“高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”水处理工艺

文/武建军

截至2009年底，山西省吕梁市将264个民营煤矿整合为108个。资源整合后，由于生产能力、采掘布置等发生较大变化，要对原矿井水处理站进行改造。华晋焦煤公司沙曲矿利用“高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”工艺处理矿井水，出水水质十分稳定，取得了良好的经济、社会效益。

一、“高密度迷宫斜板沉淀”工艺原理

高密度迷宫斜板沉淀池的主要工作部件是翼片斜板，斜板间距为25mm左右，翼片宽度及相邻翼片的间距一般在60～70mm之间，相邻翼片之间区域称为迷宫。

水在迷宫斜板中为平流，其流态可分为三个区域：平流主流区、紊动涡流区和环流区。当水水平流入斜板时，水全部通过翼片与斜板之间的间距，形成主流路，同时会在相邻翼片之间形成环流，在一定流速下主流与环流现象十分明显。而在主流靠近翼片的边缘附近，水流在翼片顶端脱离能产生强烈的涡流作用。

含有颗粒的水流入斜板区后，一部分沿着主流区方向前进，另一部分则进入涡流区随涡流一起运动。

在涡流区中的颗粒随着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，其中部分颗粒进入迷宫内，部分颗粒与主流一起流向下一格迷宫，被输送到迷宫内的颗粒，随迷宫内环流缓慢运动，集中于底部斜板，滑到排泥斗。

迷宫内的环流能量来自主流区的流动，只能靠涡流碰撞到下游冀片所传递的能量来维持其循环。在环流离心力作用下，颗粒一边沉淀一边被甩向迷宫四壁，所以一般颗粒只要进入迷宫便能沉淀下来。迷宫的这种低速环流造成良好沉淀环境是高迷宫斜板具有高效沉淀效果的原因之一。

高密度迷宫斜板高效沉淀的另一主要原因是主流区和翼片间有涡流区的存在，主流区水流与翼片顶端产生一系列涡流，挟带着颗粒旋转水平向下游输送，当涡流与下游翼片碰撞后，其中部分颗粒便被输送到迷宫环流区内。

二、“高密度迷宫斜板沉淀”工艺特点

1.斜板间距小，沉淀距离也明显减少，使更多小颗粒可以沉淀下来。

2.由于斜板间距减小，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水力阻力的主要部分，这样沉淀池中流量分布均匀，与斜板相比，明显改善了沉淀条件。

3.排泥性能远优于其他形式的浅池沉淀池。高密度迷宫斜板沉淀池内基本无侧向约束，另外，沉淀面积与排泥面积相等，是普通斜板的4倍多，单位面积排泥负荷尚不到斜板的1/4，故在任何时期排泥均无障碍。

经高密度迷宫斜板沉淀后的矿井水悬浮物＜20mg/l，一般稳定在10mg/l左右。再经无阀过滤器过滤后，矿井水中悬浮物为3～5mg/l，满足回用水水质要求。

三、本工程选用无阀滤池原理及说明

无阀滤池是不需要阀门的快滤池。无阀滤池在运行的过程中，出水的水位保持恒定不变，进水的水位则随着滤层水头损失阀增加而不断在吸管内上升。当水位上升到虹吸管管顶，并形成虹吸时，就开始自动滤层反冲洗，冲洗废水沿虹吸管排出池外。无阀滤池主要适用于各种地表水的净化处理,提高水的重复使用率。其特点是：

1.不需要水压、电力和压缩空气等提供动力，所有的工作环节都由过滤器自行控制。

2.内设有强制冲洗系统，如果滤池水头的损失还未达到允许值，而因某种原因需要提前冲洗时，可进行人工强制冲洗。

3.免维护，没有磨损。

四、“高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”处理矿井水的一般工艺流程

矿井水由井下排水泵排入调节水池，调节水池前端设置为曝气池，用于将水中Fe2+氧化为Fe3+，使铁离子易于得到去除。再由潜污泵提升至反应池，泵后接管道混合器，矿井水、混凝剂经管道混合器混合后进入絮凝反应池。在絮凝反应池中通过混凝、絮凝反应，悬浮物形成大颗粒矾花，反应池出水进入高密度迷宫斜板沉淀池，在沉淀池中进行固液分离。沉淀池出水再进入无阀过滤器过滤，出水经消毒后回用。

调节水池污泥、沉淀池污泥排入污泥池，由煤泥处理系统处理。

五、“高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”工艺在矿井水处理中的实际应用

华晋焦煤沙曲矿井下水处理站采用 “高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”工艺，于2008年底建成投入运行，矿井水处理站设计处理规模为1200m3/h，日均处理约 14000m3。

根据矿井水水质监测数据，进水水质为：

pH ＝6～9；COD=150～250mg/L；SS=200～450mg/L；油类：5～6mg/L；铁：1mg/L 左右；

水中主要污染物为：煤粉和岩粉以及少量的油类。

根据监测结果，出水水质稳定达到以下指标：

pH=6～9；SS＜5mg/L；COD＜30mg/L； 油类：＜0.5mg/L；铁：＜0.5mg/L；

总大肠菌群：每100ml水样中不得检出；粪大肠菌群：每100ml水样中不得检出。

出水水质符合 《循环冷却水用再生水水质标准》和《城镇杂用水水质标准》，也满足《井下消防、洒水水质标准》要求。

由于复用了矿井水，年可少采地下水150万 m3，年可节约水费 300 万元（2 元/m3），年少排放矿井水160万m3，节约采矿排水水资源费192万元（每排放1m3矿坑水征收1.2元的水资源费）。年增加经济效益492万元，经济效益非常显著。

六、结论

沙曲矿的使用经验证明，“高密度迷宫斜板沉淀+无阀滤池”水处理工艺在矿井水处理中能够稳定运行，具有投资较少、工艺流程简捷、操作简单、管理方便、处理效率高、出水水质好、能耗较低、运行可靠、经济效益明显的特点。采用该工艺处理并复用矿井水，对于原本严重缺水且由于采煤等工业活动造成的水资源污染破坏的吕梁市来说具有非常重要的意义，是落实科学发展观、落实“环境保护、节能减排”基本国策的有效手段，能够给企业带来显著的经济效益和社会效益。