矿井废水过滤处理工艺

　　煤炭开采过程中会伴随产出大量的矿井水，矿井废水具有悬浮物高、水质波动大的特点，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。

　　一、试验背景

　　本次试验选择在河南某矿进行，该矿在地下1000多米处进行采煤作业，矿井废水需要经泵从井下提升至地面的沉淀池进行处理，占地面积大且能耗高。本次试验选用的设备是可在井下实现“高效絮凝+碟片过滤”工艺的一体化高效处理装置，能够连续自动运行，出水直接用作地下喷淋用水或消防用水。

　　二、试验方法

　　2.1　进水水质分析

　　由于矿井废水水质不稳定，其主要污染物为悬浮物(SS)，本次试验对矿井废水的浊度进行了连续的检测，可间接反映SS的含量变动。如图1所示，浊度变动范围为80～1100NTU，大多数时间主要集中在100～500NTU。

　　2.2　试验工艺流程

　　2.2.1　工艺说明

　　试验工艺流程如图2所示，由于矿井废水悬浮物含量高，直接进碟片过滤器会造成污堵，故先加少量絮凝剂进行沉淀，上清液进入一级50μm碟片过滤器，去除水中粒径大于50μm的悬浮物，一级碟片过滤器产水进入二级5μm碟片过滤器继续过滤，除去水中残留的小颗粒悬浮物，最终出水水质满足排放及回用标准。

　　本次试验选取了公司专利技术级别的碟片过滤器，具有处理流量大、压力操作低、占地面积小的特点。本碟片过滤器装置反洗仅需要提供气源，不需要配额外的反洗泵，而且反洗时间短，整个反洗过程仅需要6s，节约水利用率。碟片的材质采用专有高分子材料，具有疏油脂、耐腐蚀、高强度和高硬度的特点。整个碟片过滤装置的组装简单，每个模块仅含有3个自动阀门。

　　2.2.2　试验主要设备参数

　　试验主要设备参数如表1所示。

　　2.3　加药试验结果

　　本次中试试验在最具代表性的原水浊度(500NTU左右)下进行，其间分别选取硅藻土、PAC、聚合硫酸铁及新型复合絮凝剂4种药剂进行烧杯试验。

　　2.3.1　硅藻土试验

　　由图3可知，硅藻土试验加药量极大，加药量高达1500mg/L时，浊度去除率仍然不理想，分析原因为硅藻土自带浊度，有吸附悬浮物的作用但吸附效果不够理想，且需要更长时间静置才能达到要求。

　　2.3.2　聚合硫酸铁试验

　　由图4可得，聚合硫酸铁加药量较少，100mg/L的聚铁5min的浊度去除效率超过90%，半小时浊度去除率高达96%。但是，由于三价铁离子的原因，静置后的上清液会有一定的色度，呈现淡黄色，会对出水带来一定的色度问题。

　　2.3.3　PAC试验

　　由图5可得，PAC加药量同聚合硫酸铁差不多，100mg/L的加药量5min的浊度去除率高达90%，200mg/L的加药量5min中的浊度去除率超过96%，但PAC加药形成的絮体大且松散，淤泥量大。

　　2.3.4　新型复合絮凝剂试验

　　由图6可知，新型复合絮凝剂药剂加药量最小，50mg/L的加药量5min的浊度去除率超过97%，即5min浊度可以由初始的500NTU下降至16NTU，沉降速度快，沉降时间短，且淤泥量小于同等加药量的PAC。

　　2.4　碟片过滤器运行趋势分析

　　碟片过滤器运行参数如下。运行流量为16～30t/h，反洗压差设定为0.138MPa，反洗气压力为0.8MPa，反洗时间为6s，反洗水量为140L/次。

　　由表2可得，随着浊度的降低，反洗频率增加，过滤器的水利用率增加。当进水浊度小于120NTU时，反洗频率较低，过滤器的水利用率高达96%，但当进水浊度大于150NTU时，反洗频率会大大增加，过滤器水利用率会下降。

　　2.5　碟片过滤器产水粒径分析

　　水质检测数据表明，经过碟片过滤器过滤后，产水中颗粒物粒径小于5μm，产水中的悬浮物主要粒径分布在100～1000nm，如图7所示。

　　2.6　出水水质

　　经絮凝沉淀及过滤后，出水水质满足表3指标要求。

　　2.7　运行成本分析

　　运行能耗主要包含加药系统电耗和过滤器电耗，基本固定，以0.5元/吨水估算，因此运行综合成本的高低主要取决于在于药剂投加成本。从表4得知，硅藻土投加量最大，因此“硅藻土+碟片过滤”综合成本最高，最不经济。“复合无机絮凝剂+碟片过滤”综合成本适中，满足经济性要求。PAC和聚铁加药成本最为经济，但是加药量为复合无机絮凝剂加药量的2倍，淤泥量大，且沉降速度较慢。

　　三、结果分析

　　本次试验得出，针对矿井水的最佳絮凝药剂是新型复合絮凝剂，该药剂沉降速度快，投加量少，针对高悬浮物的矿井水，该药剂在投加量50mg/L下可得到理想的效果。本试验所述的新型复合絮凝剂是一种由粉煤灰改性得到的药剂，该絮凝剂具有环境友好、成本较低等优点。由于新型絮凝剂主要成分是煤粉，它和沉淀出来的污泥属于同一类物质，极大地减少了药剂导致的污染。

　　本次试验验证了“新型复合絮凝剂+碟片式过滤器”在采煤废水处理上有很好的处理效果。经加药沉淀后，碟片式过滤器可以高效稳定、低能耗地运行，碟片式过滤器的反洗频率大于1h，其中新型絮凝剂的投加量低于传统的PAC，淤泥量较少。在原水500NTU的浊度下，10min内浊度去除率可以达到99%且浊度小于5NTU，产水可以满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》(GB50383―2016)中的附录B《井下消防、洒水水质标准》相关指标。

　　试验采用的公司专利碟片过滤器，过滤精度高，纳污能力强，设备运行全自动化控制，反洗可以实现定时反洗或者压力反洗，无须人为干涉，无须额外的反洗泵，反洗时采用了高压气和水联合反洗，高压下大流量冲刷确保了反洗的效果好，反洗时间短且反洗用水量小，完全适用于井下工作。（来源：上海缘脉环境科技有限公司）