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1工程概況

目前某礦井礦井水處理采用斜管沉淀法，設計處理能力為400m3/h。礦井水由中央泵房排水泵提升至地面集水池，集水池內的水經過初沉淀后由泵提升通過管道混合器，在管道混合器前后分別投加PAC和PAM，混合反應后進入斜管沉淀池，沉淀池的上清液流入清水池經砂濾、消毒后外排，沉淀后的原水經回流管回至集水池重新進行處理。

2現狀分析

該礦礦井水屬于含懸浮物礦井水。礦井水中懸浮物（SS）的主要成分是煤粉和巖粉，含量為1200mg/L左右。在井下水倉清倉時，懸浮物含量最高可達上萬mg/L。由于煤粉的作用，礦井水黑色十分明顯，感官性狀差，同時煤粉中的碳原子具有還原性，能被重鉻酸鉀等強氧化物氧化，顯示有較高濃度的CODcr。CODcr濃度隨著懸浮物含量和煤粉占懸浮物的比例而變化，它將隨著懸浮物的去除而消失不需要進行生化處理。礦井水的主要污染物為懸浮物，而且懸浮物中的煤粉是構成礦井水CODcr的主要成分，所以，礦井水要達標排放，必須對礦井水中的懸浮物進行去除。該礦現有構筑物布局緊湊，且基本布滿處理站現有面積，為擴容改造預留的用地嚴重不足，這就要求擴容改造時選用工藝要盡量減少占地，多利用已有設備/構筑物，盡量避免破壞礦井水處理站現有布局，節省土建費用，選用自動化程度高的設備，不增加運營人員，節省人工費用，同時保證處理效率高、出水穩定達標。綜上所述，選擇高效旋流污水凈化器一體化設備，設計處理量260m3/h，分2套設備，單套處理量130m3/h。

3高效旋流凈化技術原理

礦井廢水經原調節初沉池后進入原調節池，進行水質水量的均衡，然后通過提升泵進入高效混凝器，混凝器進水端添加PAC混凝劑，混凝器出水端添加PAM絮凝劑，經充分混合后進入高效旋流污水凈化器，通過高效固液泥水分離后，上清液排入清水池，達標排放。沉淀污泥在凈化器內已經過充分濃縮，由凈化器底部排出后，可直接進入污泥壓濾機，壓濾后污泥外運。濾液進入調節池進行再處理。

4實施方案

4.1處理工藝方案選擇

本方案采用旋流凈化工藝處理礦井水。工藝流程主要為：待處理礦井污水通過調節池內提升泵將礦井水提升至閃混器，礦井水在PAC藥劑的配合作用下在閃混器中完成完成直流混凝，壓縮雙電層，實現煤塵顆粒劑膠體與水的分離。利用調節池內提升泵的余壓將礦井水提升至旋流凈化器，在PAM藥劑的作用下，經過常壓旋流、二級旋流離心分離、紊態造粒污泥層流態過濾等過程，把小膠粒聚集成大膠粒團，完成廢水的多級凈化。完成凈化后的礦井水從旋流器頂部流出第一路進入反洗水池作為反洗水源；第二路進入清水池外排；第三路進入調節池。反沖洗過后的第一股水優先進入調節池，帶出水穩定后再通過清水池外排。旋流器的反洗排水排放至調節池。經過處理沉淀后的煤泥從旋流罐底部排出至污泥收集池，污泥收集池內的污泥通過污泥泵排至壓濾機內，經壓濾機壓濾后通過皮帶運至指定煤泥收集地點。本方案設計中充分利用原有調節池、產水池、污泥收集池。

4.2平面布置

主要考慮旋流凈化器主體布置位置與壓濾/加藥/配電等輔助設備/設施的布置位置。結合現場情況，主罐體設備的布置位置及煤泥池（全地下、無蓋護欄維護）、旋流凈化器、加藥系統順序擺放，板框壓濾下部對接煤泥導料斗是、輸送配皮帶，對接外運車拉走外運。旋流凈化工藝的流程見下圖，礦井來水進入調節池緩沖，通過旋流器進水泵提升加壓，進入混凝器，混凝器采用旋流閃混技術，取代混凝反應池，在罐體前幾罐體后分別加混凝和絮凝藥劑，通過混凝器產生對流，交叉混合和反向旋流三個作用，完成藥劑的水解、混合、壓縮雙電層，礦井水得到凈化，出水達標排放或進一步深度處理回用。從旋流凈化器底部排出的污泥排入污泥池中，經過污泥處理系統進行處理后，泥餅通過車輛外運。

4.3調節池

礦井水處理站現有調節池2座，單座尺寸為長×寬×高=30m×16m×5.5m，容積為2640m3，處理量擴容至460m3后，調節淀池水力停留時間仍大于5h，滿足本次擴容改造需求，故調節池可利用，無需新建，在原有調節初沉淀池處安裝2臺旋流凈化器進水提升泵，一用一備。

4.4高效混凝器

礦井水中懸浮物粒度小、密度低、沉降效果差。在中央泵房水倉前方設置一座初沉淀池，使用壓濾機將初沉淀池內礦井水通過泵排至壓濾機內進行壓濾，將煤、巖粉壓濾后，排至水倉，這樣排到地面的礦井水總懸浮物的平均密度低，為12~1.3g/cm3，且均表現出不同程度的帶負電，這使得礦井水中的懸浮物表現為膠體微粒的性質能在水中長期保持分散狀態，難以自由沉降。高效混凝器采用旋流閃混技術，取代混凝反應池，在罐體前幾罐體后分別加混凝和絮凝藥劑，通過混凝器產生對流，交叉混合和反向旋流三個作用，完成藥劑的水解、混合、壓縮雙電層，使礦井水得到凈化。

4.5高效旋流凈化器

高效旋流凈化技術是通過旋流、混凝、沉淀、懸浮泥渣層過濾等多種技術組合，充分利用離心分離、絮體循環、泥渣過濾等工藝原理，將高懸浮物井下水中不同粒度、密度的懸浮顆粒進行高效分離。向水中投入絮凝劑和混凝劑，將污水凈化中的混凝反應、泥水分離沉淀、過濾、污泥濃縮等水處理環節有機融合集成為一體，在同一罐體內短時間（20~35min）完成污水的多級凈化。懸浮物顆粒沉積在下端泥斗，通過排泥管道將污泥排放至污泥池。該工藝簡化了井下水處理工藝，通過旋流分離可大幅度預沉懸浮物，減少了對后續工序的沖擊負荷，擴大了處理井下水懸浮物濃度的適用范圍。該技術及裝備具有適應性強、抗沖擊負荷范圍廣、出水水質穩定、占地面積少、處理成本低、工藝簡單等優點。旋流凈化器，布置于新建基礎上。

4.6加藥單元

本方案混凝劑采用PAC（聚合氯化鋁），固體粉末，氧化鋁的質量分數≥28%，藥劑其他成分需滿足《水處理劑聚氯化鋁》GB/T22627—2014。本方案助凝劑采用PAM（聚丙烯酰胺），本項目需1套PAC加藥裝置和1套PAM加藥裝置，裝置主要包括藥液配藥系統、計量投加系統等。

4.7電氣負荷選擇

本項目用電負荷均為0.4kV用電設備，屬于三類負荷，采用的所有傳動電機為低壓0.38kV交流電機，總裝機功率122.45kW，使用功率100.45kW。礦井水處理裝置配電間內設置動力配電屏，向站內所有動力設備配供電。配電裝置采用抽屜柜為供電裝置。電源進線為1路、單母線分段供電。電機控制采用自動/手動兩種操作。自動控制采用集控操作，在站內控制室統一操作。在廠區主控室內能監控主要電氣的運行狀態、參數、電氣設備故障報警。

4.8電纜敷設及選型

（1）電纜敷設。引出地面和引出橋架的電纜，相應引出部分加電纜保護管（鍍鋅）保護，穿墻電纜須密封以防潮或蟲蛀。低壓電纜與儀控電纜最小間距標準為200mm，動力電纜、控制電纜均沒有中間接頭。在污水站區域內采用挖設電纜溝和搭設電纜橋架使電纜構筑物整齊、美觀。（2）電纜選型。a.低壓電纜：0.4kV動力電纜選用ZR-YJV-0.6/1kV等級的銅電纜，阻燃等級為C類。b.測量和控制電纜：測量和控制電纜選用C級阻燃型，并且最小導體截面為1.5mm2。弱電信號選用帶屏蔽層的電纜。不同的建筑物之間的連接，選用有一條公共屏蔽線用以防止感應電壓的電纜。

4.9保護方式

（1）繼電保護。低壓配電柜進線總開關設置過負荷、短路速斷保護、漏電等保護。（2）接地保護。低壓接地型式采用TN-S制，配電間內設置集中接地裝置，接地電阻小于2Ω。低壓線纜敷設距離超過50m時設重復接地裝置，接地電阻不應大于4Ω。（3）程控監視。現場電機大于45kW的電機均要在現場安裝電流表顯示電流，對變頻控制的電機和高壓及大流量的水泵電機要求在中控電腦上顯示電流、運行狀態、故障報警等信號參數，變頻電機能程控設定參數。

4.10儀表和控制系統選擇

（1）控制系統。本控制系統選用西門子中型PLC控制系統：優先采用Siemens的工業自動化系統的S7-1500系列，以及數字量、模擬量I\O單元，組成分散集中控制系統，設置于站內操作室。本系統設開關量I/O點用于泵和閥門的控制，設模擬量為儀表檢測控制信號，并留有不少于10%余量。CPU與CPU間，CPU與PC間采用以太網絡通訊。CPU與分布式I/O，VSD以及閥島間的現場總線，須采用Profinet網絡。以太網卡的IP地址遵循工廠規定。模擬量模件不超過8通道，數字量模件不超過32通道，所有I/O模塊都為帶電熱插拔卡件。在整個運行環境溫度范圍內，卡件精度滿足如下要求：模擬量輸入信號±0.1%；模擬量輸出信號±0.15%。模擬量輸入4~20mA，輸入阻抗為250Ω。可連接2線制或4線制變送器。模擬量輸出4~20mA，具有驅動回路阻抗大于750Ω的負載能力。數字量輸入可以接收干接點信號和電子信號，并提供查詢電壓24VDC，并具有防抖動濾波處理。數字量輸出：數字量輸出模件采用隔離輸出，通過中間繼電器驅動控制回路等。中間繼電器的工作電源由輸出卡件提供。所有中間繼電器應至少提供兩副SPDT接點，接點電流容量滿足實際需求。（2）流量儀表。流量測量采用法蘭取壓同心孔板，根據工藝對控制及管理的要求，本設計對高效旋流出水濁度、調節池液位，反洗水池液位、高效旋流進水管流量等工藝參數進行連續檢測。儀表檢測值除供現場顯示外，所有信息經PLC同時送入電腦屏。（3）液位儀表。a.液位計選用超聲波液位計；根據使用的區域和介質特性選擇磁翻轉液位計。b.液位報警來自變送器的模擬信號或液位開關的接點信號。c.用于聯鎖系統的信號由單獨安裝的開關或變送器提供。

5結語

（1）本次擴容改造采用合同能源管理模式，項目前期設計、采購、施工監測等費用均有第三方服務公司承擔，減少了單位一次性資金投入；項目建成后，設備的維護、運營由第三方服務公司承擔，單位降低了技術風險和經驗風險；合同能源管理模式合同結束后，環保設備和效益均歸企業所有。（2）運行費用低，主要體現在PAC和PAM用藥量方面，傳統的處理工藝處理1t水所需用藥量費用約為0.4元左右，使用高效旋流凈化技術用藥量費用為0.17元左右，是傳統工藝的1/2~1/3，按照目前每天處理礦井水量為6000t左右計算，每年節約的費用為6000×（0.4-0.17）×365≈50.4萬元。（3）處理效率高，占地面積小，占地面積只有傳統工藝的1/8~1/4，廢水停留時間≤30min，出水SS為5~30mg/L，處理后的水可直接回用、達標排放。（4）新污水處理站建造后污水排放標準達到煤炭工業污染物排放標準》（GB20426—2006）表2新建（擴、改）生產線排放標準，且污染物濃度降低，外排水各污染物指標量降低。

參考文獻

［1］靳學林.牛海軍.王世海.高效旋流技術在礦井水處理中的應用［J］.山西煤炭，2008，（9）：28-30.

作者:李光華 單位:安陽市主焦煤業有限責任公司