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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(shè)計(jì)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(nèi)的水經(jīng)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(yīng)后進(jìn)入斜管沉淀池，沉淀池的上清液流入清水池經(jīng)砂濾、消毒后外排，沉淀后的原水經(jīng)回流管回至集水池重新進(jìn)行處理。

2現(xiàn)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(shí)，懸浮物含量最高可達(dá)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(shí)煤粉中的碳原子具有還原性，能被重鉻酸鉀等強(qiáng)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(jìn)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(gòu)成礦井水CODcr的主要成分，所以，礦井水要達(dá)標(biāo)排放，必須對礦井水中的懸浮物進(jìn)行去除。該礦現(xiàn)有構(gòu)筑物布局緊湊，且基本布滿處理站現(xiàn)有面積，為擴(kuò)容改造預(yù)留的用地嚴(yán)重不足，這就要求擴(kuò)容改造時(shí)選用工藝要盡量減少占地，多利用已有設(shè)備/構(gòu)筑物，盡量避免破壞礦井水處理站現(xiàn)有布局，節(jié)省土建費(fèi)用，選用自動化程度高的設(shè)備，不增加運(yùn)營人員，節(jié)省人工費(fèi)用，同時(shí)保證處理效率高、出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。綜上所述，選擇高效旋流污水凈化器一體化設(shè)備，設(shè)計(jì)處理量260m3/h，分2套設(shè)備，單套處理量130m3/h。

3高效旋流凈化技術(shù)原理

礦井廢水經(jīng)原調(diào)節(jié)初沉池后進(jìn)入原調(diào)節(jié)池，進(jìn)行水質(zhì)水量的均衡，然后通過提升泵進(jìn)入高效混凝器，混凝器進(jìn)水端添加PAC混凝劑，混凝器出水端添加PAM絮凝劑，經(jīng)充分混合后進(jìn)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(dá)標(biāo)排放。沉淀污泥在凈化器內(nèi)已經(jīng)過充分濃縮，由凈化器底部排出后，可直接進(jìn)入污泥壓濾機(jī)，壓濾后污泥外運(yùn)。濾液進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行再處理。

4實(shí)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(diào)節(jié)池內(nèi)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(shí)現(xiàn)煤塵顆粒劑膠體與水的分離。利用調(diào)節(jié)池內(nèi)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(jīng)過常壓旋流、二級旋流離心分離、紊態(tài)造粒污泥層流態(tài)過濾等過程，把小膠粒聚集成大膠粒團(tuán)，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(jìn)入反洗水池作為反洗水源；第二路進(jìn)入清水池外排；第三路進(jìn)入調(diào)節(jié)池。反沖洗過后的第一股水優(yōu)先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，帶出水穩(wěn)定后再通過清水池外排。旋流器的反洗排水排放至調(diào)節(jié)池。經(jīng)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(nèi)的污泥通過污泥泵排至壓濾機(jī)內(nèi)，經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后通過皮帶運(yùn)至指定煤泥收集地點(diǎn)。本方案設(shè)計(jì)中充分利用原有調(diào)節(jié)池、產(chǎn)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(shè)備/設(shè)施的布置位置。結(jié)合現(xiàn)場情況，主罐體設(shè)備的布置位置及煤泥池（全地下、無蓋護(hù)欄維護(hù)）、旋流凈化器、加藥系統(tǒng)順序擺放，板框壓濾下部對接煤泥導(dǎo)料斗是、輸送配皮帶，對接外運(yùn)車?yán)咄膺\(yùn)。旋流凈化工藝的流程見下圖，礦井來水進(jìn)入調(diào)節(jié)池緩沖，通過旋流器進(jìn)水泵提升加壓，進(jìn)入混凝器，混凝器采用旋流閃混技術(shù)，取代混凝反應(yīng)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(chǎn)生對流，交叉混合和反向旋流三個(gè)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(dá)標(biāo)排放或進(jìn)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(jīng)過污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理后，泥餅通過車輛外運(yùn)。

4.3調(diào)節(jié)池

礦井水處理站現(xiàn)有調(diào)節(jié)池2座，單座尺寸為長×寬×高=30m×16m×5.5m，容積為2640m3，處理量擴(kuò)容至460m3后，調(diào)節(jié)淀池水力停留時(shí)間仍大于5h，滿足本次擴(kuò)容改造需求，故調(diào)節(jié)池可利用，無需新建，在原有調(diào)節(jié)初沉淀池處安裝2臺旋流凈化器進(jìn)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(shè)置一座初沉淀池，使用壓濾機(jī)將初沉淀池內(nèi)礦井水通過泵排至壓濾機(jī)內(nèi)進(jìn)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(xiàn)出不同程度的帶負(fù)電，這使得礦井水中的懸浮物表現(xiàn)為膠體微粒的性質(zhì)能在水中長期保持分散狀態(tài)，難以自由沉降。高效混凝器采用旋流閃混技術(shù)，取代混凝反應(yīng)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(chǎn)生對流，交叉混合和反向旋流三個(gè)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(shù)是通過旋流、混凝、沉淀、懸浮泥渣層過濾等多種技術(shù)組合，充分利用離心分離、絮體循環(huán)、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(jìn)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(yīng)、泥水分離沉淀、過濾、污泥濃縮等水處理環(huán)節(jié)有機(jī)融合集成為一體，在同一罐體內(nèi)短時(shí)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(yù)沉懸浮物，減少了對后續(xù)工序的沖擊負(fù)荷，擴(kuò)大了處理井下水懸浮物濃度的適用范圍。該技術(shù)及裝備具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗沖擊負(fù)荷范圍廣、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積少、處理成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。旋流凈化器，布置于新建基礎(chǔ)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(zhì)量分?jǐn)?shù)≥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(xiàng)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(tǒng)、計(jì)量投加系統(tǒng)等。

4.7電氣負(fù)荷選擇

本項(xiàng)目用電負(fù)荷均為0.4kV用電設(shè)備，屬于三類負(fù)荷，采用的所有傳動電機(jī)為低壓0.38kV交流電機(jī)，總裝機(jī)功率122.45kW，使用功率100.45kW。礦井水處理裝置配電間內(nèi)設(shè)置動力配電屏，向站內(nèi)所有動力設(shè)備配供電。配電裝置采用抽屜柜為供電裝置。電源進(jìn)線為1路、單母線分段供電。電機(jī)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(nèi)控制室統(tǒng)一操作。在廠區(qū)主控室內(nèi)能監(jiān)控主要電氣的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、電氣設(shè)備故障報(bào)警。

4.8電纜敷設(shè)及選型

（1）電纜敷設(shè)。引出地面和引出橋架的電纜，相應(yīng)引出部分加電纜保護(hù)管（鍍鋅）保護(hù)，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(biāo)準(zhǔn)為200mm，動力電纜、控制電纜均沒有中間接頭。在污水站區(qū)域內(nèi)采用挖設(shè)電纜溝和搭設(shè)電纜橋架使電纜構(gòu)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(dǎo)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(yīng)電壓的電纜。

4.9保護(hù)方式

（1）繼電保護(hù)。低壓配電柜進(jìn)線總開關(guān)設(shè)置過負(fù)荷、短路速斷保護(hù)、漏電等保護(hù)。（2）接地保護(hù)。低壓接地型式采用TN-S制，配電間內(nèi)設(shè)置集中接地裝置，接地電阻小于2Ω。低壓線纜敷設(shè)距離超過50m時(shí)設(shè)重復(fù)接地裝置，接地電阻不應(yīng)大于4Ω。（3）程控監(jiān)視?，F(xiàn)場電機(jī)大于45kW的電機(jī)均要在現(xiàn)場安裝電流表顯示電流，對變頻控制的電機(jī)和高壓及大流量的水泵電機(jī)要求在中控電腦上顯示電流、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等信號參數(shù)，變頻電機(jī)能程控設(shè)定參數(shù)。

4.10儀表和控制系統(tǒng)選擇

（1）控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)選用西門子中型PLC控制系統(tǒng)：優(yōu)先采用Siemens的工業(yè)自動化系統(tǒng)的S7-1500系列，以及數(shù)字量、模擬量I\O單元，組成分散集中控制系統(tǒng)，設(shè)置于站內(nèi)操作室。本系統(tǒng)設(shè)開關(guān)量I/O點(diǎn)用于泵和閥門的控制，設(shè)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(wǎng)絡(luò)通訊。CPU與分布式I/O，VSD以及閥島間的現(xiàn)場總線，須采用Profinet網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)卡的IP地址遵循工廠規(guī)定。模擬量模件不超過8通道，數(shù)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(gè)運(yùn)行環(huán)境溫度范圍內(nèi)，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?？蛇B接2線制或4線制變送器。模擬量輸出4~20mA，具有驅(qū)動回路阻抗大于750Ω的負(fù)載能力。數(shù)字量輸入可以接收干接點(diǎn)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(shù)字量輸出：數(shù)字量輸出模件采用隔離輸出，通過中間繼電器驅(qū)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(yīng)至少提供兩副SPDT接點(diǎn)，接點(diǎn)電流容量滿足實(shí)際需求。（2）流量儀表。流量測量采用法蘭取壓同心孔板，根據(jù)工藝對控制及管理的要求，本設(shè)計(jì)對高效旋流出水濁度、調(diào)節(jié)池液位，反洗水池液位、高效旋流進(jìn)水管流量等工藝參數(shù)進(jìn)行連續(xù)檢測。儀表檢測值除供現(xiàn)場顯示外，所有信息經(jīng)PLC同時(shí)送入電腦屏。（3）液位儀表。a.液位計(jì)選用超聲波液位計(jì)；根據(jù)使用的區(qū)域和介質(zhì)特性選擇磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)。b.液位報(bào)警來自變送器的模擬信號或液位開關(guān)的接點(diǎn)信號。c.用于聯(lián)鎖系統(tǒng)的信號由單獨(dú)安裝的開關(guān)或變送器提供。

5結(jié)語

（1）本次擴(kuò)容改造采用合同能源管理模式，項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)、采購、施工監(jiān)測等費(fèi)用均有第三方服務(wù)公司承擔(dān)，減少了單位一次性資金投入；項(xiàng)目建成后，設(shè)備的維護(hù)、運(yùn)營由第三方服務(wù)公司承擔(dān)，單位降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)；合同能源管理模式合同結(jié)束后，環(huán)保設(shè)備和效益均歸企業(yè)所有。（2）運(yùn)行費(fèi)用低，主要體現(xiàn)在PAC和PAM用藥量方面，傳統(tǒng)的處理工藝處理1t水所需用藥量費(fèi)用約為0.4元左右，使用高效旋流凈化技術(shù)用藥量費(fèi)用為0.17元左右，是傳統(tǒng)工藝的1/2~1/3，按照目前每天處理礦井水量為6000t左右計(jì)算，每年節(jié)約的費(fèi)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(tǒng)工藝的1/8~1/4，廢水停留時(shí)間≤30min，出水SS為5~30mg/L，處理后的水可直接回用、達(dá)標(biāo)排放。（4）新污水處理站建造后污水排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426—2006）表2新建（擴(kuò)、改）生產(chǎn)線排放標(biāo)準(zhǔn)，且污染物濃度降低，外排水各污染物指標(biāo)量降低。

參考文獻(xiàn)

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

作者:李光華 單位:安陽市主焦煤業(yè)有限責(zé)任公司