门克庆煤矿高浊度矿井水处理与利用工程实例

张 猛

（青岛金源环境工程有限公司，山东 青岛 266555）

煤矿矿井水是采煤过程产生的涌水，涌水的悬浮物浓度一般低于1000mg/L。因所处矿区以及煤质的不同，部分煤矿的矿井水悬浮物浓度会高达4000～5000mg/L。对于高浊度矿井水来说，其悬浮物浓度高，粒径小，不易自然沉降，是矿井水净化处理中一种较难处理的类型[1-3]。

1 工程概况

1.1 工程简介

门克庆煤矿隶属于中煤集团，位于内蒙古鄂尔多斯市。其矿区井下排水中的污染物以煤粉、岩粉和机油为主，煤粉成分导致其悬浮物含量大，岩粉成分导致其颗粒具有粒径小、比重轻、与絮凝剂亲和能力弱等特点。另外，井下本身建有水仓，用于暂存矿井水，实际运行时采用间歇性外排的方式，导致矿井排水中的污染物浓度高，水质波动大。

1.2 设计进出水水质

矿井水的污染物以悬浮物、油类和有机物为主。因煤矿地下深度超过500m，其有机物（BOD5）浓度低于10mg/L，油类浓度低于1mg/L，已经满足井下消防、洒水水质要求，故影响处理回用的指标主要是浊度指标和大肠菌群指标。工程设计规模600m3/h。出水执行《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2016）指定标准。

设计进出水主要水质指标如表1所示。

表1 矿井水设计进出水水质

2 处理工艺描述

2.1 磁分离

矿井水原水含有的悬浮物浓度非常高，需要进行一定程度的预处理之后，才能进行后续的深度处理。对高浊度矿井水来说，常用沉淀的方式进行预处理。磁分离是基于选矿行业所开发出来的新工艺，其通过在废水中引入磁性颗粒，利用人工外加磁场的方式，加速废水中污染物尤其是悬浮物的沉淀效果，具有能耗低、占地面积小、自动化程度高等特点。对于高悬浮物矿井水，磁分离对其悬浮物的去除效果可达到90%以上。

2.2 高效沉淀

高效沉淀工艺是通过在平流沉淀器中加入斜管填料，利用浅层沉淀原理，加速悬浮物的沉降，实现污染物去除。磁分离出水的悬浮物浓度在几百毫克每升左右，如果直接进入过滤工艺，会导致滤料过快堵塞，无法正常运行。高效沉淀工艺通过絮凝沉淀作用，可使悬浮物浓度降至50mg/L以下，为后续过滤工艺营造良好条件。

2.3 无阀过滤

高效沉淀出水进入无阀过滤器。无阀过滤器是砂滤的一种，其通过虹吸作用自动进行过滤和反冲洗，无需额外动力，运行方便。无阀过滤器中的石英砂填料，其过滤精度可达到50μm，出水浊度（NTU）稳定低于5。

2.4 消毒

由于矿井水来自地下生产区域，输送距离长，在输送过程中会受到环境的污染，导致其大肠菌群超标。消毒工艺是通过设置氯系杀菌系统（二氧化氯），对最终出水中的大肠菌群进行杀灭，保证出水达标。

具体的工艺流程如图1所示。

图1 水处理工艺流程

3 设计参数

3.1 磁分离系统

磁分离系统一套：设置有混凝搅拌器1台，单层折桨式，N=7.5kW；絮凝搅拌器1台，单层折桨式，N=11kW；磁分离主机1套，处理能力Q=600m3/h，磁场强度3000Gs，10年衰减率低于5%，配套磁介质回收机和磁种投加系统；PAC加药系统1套，碳钢防腐材质，连续制备能力1000L/h；PAM干粉投加系统1套，304不锈钢材质，连续制备能力1000L/h，配套料斗、溶解箱等。

3.2 高效沉淀器

高效沉淀器2台，碳钢防腐材质，单台尺寸为12m×6m×6m，表面负荷5m/h；设置有斜管填料120m3，PP材质，内径50mm，厚度0.5mm；混凝搅拌器2台，双层折桨式，单台N=7.5kW；絮凝搅拌器2台，双层栅栏式，单台N=9kW；自动排泥阀8台，公称直径DN200。

3.3 无阀过滤器

无阀过滤器2台，碳钢防腐材质，单台尺寸为4m×4m×7m，过滤精度50μm，过滤总面积32m2，反冲洗周期 8～12h，反冲洗时间 3～5min，滤料采用石英砂，直径Φ1～2mm，滤层高度900mm，通过压差形成虹吸实现反冲洗。

3.4 消毒系统

二氧化氯投加系统2套，设备有效氯产量2000g/h，单台N=7.5kW，采用化学法发生器，配套盐酸、次氯酸钠PE储罐、计量加药泵、卸料泵、射流器、增压泵、余氯检测仪等。

3.5 污泥处理系统

污泥浓缩池1座，采用碳钢防腐结构，尺寸为Φ7m×5.5m，总容积200m3，配套中心传动刮泥机、高度可调出水堰、导流筒、平台、爬梯等；设置有污泥入料泵2台，卧式渣浆泵，过流部件材质采用耐磨高铬合金，单台Q=150m3/h，H=80m，单台N=75kW；厢式压滤机2台，单台面积500m2，板框尺寸1.6m×1.6m，有效容积7.5m3，单台N=22kW；双螺旋输送机2台，配套导泥斗及双螺旋槽体，单台输送能力≥50t/h，单台N=11kW；PAM干粉投加系统1套，304不锈钢材质，连续制备能力1000L/h，配套料斗、溶解箱等。

4 技术特色

4.1 复合磁种分离技术

传统磁种回收技术是建立在高磁场强度基础上，通过高速旋转或往复运动下保留磁种，这种方式的磁种回收率约在98%左右。该项目的磁种分离装置增加了循环喷淋装置，使得磁种经过回收磁场时，同时受到喷淋装置的协同作用，磁种之外的絮体得以很快脱落，从而提高了磁场对磁种的磁性作用，提高了磁种回收率。磁种综合回收率可稳定达到99%以上。

4.2 双螺旋污泥输送装置

厢式压滤机出泥是间歇性出泥，单次出泥量大，为了达到暂存和连续出泥的效果，需要在压滤机底部增加暂存和转运装置。传统方式是通过泥斗加皮带输送机的方式，这种方式密封性不好，污泥含水率出现问题时会导致漏泥，且皮带装置无法承受污泥的重力而变形。通过采用双螺旋装置，与泥斗焊接为一体，解决了漏泥问题，同时双螺旋承压能力强，污泥暂存时间更加灵活。双螺旋设计成多段式，有效防止了扭矩集中造成的轴部断裂。

5 运行效果及经济分析

5.1 运行效果

调试运行期间，水质水量基本达到设计条件，对各项系统也进行了调试。磁分离系统调试的重点是通过对磁粉及混凝剂的配比浓度，达到最经济且效果最好的投加比。高效沉淀器工艺加药浓度基本固定，其调试重点是通过设定排泥时序，使污泥不出现沉积现象，保证沉淀区良好沉淀环境。无阀过滤属于自动运行，调试期间通过设定反冲洗排水挡板，控制合理的反冲流量即可，在运行过程中，偶尔需要人工干预，实施强制冲洗，避免2台过滤器冲洗时间过于接近导致的总处理量的下降。各主要单元实际处理情况见表2。

5.2 经济分析

项目建设投资1800万元，日常运行费用包括电费（日耗电量1824kW·h）、药剂费（日消耗药剂2100元）、人工费（定员8人，总日薪200元），每日运行直接费用为0.346元/m3。出水用于洒水和井下消防，按外购水2元/m3计算，日节省费用为23818元，年节省费用为869.4万元，经济效益显著。

表2 各主要单元实际处理情况

6 结语

门克庆煤矿采用“磁分离+高效沉淀+无阀过滤+消毒”的工艺处理矿井水，最终出水浊度和大肠菌群浓度满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2016）指定标准。在运行过程中，及时反冲洗和排泥，防治污泥淤积影响处理效果，是系统稳定运行的关键因素。