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旋流凈化技術(shù)在礦井水處理中的應(yīng)用

時(shí)間:2022-10-13 17:36:04

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旋流凈化技術(shù)在礦井水處理中的應(yīng)用

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(guò)初沉淀后由泵提升通過(guò)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(cāng)清倉(cāng)時(shí),懸浮物含量最高可達(dá)上萬(wàn)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(duì)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(dòng)化程度高的設(shè)備,不增加運(yùn)營(yíng)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)常壓旋流、二級(jí)旋流離心分離、紊態(tài)造粒污泥層流態(tài)過(guò)濾等過(guò)程,把小膠粒聚集成大膠粒團(tuán),完成廢水的多級(jí)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(guò)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(guò)清水池外排。旋流器的反洗排水排放至調(diào)節(jié)池。經(jīng)過(guò)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(guò)污泥泵排至壓濾機(jī)內(nèi),經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后通過(guò)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(chǎng)情況,主罐體設(shè)備的布置位置及煤泥池(全地下、無(wú)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(duì)接煤泥導(dǎo)料斗是、輸送配皮帶,對(duì)接外運(yùn)車?yán)咄膺\(yùn)。旋流凈化工藝的流程見(jiàn)下圖,礦井來(lái)水進(jìn)入調(diào)節(jié)池緩沖,通過(guò)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(guò)混凝器產(chǎn)生對(duì)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(guò)污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行處理后,泥餅通過(guò)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(zhǎng)×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(wú)需新建,在原有調(diào)節(jié)初沉淀池處安裝2臺(tái)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(cāng)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(guò)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(cāng),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(zhǎng)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(guò)混凝器產(chǎn)生對(duì)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(guò)旋流、混凝、沉淀、懸浮泥渣層過(guò)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(guò)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(guò)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(jí)凈化。懸浮物顆粒沉積在下端泥斗,通過(guò)排泥管道將污泥排放至污泥池。該工藝簡(jiǎn)化了井下水處理工藝,通過(guò)旋流分離可大幅度預(yù)沉懸浮物,減少了對(duì)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)力配電屏,向站內(nèi)所有動(dòng)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(dòng)/手動(dòng)兩種操作。自動(dòng)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(chóng)蛀。低壓電纜與儀控電纜最小間距標(biāo)準(zhǔn)為200mm,動(dòng)力電纜、控制電纜均沒(méi)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(dòng)力電纜選用ZR-YJV-0.6/1kV等級(jí)的銅電纜,阻燃等級(jí)為C類。b.測(cè)量和控制電纜:測(cè)量和控制電纜選用C級(jí)阻燃型,并且最小導(dǎo)體截面為1.5mm2。弱電信號(hào)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(kāi)關(guān)設(shè)置過(guò)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(guò)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。現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)大于45kW的電機(jī)均要在現(xiàn)場(chǎng)安裝電流表顯示電流,對(duì)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(hào)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(mén)子中型PLC控制系統(tǒng):優(yōu)先采用Siemens的工業(yè)自動(dòng)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(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)用于泵和閥門(mén)的控制,設(shè)模擬量為儀表檢測(cè)控制信號(hào),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(chǎng)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(guò)8通道,數(shù)字量模件不超過(guò)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(hào)±0.1%;模擬量輸出信號(hào)±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(dòng)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(hào)和電子信號(hào),并提供查詢電壓24VDC,并具有防抖動(dòng)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(guò)中間繼電器驅(qū)動(dòng)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?jī)x表。流量測(cè)量采用法蘭取壓同心孔板,根據(jù)工藝對(duì)控制及管理的要求,本設(shè)計(jì)對(duì)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(cè)。儀表檢測(cè)值除供現(xiàn)場(chǎng)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(lái)自變送器的模擬信號(hào)或液位開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)信號(hào)。c.用于聯(lián)鎖系統(tǒng)的信號(hào)由單獨(dú)安裝的開(kāi)關(guān)或變送器提供。

5結(jié)語(yǔ)

(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(gòu)、施工監(jiān)測(cè)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(yíng)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(wàn)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(yáng)市主焦煤業(yè)有限責(zé)任公司