摘要：随着矿井涌水量的不断增加以及矿井水质的变化，原矿井水处理厂一期工程的处理能力及处理工艺已无法满足矿井生产、生活使用要求。进行扩建后该工程一直不能正常运行，处理站处理规模达不到设计处理能力。现场对该水处理站二期工程进行详细分析和梳理存在问题，提出改造方案，经过改造该处理站现已正常运行，达到设计出力。
关键词： 矿井水 处理工艺 优化 改造
某煤矿矿井水处理厂一期工程于2011年底投产，随着矿井涌水量的不断增加以及矿井水质的变化，原矿井水处理厂一期工程的处理能力及处理工艺已无法满足矿井生产、生活使用要求。2016年3月对该煤矿矿井水处理厂及生活污水处理站进行扩建，到2017年6月交工，该工程一直不能正常运行，处理站处理规模达不到设计处理能力。经对该水处理站二期工程工艺流程进行详细分析和梳理存在的问题，进行了改造，经过改造该处理站现已正常运行。
一、水处理工艺流程简介
1、预处理单元
2、深度处理单元
3、污泥处理单元
水处理站经过一段时间的试运行，预处理单元基本能实现设计处理能力的要求，出水水质指标也基本上能满足当地环保部门外排水水质指标的要求，但是超滤设备堵膜现象比较严重，清洗频繁，超滤设备的保安过滤器滤芯更换频繁，超滤设备的出水量完全达不到设计要求，大量预处理水外排。
二、水处理站改造
1、这次改造的目的除了最主要的目标“减少外排水量，增加电厂外供水量”之外，还要实现以下目的及要求：
（1）降低化学试剂的投加量，加强药剂的利用率，减少水处理站的运行成本，同时降低工人的劳动强度。
（2）强化预处理出水水质，保证外排水出水水质满足地方环保要求。
（3）降低调节池的煤泥淤积速度，充分利用调节池的有效容积
（4）提高超滤设备的使用寿命，减少超滤设备的化学清洗周期，增加其产水率，同时降低超滤设备的运行成本。
2、改造原则
（1）可行性原则：在确保系统出水水质稳定达到要求的同时，兼顾经济可行性。因地制宜，尽量利用现有设施，给以切实可行的解决方案。
（2）可靠性原则：采用成熟可靠的污水处理工艺，有成功的工程经验可借鉴或有可靠的试验数据支持。
（3）可操作性原则：工艺选择、设备配置、平面布置时须兼顾可操作性强，管理方便。
（4）避免二次污染原则：在废水治理过程中，应避免二次污染，做好噪声防治、恶臭治理、污泥减量化等工作。
（5）先进性原则：采用废水治理领域内先进的工艺，应达到先进的综合技术经济指标；适应现代化管理水平，采用可靠的自动化监控装置。
1、预处理单元
（1）隔油池
设计本池的初衷是为了解决矿井水中少量存在的浮油，但是在实际运行过程中，水面上的浮油几乎不可见，更多的是浮渣，而实际运行中浮渣基本不能随着水流向集油管方向流动，基本上在水面上静止不动。因此对于该池的改造主要针对浮渣的去除。
i．在一格隔油池顶改为浮渣去除池。池顶设置刮渣机，液面的主要浮渣通过刮渣板将浮渣刮至排渣槽，排渣槽收集的浮渣通过隔油池池壁设置的新增开口自流至池底的浮渣桶内，池底排泥系统维持原设计不变。
ii．考虑到井下水中水质的不稳定性，将另一组预沉池改为机械搅拌池，池内分2格，每格设置机械搅拌机1台。当井下水的悬浮物浓度较高时，可以向该池内投加絮凝剂，将一部分悬浮物通过加药，加速器在调节池内沉淀下来，降低沉淀池的进水悬浮物的负荷，保证出水水质。池底排泥系统维持原设计不变。
矿井排水在该池的水流方向为：矿井排水→浮渣去除池→机械搅拌池→现有调节池
隔油池的改造及水流方向
（2）调节池
原调节池的有效容积共计2000m3，分2组，每组1000m3。由于原调节池的排泥系统设计上存在的缺陷，调节池内的污泥不能有效排出池外，调节池内的积泥约有1m厚度，当井下排水时，提升泵从调节池内取水，此时提升泵抽取的水更多的为井下排水，的水质较清，在正常加药条件下，沉淀池的出水水质也较好；当井下停止排水，提升泵取调节池内的存水，有部分调节池的沉淀煤泥将会被提升泵抽取，此时进入沉淀池的排水水质会相对于井下排水水质更差，超出沉淀池的进水悬浮物负荷，如果不调整PAC加药机的加药量，沉淀池的出水将会恶化，出水水质不能达到排放标准。
根据煤矿相关规范，井下水处理站调节水池的容积一般为井下涌水量的6-8h的量，矿井的涌水量根据相关数据为500m3/h，因此调节水池的容积3000-4000m3。随着矿井新采区的开建，矿井涌水量将会增加，为保证处理站的正常运行，需要再新增调节池，保证矿井水的调蓄容积。根据现场的实际情况，在新车间的西侧新建一个调节池，有效容积按2000m3设计，调节水池分两格，一格作为预沉池，一格作为调节池。
2 深度处理
（1）超滤设备
现状：新建单台处理能力为120m3/h的超滤装置4台。超滤膜元件型号为美国科氏targeⅡ10072-35，单支膜面积80.9m2，单台设备采用膜元件26支，单台设备膜总面积2100m2，过水膜通量为57L/（m2•h）
存在问题：
i.超滤装置的排水边沟断面较小（400*400mm），反洗时的排水量为315m3/h（反洗通按150-170L/m2•h）对于该水沟太浅，会造成局部溢水。同时根据投标文件超滤反洗泵流量为240m3/h，该流量远低于实际需要的反洗流量。
ii．反洗管径太小，按照反洗水量315m3/h，管径DN125，流速为7.1m/s，流速太高容易造成布水不均匀，后段膜不易冲干净。
iii．超滤装置的保安过滤器采用大通量折纸滤芯，这种滤芯的特点是过滤效果好，但是该种滤芯的截污能力小，造价高。根据现场的使用情况，3-5天保安过滤器的滤芯就需要更换，日常消耗大，运行成本高。
iv．由于设备编程和电动阀门配置原因，系统缺少应有的日常化学清洗流程，只有单一的水冲洗，缺少应有的酸洗、碱洗和氧化剂清洗的流程。
根据现场的实际情况，对于超滤装置的调整主要针对以下几个方面：
i．由于膜面积提高，膜元件的增加对于水处理正常运行有一定好处，但这样需要更大的超滤反洗泵对超滤膜进行反洗，需要更换原有的超滤反洗泵，同时由于反洗水量的增加，需要将原有的反冲洗管扩大（反洗管道至少应为DN200，有条件应调整至DN250），保证反洗水量的要求。
ii．调整排水沟的宽度和深度，排水沟顶加实心盖板，防止反洗水溅出；另外，反洗排水管入沟需要增加45°弯头，不要垂直排水沟。
iii．更换现有的保安过滤器。现在的保安过滤器为折纸滤芯，该滤芯适用于水质较好的情况，起特点为出水水质好，但其缺点为纳污能力较小。调整后的保安过滤器为不锈钢丝网的自动洗过滤器，现已变更了2台，后续还需要增加2台。
iv．现有的超滤装置运行工况比较简单，仅仅只有正洗和正产水2个运行工况，不能满足超滤装置的实际运行。在目前的工况下超滤很难清洗干净，在清洗程序中加入酸洗、碱洗以及氧化剂清洗流程，另外过滤流程中还增加进水和反洗的程序。
（2）反渗透装置
在目前状态下运转正常，本次改造维持原状，不予调整。
3 污泥处理
（1）排泥管道
为了方便污泥管的排泥，排泥管的改造主要针对以下几个方面：
i．所有的排泥管道直接由管道连接，进入污泥池。正常排泥，泥斗的污泥由池体水压压力输送至污泥池
ii．增加污泥冲洗管，冲洗水源为外排水泵出水管接支管。当污泥斗有堵塞时，也可用冲洗水对堵塞点进行疏通。
（2）污泥池
将原有的反洗排水池改造为污泥池，将污泥池和反洗排水池池底连通，原有反洗水泵用作污泥泵
（3）反洗排水池
新建反洗排水池，有效池容控制在100m左右，防止2格无阀滤池同时冲洗状态。该池建于室外，全地下式布置。
（4）污泥浓缩机
新建污泥浓缩池，增加污泥浓缩池的污泥贮存容积。该池建于新建的预处理车间内。
三、结论
通过对矿井水处理站工艺流程中各个环节的优化调整及改造，降低了化学药剂的投加量，提高了药剂的利用率，减少了水处理站的运行成本，同时提高了设备运行的自动化水平，降低了运行人员的劳动强度。一方面解决了煤矿矿井水处理存在的问题，满足当地环保的要求，减少矿井水的外排；另一方面，通过将矿井水处理后外输邻近电厂，弥补了邻近电厂的用水需求，降低了电厂的用水成本，达到了改造之初确定的“减少外排水量，增加电厂外供水量”的目的。实际运行表明，改造后的工艺系统出力达到了设计出力。
作者简介：
王志宁（1969－ ），男，高工，从事化学技术管理工作。中铝宁夏能源集团有限公司（宁夏银川市黄河西路520号），邮编：750021。
论文作者:王志宁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：矿井论文; 超滤论文; 污泥论文; 水质论文; 浮渣论文; 水处理论文; 水量论文; 《电力设备》2018年第26期论文;