摘要：本文對(duì)煤礦井下水處理的常用工藝與ReCoMagTM超磁分離水處理工藝進(jìn)行了對(duì)比，ReCoMagTM工藝適合煤礦井下水的處理，特別是針對(duì)水質(zhì)硬度不高、水量大的情況，該工藝具有綜合投資省、占地少、運(yùn)行成本低、處理效果好的特點(diǎn)，是取代常規(guī)混凝沉淀、過(guò)濾的先進(jìn)固液分離技術(shù)工藝。
　　一、 前言
　　根據(jù)2005年中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)水污染控制工程研究所的統(tǒng)計(jì)，調(diào)查我國(guó)22個(gè)省、市、自治區(qū)136個(gè)煤礦，全國(guó)平均每采1t煤，排放礦井水2.1m3。2005年全國(guó)煤炭產(chǎn)量約為20億t，礦井水排放量約為42億m3。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委2007年礦井水利用專項(xiàng)規(guī)劃文件統(tǒng)計(jì)，2005年，全國(guó)排放的42億礦井水中利用量約為11億m3，利用率約為26.2%，其余都作為廢水排放，不僅浪費(fèi)水資源，而且污染環(huán)境。
　　與之相對(duì)的是，在全國(guó)13個(gè)大型煤炭基地中，除云貴基地、兩淮基地、蒙東(東北)基地水資源相對(duì)豐富外，其余的10個(gè)基地都存在不同程度的缺水問(wèn)題。因此礦井水利用勢(shì)在必行，它是緩解礦區(qū)供水不足、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活需水的重要措施[1]。
　　我國(guó)習(xí)慣上將礦井水按水質(zhì)類型特征分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含有害有毒元素或放射性元素礦井水等四種類型。礦井水水質(zhì)與地質(zhì)條件密切相關(guān)，受到煤巖雜質(zhì)、膠體物和井下生產(chǎn)、生活活動(dòng)的污染，礦井水中一般均含數(shù)量不等的懸浮物；因此，懸浮物的去除在礦井水處理工藝中必不可少。本文將介紹一種去除礦井水中懸浮物的新工藝—ReCoMagTM超磁分離水體凈化技術(shù)，并與常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾工藝進(jìn)行對(duì)比。
　　二、 常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾工藝
　　對(duì)于礦井水中懸浮物的去除，常規(guī)處理工藝有平流沉淀池、斜板/管沉淀池，效率更高的有迷宮斜板沉淀池，一體化設(shè)備實(shí)質(zhì)上也是斜板/管或迷宮斜板沉淀池的變形或改進(jìn)。由于礦井水與普通地表水的水質(zhì)特性差異較大，懸浮物不易沉淀，如果按照地表水水質(zhì)設(shè)計(jì)，一般凈水設(shè)施的處理量只能達(dá)到其原設(shè)計(jì)水處理量的40%~60%。因此，設(shè)計(jì)礦井水的混凝沉淀環(huán)節(jié)時(shí)，相對(duì)于地表水設(shè)計(jì)需擴(kuò)大2~3倍。由于不同煤化階段的煤分子結(jié)構(gòu)大不相同，煤粒表面所帶電荷數(shù)量也不相同，因而其親水程度各異，隨著煤化程度的增高，憎水程度加強(qiáng)，煤粉表面與水和無(wú)機(jī)混凝劑的親和能力減弱。對(duì)于煤化程度高的煤礦礦井水，懸浮物混凝沉淀效果很差，為了保證出水效果，常常將斜板/管沉淀、一體化設(shè)備和過(guò)濾等工藝結(jié)合起來(lái)。
　　常規(guī)礦井水處理工藝流程圖如下。
　　
　　
　　圖1常規(guī)礦井水處理工藝流程圖
　　
　　工藝流程及參數(shù)簡(jiǎn)述：
　　（1） 水線：礦井水通過(guò)井下排水泵由井下水倉(cāng)提升到地面預(yù)沉調(diào)節(jié)池，預(yù)沉調(diào)節(jié)池有效容積一般為日平均時(shí)處理量的6~8倍，經(jīng)過(guò)預(yù)沉調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后的含懸浮物礦井水進(jìn)入混凝沉淀車間和一體化處理設(shè)備，出水SS<10mg/l，消毒后回用。
　　（2） 泥線：大粒徑的煤、巖顆粒物大部分沉淀在井下水倉(cāng)(每隔一段時(shí)間清理)，預(yù)沉調(diào)節(jié)池中也會(huì)沉淀較大顆粒物需不定時(shí)排泥，各處理構(gòu)筑物處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥經(jīng)過(guò)濃縮后由污泥泵泵入污泥脫水設(shè)備。
　　
　　
　　三、 ReCoMagTM超磁分離水體凈化工藝
　　ReCoMagTM超磁分離水體凈化工藝將絮凝、沉淀和過(guò)濾工藝結(jié)合在一起，它不需要借助于重力沉降，而是通過(guò)稀土磁盤相當(dāng)于磁性物質(zhì)自身重力640倍的強(qiáng)磁力吸附去除磁性懸浮物。由于礦井水中所含懸浮物主要為巖粉、煤粉，本身不帶磁性，ReCoMagTM超磁分離水體凈化技術(shù)則是通過(guò)向水中投加磁種、混凝劑和助凝劑，在水力攪拌作用下完成“微絮凝”過(guò)程，使每個(gè)微小絮團(tuán)帶上磁性，通過(guò)“超磁分離機(jī)”實(shí)現(xiàn)絮體和水的分離，分離時(shí)間小于10秒。該技術(shù)顛覆了所有常規(guī)的混凝沉淀技術(shù)，能在3分鐘左右完成整個(gè)進(jìn)水、微絮凝、過(guò)濾（固液分離）、出水流程；出水SS<10mg/l；磁種通過(guò)磁種回收系統(tǒng)循環(huán)反復(fù)使用。
　　ReCoMagTM超磁分離水體凈化技術(shù)的核心是“超磁分離機(jī)”和“磁種回收系統(tǒng)”。對(duì)于含懸浮物礦井水的凈化，典型工藝流程見圖1。
　　
　　圖2ReCoMagTM超磁分離水體凈化系統(tǒng)處理礦井水工藝流程圖
　　
　　工藝流程及參數(shù)簡(jiǎn)述：
　　（1） 水線：礦井水通過(guò)井下排水泵由井下水倉(cāng)提升到地面預(yù)沉調(diào)節(jié)池，預(yù)沉調(diào)節(jié)池有效容積一般為日平均時(shí)處理量的6~8倍，經(jīng)過(guò)預(yù)沉調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后的含懸浮物礦井水進(jìn)入ReCoMagTM超磁分離水體凈化系統(tǒng)的混凝階段，在PAC和PAM作用下，懸浮物與磁種混凝、絮凝，混凝時(shí)間和絮凝時(shí)間分別為1min和2min左右；出水進(jìn)入超磁分離機(jī)，水流經(jīng)過(guò)整個(gè)超磁分離機(jī)的時(shí)間為30s左右，實(shí)際經(jīng)過(guò)磁盤的時(shí)間小于10s，出水SS<10mg/l，消毒后回用。
　　（2） 泥線：大粒徑的煤、巖顆粒物大部分沉淀在井下水倉(cāng)(每隔一段時(shí)間清理)，預(yù)沉調(diào)節(jié)池中也會(huì)沉淀較大顆粒物需不定時(shí)排泥；ReCoMagTM超磁分離水體凈化系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)微絮凝的磁性絮團(tuán)在強(qiáng)磁力作用下被稀土磁盤吸附，逆向于水流方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的稀土磁盤一部分在水面之上，被吸附的泥隨磁盤轉(zhuǎn)出水面后首先有一個(gè)“瀝水”過(guò)程，然后通過(guò)刮渣輸送系統(tǒng)送入磁種回收系統(tǒng)。磁種回收系統(tǒng)分為三個(gè)部分：磁種與非磁性懸浮物的剪切分離、磁鼓磁選磁種以及磁種循環(huán)計(jì)量回用。磁種的回收率>99%。含水率約為93%的非磁性懸浮物作為污泥流入污泥處理系統(tǒng)，可不經(jīng)過(guò)濃縮直接進(jìn)入脫水設(shè)備。
　　礦井水中的懸浮物主要為巖粉和煤粉，粒度小、比重輕、沉降速度慢；懸浮顆粒平均只有2~8μm，總懸浮物中約85%以上的粒徑在50μm以下。煤粉的平均密度一般只有1.3~1.5g/cm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地表水系中泥砂顆粒物的平均密度2.4~2.6g/cm3。傳統(tǒng)的混凝沉淀可以利用加大混凝藥劑用量、增加沉淀時(shí)間來(lái)促使礦井水中粒小質(zhì)輕的懸浮物聚集成稍大的絮團(tuán)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沉淀下來(lái)，由此帶來(lái)的結(jié)果是投加的藥劑量大、構(gòu)筑物或設(shè)備占地面積大。ReCoMagTM超磁分離水體凈化系統(tǒng)能在3分鐘左右完成整個(gè)微絮凝、過(guò)濾（固液分離）過(guò)程，投加藥劑量更少，占地面積更小，源于其工作原理與傳統(tǒng)混凝沉淀完全不同：
　　（1） 微磁絮凝
　　通過(guò)向礦井水中投加磁種，讓非磁性懸浮物在混凝劑和助凝劑作用下與磁種結(jié)合。一方面，磁種作為絮團(tuán)的“凝核”，強(qiáng)化并加速了絮團(tuán)的形成；另一方面，磁種賦予了絮團(tuán)磁性，磁種和懸浮物只需形成微小絮團(tuán)即可被超磁分離機(jī)的強(qiáng)磁性磁盤吸附從而與水分離，不需要如傳統(tǒng)混凝沉淀工藝中形成大的絮團(tuán)通過(guò)自身重力沉降去除。因此，所需投加的藥劑量通常是傳統(tǒng)混凝沉淀工藝的1/3~2/3。并且，在磁種的作用下，在礦井水中投加PAC后，在動(dòng)力作用下懸浮物很容易脫穩(wěn)，加上后續(xù)投加PAM形成微絮團(tuán)，整個(gè)混凝絮凝時(shí)間僅需3min，是傳統(tǒng)工藝混凝絮凝時(shí)間的1/3~1/4。
　　（2）超磁分離
　　經(jīng)過(guò)微磁絮凝的礦井水自流入超磁分離機(jī)，超磁分離機(jī)的磁盤采用了稀土永磁強(qiáng)磁性材料，通過(guò)聚磁技術(shù)，其磁盤可產(chǎn)生大于磁性物質(zhì)重力640倍的磁力，瞬間（小于0.1s）能吸住弱磁性物質(zhì)，平行磁盤間水的過(guò)流速度可達(dá)到1000m/h~2000m/h，實(shí)現(xiàn)微磁絮團(tuán)與水的快速分離，水流經(jīng)過(guò)整個(gè)超磁分離機(jī)的時(shí)間小于30s。對(duì)于礦井水的處理，ReCoMagTM超磁分離水體凈化系統(tǒng)主體構(gòu)筑物占地面積是常規(guī)平流沉淀池1/50~1/240，是高速澄清池的1/10~1/30。
　　四、 工藝技術(shù)對(duì)比
　　針對(duì)于某煤礦規(guī)模為50m3/h的礦井水處理回用工程，懸浮物混凝沉淀性能很差，經(jīng)井下水倉(cāng)沉淀大的顆粒后由泵提升到預(yù)沉調(diào)節(jié)池；由于井下水倉(cāng)排水泵按照礦井最大時(shí)排水量設(shè)計(jì)，并非連續(xù)工作，預(yù)沉調(diào)節(jié)池的水位非恒定水位，在后面設(shè)置提升泵將調(diào)節(jié)池出水提升進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)備。以下將針對(duì)懸浮物的去除就ReCoMagTM超磁分離水體凈化工藝和常規(guī)混凝沉淀過(guò)濾工藝進(jìn)行對(duì)比。
　　礦井水進(jìn)水水質(zhì)：SS為170-600mg/L，要求出水水質(zhì)SS≤10mg/L。
　　　　
　　根據(jù)以上對(duì)比可見，ReCoMagTM超磁分離水體凈化工藝最大的優(yōu)勢(shì)是土建少、占地面積小，藥劑投加量是傳統(tǒng)混凝沉淀的2/3左右。針對(duì)水質(zhì)硬度不高、大水量礦井水的處理，選用ReCoMagTM超磁分離水體凈化工藝的初期構(gòu)筑物和設(shè)備投資是傳統(tǒng)混凝沉淀工藝的80%左右。
　　五、 結(jié)論
　　本文對(duì)煤礦井下水處理的常用工藝與ReCoMagTM超磁分離水處理工藝進(jìn)行了對(duì)比，ReCoMagTM工藝適合煤礦井下水的處理，特別是針對(duì)水質(zhì)硬度不高、水量大的情況，該工藝具有綜合投資省、占地少、運(yùn)行成本低、處理效果好的特點(diǎn)，是取代常規(guī)混凝沉淀、過(guò)濾的先進(jìn)固液分離技術(shù)工藝。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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