矿井水是在煤炭开采过程中排出的大量矿井涌水, 山西古
交屯兰矿的井水水质特征属于含悬浮物矿井水, 主要污染物为
煤粒、煤粉、岩粒、岩粉等悬浮物, 呈灰黑色, 浑浊度较高, 并且细
菌含量较多。
西山古交给排水公司净化水厂承担着为屯兰矿处理矿井水
的任务, 日处理水量为5000t。核心处理设备为两台处理能力
为150m3/h 的2001- 150 型一体化净水器。其主要工艺为:
井下污水→调节池→提升泵房一体化净水器→
→井下生产用水
→消毒→复用水池→→绿化
→冲洗公共场所
屯兰矿的井下污水通过该净水器的处理后, 出水水质可达
到国家一级排放标准, 处理后清水供屯兰矿作为井下生产用水、
绿化及冲洗公共场所用水。处理过程中产生的煤泥通过煤泥泵
输送至屯兰选煤厂, 压滤脱水后, 供电厂使用。
1.2001- 150 型一体化净水器构成及特点
一体化净水器集反应、沉淀、过滤处理于一体, 实现了全水
力自控排泥与反冲洗, 省去了传统反冲洗水泵或水箱系统。一经
调试投入运行后就很少需要人管理。设备坚固耐用, 系统运行安
全可靠。被称为“全自动”式净水器。该装置是一种圆形钢结构净
水设备, 它在沉淀和过滤两个处理单元中实现了全水力自控排
泥和冲洗。彻底解决了传统无阀滤池中由于“挟气运行”问题带
来的不冲洗、假冲洗、连续冲洗和脉冲式进水等危害。运行可靠,
自身耗水量少, 运行费用低, 吨水投资省, 是一种先进、简便、经
济的水处理设备。
( 1) 技术参数。一体化净水器为圆形平底钢结构, 设备下部
中间为反应区, 使水流形成涡流运动, 其中安装数层栅条, 设备上
部为上向流斜管沉淀区, 设备下部周围为多格过滤室。其设计处
理水量150m3/h, 外型尺寸Φ6180mm×6180mm, 反应时间12min,
过滤速度12m/h, 过滤周期大于12h, 冲洗强度15L/( s·m2) , 排泥
周期大于6h, 冲洗方式为水力自控反冲洗, 排泥方式为锥底开孔
环管排泥。采用无烟煤石英砂双层均质滤料, 上层无烟煤
400mm, 下层石英砂400mm。
( 2) 反应室。反应室共分5 层, 反应单元运用微涡旋理论, 采
用了管板反应室, 使水流在多层管与板之间穿行、收缩与放大,
形成强烈的惯性效应和对脱稳微粒的揉动作用。控制涡旋尺度
的适度演变, 促进微絮体的有效碰撞, 加速形成密实且易沉淀的
絮凝体, 从而大大缩短了反应时间。使絮凝效率大大提高, 它可
在12min 内有效完成絮凝。
( 3) 沉淀室。采用斜管沉淀原理设计而成, 利用絮凝室在泥
斗以上布水, 既充分利用了布水区所形成的悬浮层的吸附过滤作
用, 减轻斜管负荷, 提高出水水质, 又不干扰泥斗的沉泥作用, 降
低了排泥含水率。采用沉淀室虹吸式自动排泥技术, 可以调整排
泥周期。斜管沉淀室安装内切圆Φ50mmUPVC 斜管, 并根据水质
要求配以较合理的上升流速设计, 使沉淀室出水水质远优于一般
设备, 从而大大减轻了过滤室的负担, 延长了过滤周期, 减少了自
身用水量。从反应室配水系统配出的水在斜管的下方上升, 经过
从斜管中沉降下来的高浓度絮凝再度反应, 接触反应后进入斜管
沉淀。清水上升并收入集水管( 或环形水槽) 完成沉淀任务。
( 4) 过滤室。利用无阀滤池与虹吸滤池原理设计的无清水箱
无阀滤池, 利用多格滤池并联运行, 当一格滤池反冲洗时, 其他
滤池自动向冲洗池供应冲洗水, 出水管同时自动停止出水。过滤
室内集水管( 或环形水槽) 收集的水经过滤池进水竖井进入每格
滤室的配水管下行进入过滤层过滤, 滤后水从出水管送入清水
池。特点如下: ①取消了清水箱, 克服了清水箱变水位、变强度冲
洗的缺点, 实现了恒水位冲洗, 从而提高了对滤料的洗净度。②
设备高度比有清水箱无阀滤池降低了一半, 可以与普通沉淀池
在同一高度基础上配套。将沉淀室设在过滤室上面, 也未超过有
清水箱无阀滤池的高度。③破坏斗设在净水器之外, 不但可以方
便地调整冲洗历时, 并且解决了需要长时间连续冲洗滤料的关
键。④冲洗后停水时间短, 由于没有了滤池上部清水箱, 在反冲
洗完毕后, 可以立即恢复供水, 从而减少了构筑物的调节体积。
滤料选用均质滤料或无烟煤和石英砂双层滤料, 其吸附性能好,
截污和含污能力强, 使用寿命更长, 并用低滤速运行, 使过滤周
期比一般设备长一倍, 出水水质更好。
( 5) 自动排泥与自动反冲洗。
①自动排泥: 在沉淀池的外侧有大计时斗, 斗上装有水嘴
和浮球开关。当水嘴将大计时斗装满时, 浮球开关打开, 迅速进
水, 促使斗内小虹吸管产生虹吸。抽去排泥虹吸管内的空气而产
生排泥虹吸, 沉淀室底的污泥便从排泥多孔管进入, 经排泥虹吸
管排出。当水被吸完后, 空气便从小虹吸管进入排泥虹吸管而破__
坏排泥虹吸, 则排泥停止。
②排泥周期与排泥时间的控制: 调节水嘴装满大计时斗的
周期控制排泥周期, 调节小虹吸管上阀门吸掉斗内存水的时间
控制排泥时间。
③自动反冲洗: 随着过滤时间的增长, 滤层内的阻力逐渐增
加, 反冲洗虹吸上升管内的水位便随之上升。当水位上升到虹吸
辅助口( 最高点) 时, 小虹吸管开始虹吸, 抽去大虹吸管中的空气
而产生反冲洗虹吸。将需反冲洗过滤室中的水吸走, 其他各池的
滤后水从室底流来补充, 对过滤室的滤料进行反冲洗。
④反冲洗停止: 当虹吸上升管中水位到达虹吸辅助口时, 小
计时斗上的引水管自动向斗内装水, 产生反冲洗虹吸后, 引水自
动停止。斗内的水从斗底的水嘴排出, 当排尽斗内存水时, 空气
从虹吸破坏管内进入反冲洗虹吸系统而破坏反洗虹吸, 反冲洗
停止。
⑤反冲洗历时和冲洗强度调节: 冲洗历时通过调节小计时
斗水嘴的开启度来实现。冲洗强度靠调节虹吸下降管口的强度
调节器来实现, 将闸板上提反冲洗强度大, 反之强度小。流量根
据排水沟中的可流动断面来计算。
2.一体化净水器处理前后水质比较
西山煤电集团古交给排水公司净化水厂, 自2004 年10 月
一体化净水器正式投产运行以后, 运行状况良好。pH 由7.4 降
为7.3, 如表1 数据所示, 出水满足屯兰矿井下生产水质标准的
要求。
表1 处理前后的比较 mg/l
|
项目 |
COD |
SS |
BOD5 |
DO |
|
处理前 |
60 |
480 |
9.8 |
2.4 |
|
处理后 |
10 |
11 |
2.2 |
3.2 |
一体化净水器反应区栅条絮凝效果理想, 生成的矾花大且
密实, 易于沉淀。采用锥底浓缩多孔环管的水力自控排泥, 排泥
彻底, 自耗水量少。
无清水箱无阀过滤室彻底解决了因“挟气运行”带来的不冲
洗、假冲洗、连续冲洗和脉冲式进水以及出水水质差等问题。滤
料采用双层均质滤料使滤层含污和截污能力增强, 过滤周期大
大延长, 减少了设备的自用水量。反冲洗水头高而稳定, 可大幅
度调整冲洗历时, 从而克服了无阀滤池反冲洗不彻底和停水时
间长的缺点。
设备冲洗均为水力自控, 克服了人工冲洗造成的缺点。并且
设备外围系统简单, 不需另设反冲洗泵及相关的管线、电器控制
系统等。避免了由于以上原因造成不稳定因素, 因而自身运行具
有非常好的稳定性及可靠性。
由于设备实现了水力自控排泥与反冲洗, 在调试投入运行
后基本上不用管理。大量减轻了体力劳动。反冲洗不用动力, 降
低了水处理成本, 解决了最关键、最复杂的部分自控系统。而且
水力自控比电控经久耐用, 不出故障。
在矿井水处理过程中, 采用集絮凝反应、沉淀、过滤于一体
的净水设备, 具有较好的水处理效果及较满意的实际运用价值,
同时能减少占地面积, 节省投资, 是矿井水处理理想、经济的水
处理池型之一, 有着广阔的发展前景