煤炭開采過程中會伴隨產(chǎn)出大量的礦井水，礦井廢水具有懸浮物高、水質(zhì)波動大的特點，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的目標(biāo)。
一、試驗背景
本次試驗選擇在河南某礦進行，該礦在地下1000多米處進行采煤作業(yè)，礦井廢水需要經(jīng)泵從井下提升至地面的沉淀池進行處理，占地面積大且能耗高。本次試驗選用的設(shè)備是可在井下實現(xiàn)“高效絮凝+碟片過濾”工藝的一體化高效處理裝置，能夠連續(xù)自動運行，出水直接用作地下噴淋用水或消防用水。
二、試驗方法
2.1 進水水質(zhì)分析
由于礦井廢水水質(zhì)不穩(wěn)定，其主要污染物為懸浮物(SS)，本次試驗對礦井廢水的濁度進行了連續(xù)的檢測，可間接反映SS的含量變動。如圖1所示，濁度變動范圍為80～1100NTU，大多數(shù)時間主要集中在100～500NTU。
2.2 試驗工藝流程
2.2.1 工藝說明
試驗工藝流程如圖2所示，由于礦井廢水懸浮物含量高，直接進碟片過濾器會造成污堵，故先加少量絮凝劑進行沉淀，上清液進入一級50μm碟片過濾器，去除水中粒徑大于50μm的懸浮物，一級碟片過濾器產(chǎn)水進入二級5μm碟片過濾器繼續(xù)過濾，除去水中殘留的小顆粒懸浮物，最終出水水質(zhì)滿足排放及回用標(biāo)準(zhǔn)。
本次試驗選取了公司專利技術(shù)級別的碟片過濾器，具有處理流量大、壓力操作低、占地面積小的特點。本碟片過濾器裝置反洗僅需要提供氣源，不需要配額外的反洗泵，而且反洗時間短，整個反洗過程僅需要6s，節(jié)約水利用率。碟片的材質(zhì)采用專有高分子材料，具有疏油脂、耐腐蝕、高強度和高硬度的特點。整個碟片過濾裝置的組裝簡單，每個模塊僅含有3個自動閥門。
2.2.2 試驗主要設(shè)備參數(shù)
試驗主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。
2.3 加藥試驗結(jié)果
本次中試試驗在最具代表性的原水濁度(500NTU左右)下進行，其間分別選取硅藻土、PAC、聚合硫酸鐵及新型復(fù)合絮凝劑4種藥劑進行燒杯試驗。
2.3.1 硅藻土試驗
由圖3可知，硅藻土試驗加藥量極大，加藥量高達1500mg/L時，濁度去除率仍然不理想，分析原因為硅藻土自帶濁度，有吸附懸浮物的作用但吸附效果不夠理想，且需要更長時間靜置才能達到要求。
2.3.2 聚合硫酸鐵試驗
由圖4可得，聚合硫酸鐵加藥量較少，100mg/L的聚鐵5min的濁度去除效率超過90%，半小時濁度去除率高達96%。但是，由于三價鐵離子的原因，靜置后的上清液會有一定的色度，呈現(xiàn)淡黃色，會對出水帶來一定的色度問題。
2.3.3 PAC試驗
由圖5可得，PAC加藥量同聚合硫酸鐵差不多，100mg/L的加藥量5min的濁度去除率高達90%，200mg/L的加藥量5min中的濁度去除率超過96%，但PAC加藥形成的絮體大且松散，淤泥量大。
2.3.4 新型復(fù)合絮凝劑試驗
由圖6可知，新型復(fù)合絮凝劑藥劑加藥量最小，50mg/L的加藥量5min的濁度去除率超過97%，即5min濁度可以由初始的500NTU下降至16NTU，沉降速度快，沉降時間短，且淤泥量小于同等加藥量的PAC。
2.4 碟片過濾器運行趨勢分析
碟片過濾器運行參數(shù)如下。運行流量為16～30t/h，反洗壓差設(shè)定為0.138MPa，反洗氣壓力為0.8MPa，反洗時間為6s，反洗水量為140L/次。
由表2可得，隨著濁度的降低，反洗頻率增加，過濾器的水利用率增加。當(dāng)進水濁度小于120NTU時，反洗頻率較低，過濾器的水利用率高達96%，但當(dāng)進水濁度大于150NTU時，反洗頻率會大大增加，過濾器水利用率會下降。
2.5 碟片過濾器產(chǎn)水粒徑分析
水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過碟片過濾器過濾后，產(chǎn)水中顆粒物粒徑小于5μm，產(chǎn)水中的懸浮物主要粒徑分布在100～1000nm，如圖7所示。
2.6 出水水質(zhì)
經(jīng)絮凝沉淀及過濾后，出水水質(zhì)滿足表3指標(biāo)要求。
2.7 運行成本分析
運行能耗主要包含加藥系統(tǒng)電耗和過濾器電耗，基本固定，以0.5元/噸水估算，因此運行綜合成本的高低主要取決于在于藥劑投加成本。從表4得知，硅藻土投加量最大，因此“硅藻土+碟片過濾”綜合成本最高，最不經(jīng)濟?！皬?fù)合無機絮凝劑+碟片過濾”綜合成本適中，滿足經(jīng)濟性要求。PAC和聚鐵加藥成本最為經(jīng)濟，但是加藥量為復(fù)合無機絮凝劑加藥量的2倍，淤泥量大，且沉降速度較慢。
三、結(jié)果分析
本次試驗得出，針對礦井水的最佳絮凝藥劑是新型復(fù)合絮凝劑，該藥劑沉降速度快，投加量少，針對高懸浮物的礦井水，該藥劑在投加量50mg/L下可得到理想的效果。本試驗所述的新型復(fù)合絮凝劑是一種由粉煤灰改性得到的藥劑，該絮凝劑具有環(huán)境友好、成本較低等優(yōu)點。由于新型絮凝劑主要成分是煤粉，它和沉淀出來的污泥屬于同一類物質(zhì)，極大地減少了藥劑導(dǎo)致的污染。
本次試驗驗證了“新型復(fù)合絮凝劑+碟片式過濾器”在采煤廢水處理上有很好的處理效果。經(jīng)加藥沉淀后，碟片式過濾器可以高效穩(wěn)定、低能耗地運行，碟片式過濾器的反洗頻率大于1h，其中新型絮凝劑的投加量低于傳統(tǒng)的PAC，淤泥量較少。在原水500NTU的濁度下，10min內(nèi)濁度去除率可以達到99%且濁度小于5NTU，產(chǎn)水可以滿足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計規(guī)范》(GB50383—2016)中的附錄B《井下消防、灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)指標(biāo)。
試驗采用的公司專利碟片過濾器，過濾精度高，納污能力強，設(shè)備運行全自動化控制，反洗可以實現(xiàn)定時反洗或者壓力反洗，無須人為干涉，無須額外的反洗泵，反洗時采用了高壓氣和水聯(lián)合反洗，高壓下大流量沖刷確保了反洗的效果好，反洗時間短且反洗用水量小，完全適用于井下工作。（ >
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