一体化净水器在煤矿水处理中的应用
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:
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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。
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3.结语
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
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