高效旋流净化水处理技术在煤矿的应用

金付申 张超

摘  要：结合大南湖一矿传统矿井水处理工艺运行工况，通过对全自动净水器工艺存在问题进行分析，提出应用高效旋流净化水处理工艺解决水质达标问题，分析高效旋流净化水处理工艺的优点，特别是采用高效旋流净化水工艺能够高效处理高浓度悬浮物矿井水，对处理高悬浮物矿井水技术应用具有借鉴推广意义。

关键词：高效旋流;高悬浮物;水质;水处理;达标;节能

Application of high efficiency cyclone purified water treatment technology in coal mine

Jin Fushen  Zhang Chao

Dananhu No.1 coal mine，  State Grid Energy Hami Coal Power Co.， Ltd. of national energy group  XinjiangHami   839000

Abstract： combined with the operation conditions of the traditional mine water treatment process in Dananhu No. 1 coal mine， through the analysis of the problems existing in the full-automatic water purifier process， this paper puts forward the application of high-efficiency cyclone purified water treatment process to solve the problem of water quality reaching the standard， and analyzes the advantages of high-efficiency cyclone purified water treatment process， especially the high-efficiency cyclone purified water process can effectively treat the mine water with high concentration of suspended solids， It has reference and popularization significance for the application of mine water treatment technology with high suspended solids.

Keywords： high efficiency cyclone; High suspended solids; Water Quality; Water treatment; Up to standard; Energy saving

我国矿井水净化处理工艺已有较长的历史。传统的沉淀过滤+过滤工艺在煤矿矿井水处理工藝中广泛采用，如预沉调节池、反应沉淀池（或澄清池）、过滤池等。矿井水净化处理后通常作为工业用水、生活用水或达标排放，已投入使用的净化处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤（混凝澄清过滤）等， 利用重力沉降原理对水体的悬浮物进行分离，主要缺点是占地面积大，投资高，运营复杂，维护单元多等。

近年来，随着水处理技术的不断进步，出现了高效沉淀池和加载体絮凝沉淀等水处理净化工艺，同时出现的超磁分离水处理技术，虽然占地面积较小，但仍然存在运行维护设备故障多、抗负荷（水量和）的冲击较弱，出水水质不稳定，直接出水不能回用等问题。

针对现有工艺的各种问题，大南湖一矿应用高效旋流净化工艺，利用离心分离原理，能达到高效净化水质的作用，具有占地面积小、投资少、可移动、设备少、运行操作简单等优势，特别是对处理高浓度悬浮物矿井水具有借鉴意义。

1大南湖矿一矿水处理现状

新疆哈密地区矿井排水主要污染物为悬浮物和少量有机物，固体悬浮物主要为煤，清仓时井下排水水质较差，CODcr、SS、 油类等污染物值较高的特点，原水水质如表 1 所示。

大南湖一矿现有一个占地 L×B=40×42m=1680 ㎡的矿井水处理车间和 L×B×H=25×25×4m（2500m³）的清水池，清水池位于矿井水处理车间回用泵坑侧。矿井水处理车间内设 2 座 1000m³预沉池、值班室、消毒间、化验室、配电室、污泥泵坑、污泥池、污泥脱水机、回用泵坑、加药装置、净水器 3 臺（单台处理能力 150m³/h，日处理能力 9000m³），矿井水处理车间平面布置图如图1。现阶段所有动力设备运行完好，但全自动净水器对矿井水的处理效果不佳，产水不能满足国家达标排放标准。

2全自动净水器工艺存在问题分析

全自动净水器工艺原理：矿井水在预沉池预沉淀后先经泵提升，提升后在全自动净水器的前端设管道混合器，在管道混合器内投加 PAC、PAM 两种药剂， 随后直接进入高效净水器的斜板沉淀区，经斜板沉淀区沉淀后再通过砂滤过滤产水。单台净水器处理能力 150m³/h，斜板沉淀区面积 16 ㎡

表面水力负荷=处理量÷沉淀区面积

=150m³/h÷16 ㎡

=9.375m³/（㎡·h）

根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），9.4.22-1 规定：斜板沉淀池的设计颗粒沉降速度、液面负荷宜通过试验或参照相似条件下的水厂运行经验确定，设计颗粒沉降速度可采用 0.16～0.3mm/s ，液面负荷可采用 6.0～12 m³/（㎡·h），低温低浊度水宜采用下限值;通过分析各项设计参数以及实际运行情况，全自动净水器存在以下问题：

（1）絮凝条件太差。全自动净水器前端配置了管道混合器，PAC 水解时间很短，管道混合器满足药剂投加的要求。但 PAM 药剂与水中悬浮物反应是在水中由小变大的稳流混凝的过程，需要 20-30min 的反应时间，净水器本体缺失絮凝反应区，导致药剂与水中胶体反应不充分，水中悬浮物不能去除。

（2）运行故障率较高。大南湖一矿矿井水水质悬浮物为 6000mg/L，并不属于低浊水，斜板沉淀区选用较高的液面负荷，因煤泥较多导致斜板易损坏;同时絮体不能完全沉淀，直接导致滤池堵塞、反洗频繁、产水水质差。

（3）过滤区滤速高。过滤器过滤面积约 16 ㎡，小时处理量 150m³，滤速达到了10.9m/h，远大于常规滤速设计 6-8m/h不合理，不能有效阻截悬浮物絮体，导致产水水质差。

（4）处理能力不能满足设计要求。受水质影响，处理能力下降，处理时间增加，不能满足生产需要，可能造成水质不达标排放，存在环保风险。

（5）自动程度不高，不能实现自动化处理。

3 解决方案

（1）针对含高悬浮物（0-60000mg/l）、低含油（0-20mg/l）的水质特点，应用新型的水处理设备，选用高效旋流水处理工艺， 利用直流混凝、微絮凝造粒、离心分离、压缩沉淀的原理，将污水净化中的混凝反应、离心分离、重力沉降、动态过滤、污泥浓缩等处理技术有机组合集成在一起，在同一罐体内短时间（20-30 分钟）完成污水的多级净化，实现水质达标，满足矿井水排放要求。处理后水质满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）的要求，具体如表2：

（2）预沉池内矿井水经预沉后由净化器给水泵（新增）泵入高效混凝器，通过 PAC  加药装置、PAM  加药装置将药剂泵入高效混凝器，在高效混凝器中完成直流混凝，压缩双电层，实现煤尘颗粒剂胶体与水的分离。然后进入高效旋流净化器中，经离心分离、重力分离、污泥浓缩等过程后再通过动态过滤最终排出进入清水池。从高效旋流净化器底部排出的污泥排入污泥池中，提升至污泥脱水机进行脱水，泥饼外运处理。

水处理工艺如下图：

4  高效旋流净化工艺优点分析

高效旋流净化工艺取代了传统的水处理繁杂工艺链，运用组合和集成新技术使废水在短时间内实现多级高效净化。系列产品已广泛用于工业给水、各种工业废水和生活废水的净化和深度处理回用，对污染因子，特别是 SS、COD、P、色度、浊度、油脂等去除率高，耐冲击负荷强，其出水能直接达到回用等标准。高效旋流净化工艺具有以下优点：

4.1技术集成、工艺先进

通过高新技术和特殊工艺，将直流混凝、微絮凝造粒、离心分离、重力分离、油脂泥层过滤及滤料动态吸附分离、动态把关过滤及污泥浓缩等过程有机融合为一体，在同一罐体内完成废水的多级净化，实现了在线式快速连续高效处理。

4.2处理效率高、出水水质好

废水净化时间根据 SS 浓度不同一般只有 20-30 分钟，净化后水可以做为深度处理水源进而深度处理回用或达标排放，出水悬浮物 SS 达到 10mg/l 以下，是所有深度处理工艺理想的预处理设备。

4.3占地面积小

只有传统工艺的 1/8-1/4（仅水处理单元比较，不含调节池、污泥处理单元等），以单台处理 100m3/h 废水的设备为例，占地面积仅为 9m2。

4.4设备维修量小

设备内无转动部件，基本无需维修。

4.5 动力消耗低，运行费用低

運行中只需一次提升，加药量约是传统工艺的 1/2。设备运行简单，装机功率较低，能够减少设备运行时消耗的电能，处理1000m³水节约电量150kw，符合国家绿色低碳、节能环保要求。

4.6自动化程度高

工艺路线短，运行稳定可靠，管理操作简单，自动化程度高，若现场安装摄像仪，可实现无人值守，远程启停设备，为进一步智能化提升奠定基础。

4.7受水量及水质波动因素影响小

旋流净化器主要的分离原理是利用离心分离力，不像传统沉淀工艺依靠重力沉淀分离，只要保证进水的悬浮物和水有密度差，就能分离，不受来水悬浮物的大小，多少等因素影响，特别是在井下清水仓时仍保证出水水质稳定。同时因不受水质波动的影响，一般要求调节池建的很少，甚至省略，节省总体投资。

4.8可以吊装移动及模块化扩展

设备在工厂生产，现场只需做地基。完成后，运至现场吊装固定即可。随着生产的进行，水量可能会随之变大，只需根据预测预留好地基，待水量大时，直接工厂生产完毕，运至现场固定即可投入使用。

结语

采用高效旋流净化工艺技术是一种利用物理方法处理高悬浮物矿井水的高效手段，应用高效旋流净化工艺能够确保大南湖一矿矿井水处理后水质达标，对高悬浮物矿井水处理具有实用性、指导性 ，可作为高悬浮物矿井水处理的的设计依据。

参考文献：

[1]靳学林，牛海军，王世海.高效旋流净化技术在矿井水处理中的应用[J].山西煤炭，2008（28）.

[2]薛忠新，李文俊，韩伟.张家峁煤矿矿井水处理回用工艺研究[J].煤炭工程，2018（12）.

[3]董磊.矿井水处理工艺深入研究及回用[J].能源与节能，2017（05）.

[4]刘建荣，伊玉祥.高效旋流净化技术在天祝矿水处理中的实践研究[J].世界有色金属，2021（01）.

[6]《室外给水设计规范》（GB50013-2006）.

1]靳学林，牛海军，王世海。

作者简介：金付申（1985—  ），男，汉族，河南南阳人，本科，中级工程师，在国家能源集团国网能源哈密煤电有限公司大南湖一矿机电办任副科长，2009年毕业于河南理工大学，目前从事矿山机电运输管理和矿物加工工程管理。