混凝气浮+纤维转盘滤池工艺处理矿井废水工程实践

刘新辉

(浙江蓝天求是环保股份有限公司，浙江 杭州 310012)

0 引言

邯郸市峰峰矿区某采煤企业年采煤60万t，采煤过程中产生矿井废水40000m3/d，主要污染因子为COD和SS，其中COD来源为矿井中少量溶解性有机物和有机矿井粉尘， SS来源是矿井煤粉、岩粉和黏土等。该矿井废水具有水量大、色度高、悬浮物差异大、比重轻、不宜沉降等特点，未处理直接排放势必造成环境污染，如处理后达标排入自然水体或用于农田灌溉，将会产生巨大的经济和环境效益。

根据水质水量特点、排放要求及场地条件，本工程采用混凝气浮+纤维转盘过滤工艺对矿井废水进行处理。本文对工艺流程、工艺参数、投资和运行费用、存在问题等进行论述，以便为类似工程提供相应的技术参考。

1 设计进出水质及水量

根据现场调查和资料分析，确定本项目设计水量为40000m3/d，按照每天运行24h计，本工程处理能力为1700m3/h。设计出水水质应同时满足《GB/T 18918-2002城镇污水处理厂排放标准》一级A标准及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放标准》特别限制要求。设计进出水水质如表1所示。

表1 进出水水质

2 工艺流程及主要处理单元

2.1 工艺流程及说明

采煤矿井废水由井底提升自流进入预沉调节池，首先对废水中较重的悬浮物和不溶有机物进行自然沉淀，初步去除部分SS和CODCr。预沉调节池由提升泵提升进入高效浅层气浮机，同时在提升泵入口管路投加PAC和表面活性剂，在提升泵出口管路上投加PAM。投加的PAC、表面活性剂和PAM在管路中与废水迅速混合并发生混凝反应。废水中的悬浮物和有机物被混凝絮体吸附和包裹，在气浮的作用下，上升至废水表面，最终通过撇渣装置在撇去浮渣的过程中去除。浅层气浮机出水进入纤维转盘滤池中，利用纤维转盘滤布的截留作用，进一步降低废水的SS和COD的含量，处理出水即可自流进入标准排放口达标排放。预沉调节池污泥、气浮浮渣及纤维转盘滤布反洗泥浆进入污泥浓缩池，由污泥泵输入带式压滤机干化后进入煤场回用。

2.2 主要处理单元

(1)预沉调节池。由人工粗格栅和预沉调节池组成。格栅栅孔10mm，去除进入调节池前废水中大的悬浮物和漂浮物。预沉调节池依靠重力沉淀去除废水中比重较大的悬浮物和颗粒物，初步降低废水中的SS和COD。预沉调节池采用平流式，一端设置泥斗，配置平流式刮泥机1台，抽泥泵2台，穿孔排泥管1套，池底污泥由污泥泵排入污泥浓缩池，出水端设置离心泵式提升泵3台。

(2)混凝气浮单元。在提升泵进口管路投加絮凝剂PAC和表面活性剂，在提升泵出口管路投加PAM。PAC、表面活性剂与废水的混合通过提升泵叶轮快速反应，PAM与废水的混合通过管道混合器进行。PAC和PAM分别投加并保证一定的混合间隔，保证絮凝体粗大，易于固液分离。混凝反应产生的絮凝体进入气浮机中与溶气气浮水混合，使其密度减少而上浮，最终通过气浮机刮渣机刮除。在预沉调节池出口位置安装SS监测仪，根据SS浓度自动调节PAC、表面活性剂和PAM的加药量。

(3)纤维转盘过滤系统。采用全浸没式纤维转盘滤池，滤布过滤精度高达10μm，依靠滤布的微孔截留废水中残留的悬浮物和有机物，保证废水中COD和SS的达标排放。运行一段时间后，纤维转盘滤布截留较多的悬浮物会导致过滤能力降低，然后根据纤维过滤池中的液位自动启动反洗抽吸，通过抽吸泵将滤布表面的污泥抽除。该系统包含直径为3m的过滤盘18组，抽吸泵4台，液位控制装置1套。

(4)污泥压滤系统。本系统配备污泥泵2台，带宽2.5m带式压滤机1台，滤布冲洗水泵1台，空压机1台。污泥压滤系统设PLC控制，污泥泵根据液位启停，带式压滤机及配套系统和污泥泵运行状态一致。含水率95%污泥处理能力40m3/h，压滤泥饼含水率不大于80%。

图1 工艺流程图

2.3 主要构筑物及设备

表2 主要构筑物

表3 主要设备

3 工程调试运行总结

(1)原设计是PAC和PAM均为提升泵出口管道加药，依靠管道混合器混合。调试过程中发现PAC与废水混合不均匀，接触时间短，不能在进入气浮机以前形成絮体，严重影响了气浮的去除效果。经现场试验，PAC与废水接触混合时间应不小于20s，如混合时间过短，PAC与PAM形成絮凝体松散、细小、不密实。故调试期间将PAC的加药点由泵后加药变更为泵前加药，依靠高速旋转的叶轮实现PAC和废水的快速混合，保证了PAC与废水大约20s的接触时间。调整后，PAC和PAM形成的絮凝体体积大、密实，易固液分离。

(2)本工程原设计采用阴离子PAM，调试期间发现虽然PAC与PAM形成了较大的絮凝体，在气浮设备正常运行情况下，絮凝体大部分沉降，上浮部分不足总量的30%，出水SS非常浑浊。通过现场试验发现常用的亲水性的阴离子PAM或阳离子PAM虽然与矿井废水形成了比较密实、良好的絮凝体，但是并不适应气浮处理工况，絮凝体易沉降，上浮部分少，SS去除率不超过40%。而亲油两性PAM则对废水具有良好的适应性，亲油两性PAM与废水形成絮凝体速度快、体积大、易上浮，出水SS的去除率在70%以上。

(3)虽然亲油两性PAM对本项目废水具有一定适应性，但SS去除率仅在70%左右，仍不能满足设计要求。调试期间发现，气浮溶气水气泡消融时间仅在30s以下，远低于设计要求的60s以上，通过分析后认为废水中存在一定的消泡成分，导致气泡与废水接触后迅速消融，不能起到使絮凝体上浮的作用。经过不断的试验和尝试，通过在配置PAC时加入一定量的洗衣粉可使这个问题得以解决。洗衣粉中含有大量的表面活性剂，加入废水后，降低了废水的表面张力，提高了溶气水的品质，溶气水气泡消融时间在90s左右，絮凝体在气浮的作用下迅速上浮，出水SS去除率在95%以上。

(4)亲油两性PAM在水中溶解速度慢，不充分溶解会造成结块，失去助凝效果且堵塞泵及管道，一般夏季应保证搅拌溶解1.5h以上，冬季应保证搅拌溶解2.0h以上。

(5)高效浅层气浮机回流比在20%～30%，溶气水泵扬程在40m以上，空压机供气压力在0.6Mpa以上时，气浮机处理效果最佳。

(6)洗衣粉投加量应控制在3～5mg/L，投加量太小不起作用，投加量过大会造成气浮表面泡沫太多，不利于浮渣的压滤和脱水。

(7)经调试和运行结果得知，PAC投加量55～60mg/L，PAM投加量5～6mg/L，洗衣粉投加量3～5mg/L时，整套系统具有最佳的处理效果，系统出水稳定达标。

4 运行效果

本项目运行效果良好，出水水质同时满足《GB/T 18918-2002城镇污水处理厂排放标准》一级A标准及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放标准》特别限制要求。

表4 出水水质

5 运行费用

(1)人工费。污水站按6人编制，每人每年工资及福利费用按照14400元计，折合吨水人工成本为0.006元；

(2)电费。本工程总装机负荷为295kW，运行负荷为206.5kW，电单价按照0.7元/kW·h计，折合吨水电费成本为0.087元；

(3)药剂费。PAC投加量为60mg/L，PAC单价为2元/kg，PAC吨水投加成本为0.12元；PAM投加量为6mg/L，PAM单价为25元/kg，PAM吨水投加成本为0.15元；洗衣粉投加量5mg/L，洗衣粉单价为5元/kg，洗衣粉吨水投加成本为0.025元。吨水药剂费投加成本为以上三种药剂之和，计0.295元。

综上，吨水运行直接运行成本为人工费、电费和药剂费之和，计0.388元。

6 结语

(1)实践证明，以混凝气浮+纤维转盘滤池为核心工艺的矿井废水处理工艺是可行的，出水水质同时满足《GB/T 18918-2002城镇污水处理厂排放标准》一级A标准及《DB 13/2796-2018子牙河水系水污染物排放标准》特别限制要求。

(2)在气浮机溶气回流比20%～30%，PAC投加量55～60mg/L，PAM投加量5～6mg/L，洗衣粉投加量3～5mg/L时，处理系统对SS、CODCr平均去除率分别达到97.5%、92%以上，出水满足设计要求。

(3)矿井废水中悬浮物粒径分布范围广，水质复杂，应在工程设计前进行必要的小试和中试工作，以便保证处理系统设计的可行性和运行的稳定性。

(4)混凝气浮+纤维转盘滤池矿井水处理工艺与传统的混凝沉淀+砂滤矿井废水处理工艺相比，占地面积和投资费用减少40%以上，运行费用减少15%以上，具有良好的经济效益和推广价值。