1、概況

煤炭在我國能源結構中占70%以上，煤炭開(kāi)采過(guò)程中排放大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成污染，同時(shí)造成水資源的浪費，無(wú)法實(shí)現環(huán)境保護和水資源循環(huán)利用。

山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司位于忻州市河曲縣鹿固鄉，該區域處于山地區域，常年干旱少雨，年降水量211.4~714.3mm，年蒸發(fā)量1805.7mm，蒸發(fā)量一般是降水量的4倍，水資源匱乏，且地表水多為間歇性河流，枯洪水季節流量相當懸殊。因此，在礦井生產(chǎn)過(guò)程中處置和利用好煤礦污水資源，對磁窯溝煤業(yè)生態(tài)環(huán)境保護、水資源保護及綜合利用，降低成本以及可持續發(fā)展具有重要意義。

磁窯溝煤業(yè)原礦井污水處理站處理能力為100m3/h，采用“預沉調節+多介質(zhì)過(guò)濾+陶瓷膜過(guò)濾”工藝，執行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)。根據山西省人民政府辦公廳《關(guān)于印發(fā)山西省水污染防治2018年行動(dòng)計劃的通知》(晉政辦發(fā)[2018]55號)及《忻州市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)忻州市水污染防治2018年行動(dòng)計劃的通知》(忻政辦發(fā)[2018]103號)要求，煤礦外排礦井水2018年12月31日前執行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類(lèi)標準，磁窯溝煤業(yè)井下污水處理站現有工藝不能滿(mǎn)足新標準要求，需進(jìn)行提標改造。因此，結合原礦井污水處理站存在的問(wèn)題等實(shí)際因素，對污水處理站重新進(jìn)行規劃設計并進(jìn)行改造。

2、礦井污水處理站

磁窯溝煤業(yè)礦井污水處理站建設于2012年，設計處理能力100m3/h，10月份建成投用，采用“預沉調節+多介質(zhì)過(guò)濾+陶瓷膜過(guò)濾”工藝，執行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)，如圖1所示。

改造前井下涌水量約為90m3/h，即2160m3/d，井下采掘過(guò)程產(chǎn)生的廢水匯集到中央水倉，中央水泵房設置4臺型號為MD280-43x5排水泵，電機功率250kW，1用2備1檢修，涌水經(jīng)2趟ф219mm水管，排至距地面180m的污水處理站預沉調節池內，相當于200~220m3/h的水量連續運行10~12h，排水量和時(shí)間相對集中。

3、原礦井污水處理站存在的問(wèn)題

3.1 預沉調節池容量偏小

原礦井污水處理站預沉調節池容積為800m3,受水文地質(zhì)條件的影響，目前井下涌水量較原地質(zhì)報告有所增大，按200~220m3/h相對集中水量計算，水流停留時(shí)間較短，沉淀預處理效果差。目前預沉調節池長(cháng)深比為25/5.4=4.63，參考平流沉淀池的要求，根據《室外排水設計規范》GB50014規定，為了控制池內的流速與沉降距離，平流沉淀池長(cháng)度與有效水深之比不宜小于8，否則水流不易均勻平穩，影響沉淀效率。煤礦井下涌水懸浮物濃度較大，由于沉淀效果差、排泥困難，導致未經(jīng)有效處置的污水進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器和陶瓷膜過(guò)濾器，加重了過(guò)濾設備的負擔。

3.2 未設置混凝沉淀環(huán)節

正常情況下進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器懸浮物不宜超過(guò)30mg/L，根據實(shí)操經(jīng)驗，進(jìn)入過(guò)濾處理單元時(shí)，礦井水的濁度要<20NTU，否則會(huì )造成過(guò)濾器頻繁啟動(dòng)及反沖洗，嚴重時(shí)會(huì )造成濾料板結。原處理系統沒(méi)有設置混凝沉淀段，礦井污水中的懸浮物未經(jīng)有效預沉處理直接通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器和陶瓷膜過(guò)濾器截留，設備負荷嚴重超標，造成過(guò)濾器內部嚴重板結、堵塞。

3.3 未設置污泥濃縮裝置

原系統配套有一座污泥濃縮池，泥水分離效果差，未達到進(jìn)入板壓環(huán)節要求條件而直接進(jìn)入板框壓濾機，造成板框壓濾機工作周期增長(cháng)且壓泥效果不佳。

3.4 加藥裝置不完善

原系統設置有PAC和PAM加藥裝置各1臺，僅有儲藥箱和簡(jiǎn)易攪拌裝置，無(wú)流量泵，藥劑靠操作人員經(jīng)驗投加，自流進(jìn)入池體，不能實(shí)現藥劑的科學(xué)配比和計量功能。

3.5 控制系統不完善

原系統投運前沒(méi)有形成完整操控系統，有的閥門(mén)為氣動(dòng)，有的為手動(dòng)，沒(méi)有實(shí)現原設計方案既定效果，且部分閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)關(guān)可視功能，閥門(mén)的開(kāi)啟度不能保證；指令不暢、存在誤動(dòng)作。

3.6 反沖洗系統存在問(wèn)題

由于過(guò)濾器前的預處理效率低，過(guò)濾器的反沖洗次數頻繁，加之反沖洗水泵選型不當，泵的流量、揚程偏小，整個(gè)反沖洗系統運行效率低，濾料沖洗不到位，直接影響系統的正常運行，降低了污水處理站的處理效率。

4、提標改造設計方案

4.1 處理站規模的確定

為確保礦井生產(chǎn)持續穩定發(fā)展及正常接序，考慮到后期礦井下水平延深，礦井涌水量增加等因素，提標改造在充分利用現有設施、設備基礎上，處理站規模按240m3/h考慮，其中一期提標改造規模維持現有100m3/h，建(構)筑物按240m3/h設計，預留礦井下水平延深二期工程140m3/h設備位置。提標改造土建考慮了后期水處理站的擴建，在充分利用現有建(構)筑物的基礎上，既考慮了污水處理站的平面布置，又給后期處理站擴建降低了成本。

4.2 設計進(jìn)水水質(zhì)

設計進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

4.3 提標改造工藝的確定

提標改造后工藝流程如圖2所示。

4.4 主要生產(chǎn)建(構)筑物改造

4.4.1 擴建預沉調節池

在原800m3預沉調節池前端新建一座容積約為700m3的預沉調節池，新建的調節池長(cháng)深比為8.5，滿(mǎn)足平流沉淀池長(cháng)深比的要求。改造后預沉調節池總容積為1500m3，按240m3/h的井下涌水量計算，污水停留時(shí)間為6.25h，符合《煤炭工業(yè)給水排水設計規范》GB50810-2012第3.4.5要求(調節池按6~10h的正常涌水量計算)，池底設置程控式刮泥裝置，定量、定期清理污泥。解決了原調節池污水停留時(shí)間短、預沉效果差，排泥困難等問(wèn)題。

預沉調節池1座，分二格，單格尺寸為28.6mx4.0mx4.0m，沉淀形式采用平流式，進(jìn)水端設置污泥斗，污泥斗上寬4.0m，下部寬1m，深度2.6m，共2個(gè)。污泥斗內污泥由污泥泵房的渣漿泵提升至污泥池中，污泥泵房?jì)仍O3臺污泥渣漿泵(2用1備)；集水渠設置潛水提升泵3臺(2用1備)，預沉調節池池底部各設1臺液壓往復式刮泥機。

4.4.2 綜合凈化間(預留遠期設備安裝位置)

凈水車(chē)間采用局部二層結構，內設凈化間、污泥脫水間及加藥間、風(fēng)機房、配電室及集控室，平面尺寸34.5mx12.0m，輕鋼結構。其中藥劑庫設在原污泥脫水間內。

(1)高密度迷宮斜管沉淀池。

根據磁窯溝煤業(yè)井下污水初始水質(zhì)資料化驗結果，結合原系統在實(shí)際運行中存在的問(wèn)題，提標改造在污水進(jìn)入過(guò)濾器前，對污水進(jìn)行有效的混凝沉淀，在預沉調節池后增設三級高密度迷宮斜板凈化裝置。該裝置集反應、絮凝、破乳除油、沉淀、集泥、排泥、排污等系列工藝于一體，是專(zhuān)門(mén)針對煤礦礦井污水處理的高效沉淀裝置，單體采用全自動(dòng)運行，無(wú)需人員操作，是實(shí)現礦井水凈化再利用和自動(dòng)化管理的重要凈水單元。

高密度迷宮斜板凈水器1套(預留1套位置)，單臺處理水量Q=120m3/h，混凝反應時(shí)間20min，沉淀表面負荷3.2m3/m2?h，全自動(dòng)+手動(dòng)排泥。

(2)污泥脫水間。

將原板框壓濾機和污泥螺桿泵重置安裝在綜合凈化間，設2層，壓濾機安裝于2層，1層為運料間。在綜合凈化車(chē)間內增設污泥濃縮罐1臺，與原污泥濃縮池配套使用。罐體直徑2.5m，高5.0m，濃縮上清液回流至預沉調節池內，有效解決了泥水分離問(wèn)題，提高了板框壓濾機的工作效率。

(3)加藥間。

在新建預沉調節池、高密度迷宮斜板凈化裝置流程環(huán)節均設置自動(dòng)加藥裝置，實(shí)現藥劑科學(xué)配比和自動(dòng)計量加藥?？紤]到水質(zhì)可能發(fā)生波動(dòng)等因素，增設應急加藥系統。主要為高錳酸鉀投加裝置1套，粉末活性炭投加裝置1套，NaClO加藥裝置1套，每套加藥裝置均配套有3m3儲藥罐、SS304不銹攪拌器，加藥計量泵等。

4.4.3  新建中間水池

根據增設高密度迷宮斜板凈化裝置實(shí)際所需，配套增設中間水池一座，采用鋼筋混凝土結構，有效容積87.5m。高密度迷宮斜板凈化裝置內的出水自流入中間水池，通過(guò)提升泵進(jìn)入多介質(zhì)過(guò)濾器、陶瓷膜過(guò)濾器，實(shí)現了污水系統化、流程化、規范化達標處理。

4.4.4 原過(guò)濾及地下設備間

(1)過(guò)濾器濾料的更換及局部改造。

對現有多介質(zhì)過(guò)濾器的濾料進(jìn)行了更換，對過(guò)濾器支撐層、濾盤(pán)、濾帽及反沖洗頭進(jìn)行了改造。對現有陶瓷膜過(guò)濾器內部濾管進(jìn)行了更換，提高了過(guò)濾器的工作效率，優(yōu)化了過(guò)濾單元，提高了效率。

(2)反沖洗系統的完善。

原過(guò)濾裝置反沖洗水泵流量偏小，濾盤(pán)支撐層損壞，濾帽堵塞，反沖洗效率低。提標改造重新更換了反沖洗水泵，將原使用的普通槽鋼托盤(pán)支撐架改為雙層焊接高強度工字鋼背靠式，承壓和載重強度提高，延長(cháng)設備使用壽命；將原厚度為0.8cm的普通鋼制托盤(pán)改造為1.2cm厚的錳鋼托盤(pán)，強度增加，更加經(jīng)久耐用；將濾盤(pán)上的塑料制過(guò)濾帽改造為高強度篩式聚氯乙烯塑料過(guò)濾墊層；將原4.1m托盤(pán)上使用的160個(gè)直徑為3cm的塑料制過(guò)濾帽改造為使用260個(gè)直徑為2cm厚度為0.2cm的高強度篩式聚氯乙烯塑料過(guò)濾墊層，不僅增加了水孔的數量，而且加大了過(guò)濾量，提升了反沖洗效率。

4.5 自控系統的改造

對原有氣動(dòng)門(mén)和手動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行了統一更換，常用閥門(mén)全部設置為氣動(dòng)自動(dòng)閥門(mén)，且安裝有開(kāi)關(guān)可視裝置，實(shí)現自動(dòng)化、程序化控制。

4.6 建成后實(shí)際運行效果

建成后考察指標均達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類(lèi)標準要求，見(jiàn)表2。

5、結語(yǔ)

通過(guò)采用“混凝+沉淀+迷宮斜板沉淀+多介質(zhì)過(guò)濾+陶瓷膜過(guò)濾”處理工藝，提標改造后的礦井污水處理站出水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類(lèi)標準，同時(shí)按照環(huán)保要求，建設有巴歇爾槽，排水口處安裝有在線(xiàn)監測系統，與忻州市生態(tài)環(huán)境局監測系統聯(lián)網(wǎng)，數據實(shí)時(shí)上傳。改造后的系統工藝先進(jìn)，實(shí)用性強，技術(shù)可靠，能實(shí)現自動(dòng)化控制和集約化管理，且經(jīng)濟合理、高效節約，系統實(shí)際使用中運行穩定，達到了提標改造的預期效果。（來(lái)源：山西河曲晉神磁窯溝煤業(yè)有限公司）