礦井水是在煤炭開采過(guò)程中排出的大量礦井涌水, 山西古交屯蘭礦的井水水質(zhì)特征屬于含懸浮物礦井水, 主要污染物為煤粒、煤粉、巖粒、巖粉等懸浮物, 呈灰黑色, 渾濁度較高, 并且細(xì)菌含量較多。

西山古交給排水公司凈化水廠承擔(dān)著為屯蘭礦處理礦井水的任務(wù), 日處理水量為5000t。核心處理設(shè)備為兩臺(tái)處理能力為150m³/h 的2001- 150 型一體化凈水器。其主要工藝為:

屯蘭礦的井下污水通過(guò)該凈水器的處理后, 出水水質(zhì)可達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn), 處理后清水供屯蘭礦作為井下生產(chǎn)用水、綠化及沖洗公共場(chǎng)所用水。處理過(guò)程中產(chǎn)生的煤泥通過(guò)煤泥泵輸送至屯蘭選煤廠, 壓濾脫水后, 供電廠使用。

1.2001- 150 型一體化凈水器構(gòu)成及特點(diǎn)

一體化凈水器集反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾處理于一體, 實(shí)現(xiàn)了全水力自控排泥與反沖洗, 省去了傳統(tǒng)反沖洗水泵或水箱系統(tǒng)。一經(jīng)調(diào)試投入運(yùn)行后就很少需要人管理。設(shè)備堅(jiān)固耐用, 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。被稱為“全自動(dòng)”式凈水器。該裝置是一種圓形鋼結(jié)構(gòu)凈水設(shè)備, 它在沉淀和過(guò)濾兩個(gè)處理單元中實(shí)現(xiàn)了全水力自控排泥和沖洗。徹底解決了傳統(tǒng)無(wú)閥濾池中由于“挾氣運(yùn)行”問(wèn)題帶來(lái)的不沖洗、假?zèng)_洗、連續(xù)沖洗和脈沖式進(jìn)水等危害。運(yùn)行可靠, 自身耗水量少, 運(yùn)行費(fèi)用低, 噸水投資省, 是一種先進(jìn)、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的水處理設(shè)備。

( 1) 技術(shù)參數(shù)。一體化凈水器為圓形平底鋼結(jié)構(gòu), 設(shè)備下部中間為反應(yīng)區(qū), 使水流形成渦流運(yùn)動(dòng), 其中安裝數(shù)層?xùn)艞l, 設(shè)備上部為上向流斜管沉淀區(qū), 設(shè)備下部周圍為多格過(guò)濾室。其設(shè)計(jì)處理水量150m³/h, 外型尺寸Φ6180mm×6180mm, 反應(yīng)時(shí)間12min, 過(guò)濾速度12m/h, 過(guò)濾周期大于12h, 沖洗強(qiáng)度15L/( s·m²) , 排泥周期大于6h, 沖洗方式為水力自控反沖洗, 排泥方式為錐底開孔環(huán)管排泥。采用無(wú)煙煤石英砂雙層均質(zhì)濾料, 上層無(wú)煙煤 400mm, 下層石英砂400mm。

( 2) 反應(yīng)室。反應(yīng)室共分5 層, 反應(yīng)單元運(yùn)用微渦旋理論, 采用了管板反應(yīng)室, 使水流在多層管與板之間穿行、收縮與放大, 形成強(qiáng)烈的慣性效應(yīng)和對(duì)脫穩(wěn)微粒的揉動(dòng)作用?？刂茰u旋尺度的適度演變, 促進(jìn)微絮體的有效碰撞, 加速形成密實(shí)且易沉淀的絮凝體, 從而大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。使絮凝效率大大提高, 它可在12min 內(nèi)有效完成絮凝。

( 3) 沉淀室。采用斜管沉淀原理設(shè)計(jì)而成, 利用絮凝室在泥斗以上布水, 既充分利用了布水區(qū)所形成的懸浮層的吸附過(guò)濾作用, 減輕斜管負(fù)荷, 提高出水水質(zhì), 又不干擾泥斗的沉泥作用, 降低了排泥含水率。采用沉淀室虹吸式自動(dòng)排泥技術(shù), 可以調(diào)整排泥周期。斜管沉淀室安裝內(nèi)切圓Φ50mmUPVC 斜管, 并根據(jù)水質(zhì)要求配以較合理的上升流速設(shè)計(jì), 使沉淀室出水水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于一般設(shè)備, 從而大大減輕了過(guò)濾室的負(fù)擔(dān), 延長(zhǎng)了過(guò)濾周期, 減少了自身用水量。從反應(yīng)室配水系統(tǒng)配出的水在斜管的下方上升, 經(jīng)過(guò)從斜管中沉降下來(lái)的高濃度絮凝再度反應(yīng), 接觸反應(yīng)后進(jìn)入斜管沉淀。清水上升并收入集水管( 或環(huán)形水槽) 完成沉淀任務(wù)。 ( 4) 過(guò)濾室。利用無(wú)閥濾池與虹吸濾池原理設(shè)計(jì)的無(wú)清水箱無(wú)閥濾池, 利用多格濾池并聯(lián)運(yùn)行, 當(dāng)一格濾池反沖洗時(shí), 其他濾池自動(dòng)向沖洗池供應(yīng)沖洗水, 出水管同時(shí)自動(dòng)停止出水。過(guò)濾室內(nèi)集水管( 或環(huán)形水槽) 收集的水經(jīng)過(guò)濾池進(jìn)水豎井進(jìn)入每格濾室的配水管下行進(jìn)入過(guò)濾層過(guò)濾, 濾后水從出水管送入清水池。特點(diǎn)如下: ①取消了清水箱, 克服了清水箱變水位、變強(qiáng)度沖洗的缺點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)了恒水位沖洗, 從而提高了對(duì)濾料的洗凈度。② 設(shè)備高度比有清水箱無(wú)閥濾池降低了一半, 可以與普通沉淀池在同一高度基礎(chǔ)上配套。將沉淀室設(shè)在過(guò)濾室上面, 也未超過(guò)有清水箱無(wú)閥濾池的高度。③破壞斗設(shè)在凈水器之外, 不但可以方便地調(diào)整沖洗歷時(shí), 并且解決了需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)沖洗濾料的關(guān)鍵。④沖洗后停水時(shí)間短, 由于沒(méi)有了濾池上部清水箱, 在反沖洗完畢后, 可以立即恢復(fù)供水, 從而減少了構(gòu)筑物的調(diào)節(jié)體積。濾料選用均質(zhì)濾料或無(wú)煙煤和石英砂雙層濾料, 其吸附性能好, 截污和含污能力強(qiáng), 使用壽命更長(zhǎng), 并用低濾速運(yùn)行, 使過(guò)濾周期比一般設(shè)備長(zhǎng)一倍, 出水水質(zhì)更好。

( 5) 自動(dòng)排泥與自動(dòng)反沖洗。

①自動(dòng)排泥: 在沉淀池的外側(cè)有大計(jì)時(shí)斗, 斗上裝有水嘴和浮球開關(guān)。當(dāng)水嘴將大計(jì)時(shí)斗裝滿時(shí), 浮球開關(guān)打開, 迅速進(jìn)水, 促使斗內(nèi)小虹吸管產(chǎn)生虹吸。抽去排泥虹吸管內(nèi)的空氣而產(chǎn)生排泥虹吸, 沉淀室底的污泥便從排泥多孔管進(jìn)入, 經(jīng)排泥虹吸管排出。當(dāng)水被吸完后, 空氣便從小虹吸管進(jìn)入排泥虹吸管而破壞排泥虹吸, 則排泥停止。

②排泥周期與排泥時(shí)間的控制: 調(diào)節(jié)水嘴裝滿大計(jì)時(shí)斗的周期控制排泥周期, 調(diào)節(jié)小虹吸管上閥門吸掉斗內(nèi)存水的時(shí)間控制排泥時(shí)間。

③自動(dòng)反沖洗: 隨著過(guò)濾時(shí)間的增長(zhǎng), 濾層內(nèi)的阻力逐漸增加, 反沖洗虹吸上升管內(nèi)的水位便隨之上升。當(dāng)水位上升到虹吸輔助口( 最高點(diǎn)) 時(shí), 小虹吸管開始虹吸, 抽去大虹吸管中的空氣而產(chǎn)生反沖洗虹吸。將需反沖洗過(guò)濾室中的水吸走, 其他各池的濾后水從室底流來(lái)補(bǔ)充, 對(duì)過(guò)濾室的濾料進(jìn)行反沖洗。

④反沖洗停止: 當(dāng)虹吸上升管中水位到達(dá)虹吸輔助口時(shí), 小計(jì)時(shí)斗上的引水管自動(dòng)向斗內(nèi)裝水, 產(chǎn)生反沖洗虹吸后, 引水自動(dòng)停止。斗內(nèi)的水從斗底的水嘴排出, 當(dāng)排盡斗內(nèi)存水時(shí), 空氣從虹吸破壞管內(nèi)進(jìn)入反沖洗虹吸系統(tǒng)而破壞反洗虹吸, 反沖洗停止。

⑤反沖洗歷時(shí)和沖洗強(qiáng)度調(diào)節(jié): 沖洗歷時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)小計(jì)時(shí)斗水嘴的開啟度來(lái)實(shí)現(xiàn)。沖洗強(qiáng)度靠調(diào)節(jié)虹吸下降管口的強(qiáng)度調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn), 將閘板上提反沖洗強(qiáng)度大, 反之強(qiáng)度小。流量根據(jù)排水溝中的可流動(dòng)斷面來(lái)計(jì)算。

2.一體化凈水器處理前后水質(zhì)比較

西山煤電集團(tuán)古交給排水公司凈化水廠, 自2004 年10 月一體化凈水器正式投產(chǎn)運(yùn)行以后, 運(yùn)行狀況良好。pH 由7.4 降為7.3, 如表1 數(shù)據(jù)所示, 出水滿足屯蘭礦井下生產(chǎn)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.結(jié)語(yǔ)

一體化凈水器反應(yīng)區(qū)柵條絮凝效果理想, 生成的礬花大且密實(shí), 易于沉淀。采用錐底濃縮多孔環(huán)管的水力自控排泥, 排泥徹底, 自耗水量少。

無(wú)清水箱無(wú)閥過(guò)濾室徹底解決了因“挾氣運(yùn)行”帶來(lái)的不沖洗、假?zèng)_洗、連續(xù)沖洗和脈沖式進(jìn)水以及出水水質(zhì)差等問(wèn)題。濾料采用雙層均質(zhì)濾料使濾層含污和截污能力增強(qiáng), 過(guò)濾周期大大延長(zhǎng), 減少了設(shè)備的自用水量。反沖洗水頭高而穩(wěn)定, 可大幅度調(diào)整沖洗歷時(shí), 從而克服了無(wú)閥濾池反沖洗不徹底和停水時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

設(shè)備沖洗均為水力自控, 克服了人工沖洗造成的缺點(diǎn)。并且設(shè)備外圍系統(tǒng)簡(jiǎn)單, 不需另設(shè)反沖洗泵及相關(guān)的管線、電器控制系統(tǒng)等。避免了由于以上原因造成不穩(wěn)定因素, 因而自身運(yùn)行具有非常好的穩(wěn)定性及可靠性。

由于設(shè)備實(shí)現(xiàn)了水力自控排泥與反沖洗, 在調(diào)試投入運(yùn)行后基本上不用管理。大量減輕了體力勞動(dòng)。反沖洗不用動(dòng)力, 降低了水處理成本, 解決了最關(guān)鍵、最復(fù)雜的部分自控系統(tǒng)。而且水力自控比電控經(jīng)久耐用, 不出故障。

在礦井水處理過(guò)程中, 采用集絮凝反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾于一體的凈水設(shè)備, 具有較好的水處理效果及較滿意的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值, 同時(shí)能減少占地面積, 節(jié)省投資, 是礦井水處理理想、經(jīng)濟(jì)的水處理池型之一, 有著廣闊的發(fā)展前景

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