微滤与超滤组合工艺在矿井水提标改造工程中的设计应用

2018-10-16李先元煤炭工业太原设计研究院

节能与环保 2018年9期

文-李先元煤炭工业太原设计研究院

矿井水是在煤层开采时破坏含水层所产生的涌水，其主要污染物指标为COD和SS及少量的石油类、氨氮等。以前矿井水经过混凝、沉淀、过滤处理后，基本就可满足井下洒水、绿化、降尘等要求。但是随着国家对环保要求的不断增强，对矿井水的排放和深度处理后进一步资源化利用都提出了新的要求。本文依据最新的环保标准和矿井水进一步资源化要求，结合芦家窑矿井水处理站改造方案，对矿井水微滤与超滤组合应用进行介绍。

1 设置微滤和超滤的原因和意义

芦家窑矿井水不达标主要是因为SS、COD、石油类等污染物造成的，需要经过进一步深度处理。微滤与超滤组合工艺是针对矿井水三类水深度处理而研究的一种新型工艺组合。

微滤又称微孔过滤，属于精密过滤，微滤能截留0.1～1 μm之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和无机盐等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过。在超滤前端增加微滤单元，出水水质更稳定，并能起到保护后段超滤膜的作用。

超滤是一个压力驱动的膜分离过程，主要由筛除机理去除水中杂质。以压力差为推动力，分离膜的孔径在0.0015～0.02μm之间，推动压力在100～1000kPa。超滤适用于分离大分子物质、胶体、蛋白质等，可有效取除水中的悬浮物、胶体、有机物、油等杂质，可替代活性炭过滤器和多介质过滤器。

在超滤过程中，水深液在压力推动下流经膜表面，小于膜孔的深剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为深缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。

超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。

微滤+超滤处理工艺具有处理效果稳定，出水水质有保证，运行管理方便，运行成本低等优点。

2 改造设计方案

2.1 设计规模

根据芦家窑矿井平均日出水情况，本次设计规模按1800m3/d（90m3/h）考虑，每天运行20h。

2.2 设计进水水质

项目指标pH值 7.93 SS（mg/L） 176 BOD5（mg/L） 7.7 CODcr（mg/L） 76铁（mg/L） 0锰（mg/L） 0.08氨氮（mg/L） 0.122氟化物（mg/L） 0.68硫化物（mg/L） 0硝酸盐（mg/L） 2.91硫酸盐（mg/L） 318石油类（mg/L） 0.23氯化物（mg/L） 184

2.3 设计出水水质标准

根据《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质要求及我矿对SS指标要求，设计出水水质要求见表2。

表2 设计出水指标

3 目前存在的主要问题及改造方案

3.1 预沉降池改造方案

根据现场踏勘目前预沉调节池为长方形，池底没有污泥斗，仅设置排泥泵坑，且排泥泵坑位置设置不当，排泥系统应设置在调节池进水端；预沉调节池有效调节容积为300m3，根据《煤炭工业给水排水设计规范》（GB50810-2012）现有调节池有效容积不能满足处理规模1800m3/d的调节容积要求；预沉调节池底部为平底，设置桁车式刮泥机不能起到很好的刮泥效果，导致污泥泵的排泥浓度较低，后续污泥处理段不能正常运行。建议对原有预沉调节池进行改造，将现有桁车式刮泥机改为桁车式刮吸泥机。新增加一座调节池与原有调节池串联运行，有效调节容积300m3，采用半地下式水池，加盖保温板防冻，采用液压往复式刮泥机。

3.2 一体化净水设备改造方案

一体化净水设备中设有絮凝段，但絮凝段起不到絮凝效果，悬浮物在此不能形成大的絮凝体，需要对其进行改造，本次设计投加涡流反应器；斜管沉淀池斜管已损坏，需要更换斜管；过滤区滤料厚度为300mm，反冲洗配水不均匀，需要增加滤料厚度和更换配水系统，一体化净水器需要进行防腐处理。

3.3 污泥处理系统改造方案

污泥处理系统的污泥入料泵存在漏水、污泥输送管路偏细、离心式污泥脱水机已经不能正常运行，且污泥脱水系统设置的位置不合理，不便于煤泥的运输。根据现场踏勘和甲方要求，方案设计将污泥脱水设备进行更换，更换为厢式压滤机，且污泥脱水设备的安装位置变更为原PAM加药车间，污泥采用无轴螺旋输送机输送至煤场。

3.4 矿井三类水组合处理装置

在深度处理车间安装一套矿井三类水组合处理装置，该装置使用的是一体化设计技术，专门针对矿井水处理三类水提标改造。该装置的核心内容为“微滤+超滤”组合系统，系统设计回收率为大于90%。本次改造设置1套产水量90m3/h的三类水组合处理装置。深度处理设备供水泵的作用是将来水加压并打入深度处理设备中，并使产水透过深度处理设备进入产水池中。供水泵采用变频供电。PLC采集超滤设备的产水流量数据，经PID调节控制供水泵的频率，达到每个CMF系列恒流量产水。供水泵的启动、停止及转速由膜过滤设备用水要求而由自控系统自动控制，无须人工操作，这样既降低了劳动强度，又使设备的运行安全可靠。

4 自动控制系统

为了实现自动化控制和无人值班控制要求，设计了一套完整、先进的仪表和DCS监控系统，采用集散控制系统(DCS)进行数据采集和系统控制，达到除配药、清洗外，无人值班运行要求。系统分为两层：控制中心、现场各种仪表及控件。

控制系统采用自动程序控制、远方手动操作及就地操作相结合的控制方式。程序控制必须设有步进操作、成组操作或单独操作等手段，并有跳步、中断或旁路等操作功能，还设有必要的步骤时间和状态指示、选择和闭锁功能；系统可以检测重要设备的运行状态、过程，出现故障可自动报警；可以对水处理装置、加药系统、反洗系统、化学清洗、供气系统以及各种泵、阀进行有效控制。

5 运行成本分析

改造处理的主要耗电单元为提升泵及反洗水泵，水耗为0.2kWh/t；按本地工业用电0.9元/ kWh计，电耗为0.18元/t。包括原水杀菌和化学清洗：10%浓度的次氯酸钠溶液按1000元/t，30%浓度的盐酸溶液按1000元/t，96%浓度的氢氧化钠溶液按2000元/t计算，共计水费0.05元/t。综上可知，深度处理的每吨水运行成本为0.23元。