磁分离水处理技术在煤矿中的探索与应用

单传杰

[摘 要]翟镇煤矿通过在井下建立矿井水处理系统，采用最新的磁分离水处理技术，对井下生产、生活污水进行循环利用，解决了矿井污水的处理和回收问题，降低了矿井的生产成本，也为其他矿井提供了借鉴。

[关键词]煤矿 水处理 磁分离

中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0008-01

一、概况

山东能源新矿集团翟镇煤矿于1993年投产，是新矿集团的骨干矿井，长期以来，矿井生产水源由地面自来水及井下奥灰水提供，日用水量平均在2100m3-2300m3之间。以前井下各采区的污水汇入井底中央水仓，经中央排水泵输送至地面，通过地面水处理系统进行处理后排放，随着奥灰水水源枯竭，自来水购水资金逐年增长，而排水费用、排污费用一直居高不下，同时，水质差也造成排水设备的机械效率逐年降低。

翟镇煤矿技术人员通过综合分析，决定在井底中央水仓前建设500m？/h的超磁矿井水处理中心，处理后的水质可达到工业用水标准，用于大巷防尘、设备冷却等矿井生产用水。

二、磁分离水处理工艺简介

磁分离水处理技术是目前应用于矿井水处理的一种新工艺，其净化原理是通过投加磁种介质与微磁絮凝药剂，使水体中的悬浮物和磁种凝聚在一起，形成具有磁性的“矾花”之后，依靠永磁材料所产生的高强磁场，在强磁场力的作用下对赋磁性絮团进行快速分离。磁力是重力的数百倍，因此磁分离水处理技术因其分离速度快，大大地缩短了水力停留时间，为工程设施占地面积的缩小提供了技术保障。与传统的水处理工艺相比，磁分离水处理技术具有以下优势：

1、采用永磁磁钢，构造分离磁场，技术稳定成熟

在设备的布磁、聚磁组合、微磁絮凝、脱磁、分散等工艺技术上，我国近几年实现了突破，设备不断改进与完善，已达到国际领先水平。

2、磁分离时间短，占地面积小

聚磁组合磁盘表面产生的磁力是重力的640倍以上，能快速地捕捉到微磁性絮团，从而可以采用一体化、短流程的设备集成，使整个水处理净化过程的时间大大缩短，自混凝反应池进至磁盘机出水的时间为3～6min，大大优于传统的沉淀法。与传统处理方法相比，设备分离时间短，相应的设备占地仅为传统工艺的30%。

3、运行成本低

磁分离依靠强磁力进行吸附和分离，不需要大量的药剂使水体中的悬浮物形成大的絮团，而仅需微絮凝。与常规的混凝沉降系统比较，可大大节约系统的药剂使用量（仅为常规水处理加药量的1/3～1/2），节省药剂费用，同时设备总装机功率低，电耗少，设备运行稳定使用寿命长，维修费用低，综合运行成本为传统工艺的1/2。

④出渣污泥浓度高

磁分离磁鼓分离出的污泥含泥率大于70000mg/L，含水率小于93%，可不经过浓缩直接进入脱水设备，大大节省污泥浓缩池占地和污泥脱水设备选型时的大小。经过常规的压滤脱水后，污泥含水率小于45%，便于装卸外运。

三、工艺流程

磁分离水处理工艺流程如上图所示，矿井水经巷道内沟渠集水后，汇总至进水渠内，在进水端渠内设置人工格栅，去除来水中生活垃圾及漂浮物，自流进入预沉池，水中大颗粒及大比重物质在预沉池中沉积下来，预沉池设潜水渣浆泵，沉淀物定期排入污泥池，再由污泥泵送至压滤机脱水，干泥外运。

经过预沉处理的水自流进入磁分离混凝系统，混凝系统通过投加磁种和混凝剂（PAC和PAM），使悬浮物在较短时间内（约3～6min）形成以磁种为载体的“微磁性絮团”。经过混凝之后的水再自流进入磁分离机进行固液分离净化，磁分离机通过磁吸附打捞，使出水水质达到设计出水指标后，自流进入后续处理系统。

磁分离机分离出的煤泥，由磁分离机自身的卸渣装置刮下进入磁分离磁鼓；在磁鼓的高速分散区将磁种和非磁性悬浮物分散，磁鼓对磁种进行吸附回收，回收磁种由泵打入前端的混凝投加系统循环使用；非磁性污泥排入污泥池，和预沉池污泥一起由泵打入板框压滤机进行脱水，脱水后的泥饼通过井下矿车外运。

四、效益分析

井下水处理系统的应用，从根本上解决了井下污水的净化回收问题，降低了中央泵房的开机率，减少了运行维护费用。磁分离技术有效的提高了水处理能力，减小了环境压力，提高了矿井污水的回收率，具有巨大的社会效益和经济效益。

（一） 社会效益

井下磁分离水处理工艺的采用，每日可为矿井井下生产提供充足的水源，剩余部分可排到地面供生产生活使用，减少了外购水量。同时减少了污染物的排放，避免了原地面水处理过程中所带来的泥渣对环境的二次污染，环境效益显著，有利于改善煤矿的地企关系，促进了矿区的健康、和谐发展。

（二）经济效益

1、原矿井水成本分析

1）、排污费用：

综合分析，排污费用为：0.08元/m3，则该项目实施后每年可减少的排污费用：W1=500m3/h×24h×360d×0.08=34.5万元/年。

2）、中央泵房排水耗电费用：

W2=92777kwh/月×0.66元/kwh×12月=73.5万元/年。

3） 其他费用：

根据我矿往年相关数据，可节省水仓清仓费用为：9万元/年，减少排水泵、管道的维护维修费用：9.3万元/年。W3=9万元/年+9.3万元/年=18.3万元/年。

综上，每年综合费用为：∑W=W1+W2+W3=126.3万元。

2、水处理系统投用后成本分析

药剂投入：每天使用聚合氯化铝费用W1=150kg×1.84元/kg=276元，聚丙烯酰胺费用W2=3kg×16.67元/kg=50元，磁种费用：W3=50kg×2.82元/kg=141元，药剂使用费用∑W=（W1+W2+W3）×360=16.81万元/年；设备运行电费：70kw×0.7×24h×0.66元/kwh×360天=27.94万元/年；设备维修费用：3万元/年。年综合成本为47.8万元。

通过对比，水处理运行后，每年可创造经济效益：126.3 -47.8 =78.5万元。

四、结论

经在我矿井下的实际应用，井下水处理使矿井水全部实现了综合利用和达标排放，实现了煤泥资源的有效回收，属于节能环保、资源综合利用项目。磁分离水处理技术的应用，是煤矿节能减排、降本增效的有效措施，能促进煤矿企业经济、安全、社会、环境多重效益及矿区和谐发展，对煤矿行业的应用具有很好的推广借鉴价值。