超磁分离技术在干河煤矿矿井水处理中的应用

燕 婧

（山西霍宝干河煤矿有限公司污水处理站，山西 霍州 031400 ）

1 工程概况

山西霍宝干河煤矿隶属于山西焦煤集团，位于山西省临汾市洪洞县赵城镇，设计产能180 万t/a。该煤矿采用立井开拓，井筒数量3 个，开采水平+80 m，当前主要开采1#、2#煤层。开采工艺为综采，低瓦斯矿井，水文地质条件复杂，具有自燃倾向性。近年来，该矿井井下涌水量逐年增加，井下涌水与开采过程的生产用水汇集形成矿井水，水质较差，必须进行处理。

该矿矿井水处理一期工程设计规模2000 m3/d，采用预沉、澄清、过滤、消毒处理工艺，处理后矿井水回用于井下抑尘、消防以及工业广场辅助设施用水等。然而，随着矿井巷道延伸，井下疏干排水中悬浮物（SS）浓度越来越高。目前，干河煤矿井下排水量约8000 m3/d，SS 浓度400～800 mg/L，最高达1200 mg/L。由于矿井水处理设施进水SS 浓度大大高于设计值[1-6]，现有处理能力不能满足矿井安全生产需要，若保证矿井处理设施出水水质，矿井水处理系统需要升级、扩容改造。因此对于干河煤矿矿井水处理二期工程，设计建设14 400 m3/d 超磁分离处理设施及其配套煤泥水压滤系统，采用超磁分离技术来对矿井水进行净化处理。

2 超磁分离处理技术设计特点

2.1 工作原理

超磁分离处理系统是在原矿井水中投加磁种，使非磁性悬浮物（SS）在混凝剂和助凝剂作用下与磁种结合。通过分析水质情况，调整投加磁种、混凝剂、助凝剂量参数，总体来讲微磁絮凝时间是普通絮凝时间的1/4～1/3。从絮凝装置流出并经过微磁絮凝的矿井水自流入超磁分离机，通过聚磁技术，实现微磁絮团与水快速分离，分离时间小于12 s。

2.2 技术特点

超磁分离水处理技术的特点如下：

（1）处理时间短，处理量大。超磁分离水处理技术工艺矿井水处理效率高、工艺流程短，总处理时间长2～3 min，可满足大流量煤炭生产矿井疏干排水处理需求。

（2）设备工作地小，出水稳定。超磁分离处理设备对比之前的处理工艺来讲，占地面积为以往的1/8，占地面积小；同时因磁种作为絮体“凝结核”易脱稳，在超强磁场作用下，磁盘可瞬间吸住弱磁性物质，絮体熟化以利于后续沉淀，因而，出水水质稳定。

（3）排泥浓度高。磁盘直接强磁吸附污泥，污泥含泥率大于70 000 mg/L，含水率小于93%。

（4）设备运行费用低。处理过程采用超磁絮凝技术，处理过程投加药量较小，磁种循环利用率高，设备整体运行费用较低。

（5）设备维护方便。超磁分离处理设备工作期间无须反冲洗，实现全自动化作业，设备运行稳定可靠。

3 矿井水处理二期工程设计

3.1 设计优化分析

干河煤矿矿井水处理二期工程，对矿井水处理设计进行了优化。项目新建14 400 m3/d 矿井水处理及其配套煤泥水处理系统，在工艺当中，将现有调节池原水吸水井中水提升至超磁分离系统，泵前后投加混凝剂PAC 与助凝剂PAM，超磁分离系统出水入现有重力无阀过滤池，出水经消毒后，自流入清水池回用。

超磁分离系统排泥自流入新增污泥池，再经提升新增板框压滤机压滤，压滤泥饼装车外运。重力无阀过滤池反冲洗排水、板框压滤机排水等自流入现有集水池，再返回处理系统处理。干河煤矿矿井水处理工艺优化设计如图1。

图1 干河煤矿矿井水处理工艺优化设计图

3.2 处理工艺分析

矿井水原水在预沉调节池中停留，调节水质水量，在停留过程中，水中的悬浮物得到初步沉降，煤泥沉于池底。通过池中设置的行车式刮泥机将煤泥刮到泥斗中，再通过排泥泵打到污泥池。通过提升泵进入到混凝反应装置当中，依次通过装置投加PAC、PAM、磁粉等，从而形成微絮团，进入超磁分离系统进行固液分离。通过超磁分离系统后，“微絮团”被快速吸附打捞后进行回收利用。超磁分离技术的处理工艺示意图如图2。

图2 超磁分离技术的处理工艺示意图

磁性污泥从超磁分离装置分离出来后，进入到处理系统内的磁分离磁鼓机处，通过磁分离磁鼓机的高速分散装置实现对磁种的回收循环利用；剩下而排出的非磁性污泥与预沉调节池排入的大颗粒污泥汇入污泥浓缩池，由渣浆泵输送到污泥压滤系统进行煤泥压滤，压滤后的泥饼装车外运。

3.3 出水水质

出水水质情况：悬浮物（SS）10 mg/L，化学需氧量（CODCr）50 mg/L，生化需氧量（BOD5）10 mg/L，氨氮5 mg/L。

3.4 运行成本

干河煤矿矿井水处理二期工程运行成本为电费、药剂费、人工费、修理费、折旧费等，单位成本0.477 元/m3，运行总成本250.7 万元/a，较传统絮凝、沉淀污水处理工艺，运行成本大为降低（见表1）。

表1 干河煤矿矿井水处理成本分析

3.5 处理效果分析

干河煤矿矿井水处理二期工程的实施，有效降低了污水当中COD、SS、Fe 等含量，矿井水污染物排放量减少了95%，降低了煤炭生产矿井疏干排水的排污费，改善了矿区及其周围居民生活环境，同时该矿矿井水成本低至0.680 元/t，有效提高了煤炭生产企业经济效益、社会效益、环境效益，对于促进矿区可持续发展、社会稳定起到了积极作用。

4 结语

当前国家和地方各级人民政府深入贯彻落实“水污染防治行动计划”，强化水环境管理，推行“河长制”，持续加大水污染治理力度，消除城镇建成区劣V 类水体，切实改善河流湖库水质，工业企业和城乡生活污废水处理设施亟待升级改造。超磁分离处理作为污水处理中一项新工艺、新技术，该技术在干河煤矿矿井水二期处理工程中的成功应用为超磁分离处理技术的推广应用起到了示范效果。