其它廢水處理流程更簡單、運行和維護成本更低。

  3、高密度沉淀池廢水處理工藝

  高密度沉淀工藝是在傳統的平流沉淀池的基礎上,充分利用了動態混凝、加速絮凝原理和淺池理論,把混凝、強化絮凝、斜管沉淀三個過程進行優化,從而達到常規混凝沉淀技術無法比擬的性能。

  加速絮凝技術是高密度沉淀池核心技術,其原理是在混凝階段投加高密度的不溶介質顆粒(如細砂),利用介質的重力沉降及載體的吸附作用加快絮體的“生長”及沉淀,故又叫該技術為載體絮凝技術。加速絮凝技術通過向水中投加混凝劑(如PAC),使水中的懸浮物及膠體顆粒脫穩,然后投加高分子助凝劑和密度較大的載體顆粒,使脫穩后的雜質顆粒以載體為絮核,通過高分子鏈的架橋吸附作用以及微砂顆粒的沉積網捕作用,快速生成密度較大的礬花,從而大大縮短沉降時間,提高澄清池的處理能力,并有效應對高沖擊負荷。

  4、高密度沉淀池處理高濁度礦井廢水工程實例

  用高密度沉淀池處理表1中E礦區廢水,處理前后各項指標對照見表3。

4.jpg

  用高密度沉淀池處理E礦區廢水主要技術經濟指標:

  (1)處理水量300m3/h,采用2座鋼制DensaDeg(R)高密度沉淀池;

  (2)反應區容積40m3,停留時間15min;

  (3)沉淀分離區設備尺寸o5100×5000,沉淀分離區水力表面負荷7.5m3/m2·h;

  (4)PAC投加量20mg/L,PAM投加量1mg/L;

  (5)噸水處理成本0.28元。

  調試運行過程存在主要問題及解決方案:

  (1)礦井廢水進水懸浮物濃度對處理效果影響大,進水懸浮物濃度小于100mg/L和大于1800mg/L時,出水懸浮物濃度均變大,主要原因是進水懸浮物濃度影響廢水處理過程絮體的形成與沉淀,進水懸浮物濃度過高時可通過增設初沉來解決,過低時可通過回流部分污泥來解決;

  (2)應根據廢水進水懸浮物濃度調節PAC和PAM的加藥量,盡可能地降低藥耗,獲得較好的沉降絮體;

  (3)反應區的攪拌效果對出水水質影響大[5],噸水攪拌功率小于2KW時處理效果無法保證。

  (4)流量突變對出水懸浮物濃度影響較大,應盡量在合適的水流量下工作。應緩慢調整流量,以防止流量突變可能造成的污泥上浮。

  5、結論

  煤礦礦井廢水的特征污染因子為懸浮物、COD和pH值。懸浮物濃度高及部分懸浮物密度大的特點決定了高密度沉淀池特別適用于處理煤礦礦井廢水。工程實踐表明,采用該工藝處理E礦區礦井廢水,在PAC投加量20mg/L和PAM投加量1mg/L條件下,處理后廢水穩定達到懸浮物(SS)<10mg/L,CODCr<30mg/L


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