1 优化改造前煤泥水处理系统存在的问题 枣庄矿业集团有限公司高庄煤矿位于微山湖畔，是年产90万t的水采矿井，采用全水力 运输方式，矿井建有1座与其规模相适应的选煤车间，入洗水采原煤。 井下水采的煤水混合物提升至脱水车间脱水，脱水筛溢流水（即煤泥水）进入水采煤泥 浓缩机浓缩，浓缩机溢流水部分进入高压水池作为井下水采用水，剩余水进入煤泥水处理站 ，经浓缩机、翼片斜板沉淀池处理后外排。 高庄煤矿于2001年10月13～15日对煤泥水系统实际处理水量、水质等进行了监测，结 果见表1。由表1可见，现有煤泥水系统不能达到原设计的处理效果，出水严重超标。 经分析，造成处理后水质不达标的主要原因， 一是处理水量太大，煤泥水水平流速过大，在构筑物内停留时间短，悬浮物难以在较短 的时间内沉淀，而随水流流出； 二是煤泥水浓度太高，使浓缩机处理的固体物总量太大，沉淀容易压耙，使浓缩机不能 正常工作； 三是煤泥水水质变化大，其混凝沉淀性能下降，较难沉淀。 表1 改造前煤泥水处理实际运行情况（略） 2 优化改造工艺 2.1 煤泥水特性分析 高庄煤矿煤泥水的主要特征是悬浮物浓度高，所含固体颗粒物细，主要成分为煤粉、 岩石粉尘等悬浮物及微生物。在堆放输送提升过程中，溶解性杂质被氧化，有的物质被析出 ，部分煤尘与岩尘以胶体分散状态存在于水中，颗粒带有-18～-25V的负电。颗粒的负电荷 与水的正电荷构成“双电层”水化膜，使颗粒在水中保持分散状态。此外煤泥颗粒在水中 还受布朗运动影响，颗粒界面间的相互作用，和煤泥水中混入一定量的机械用的油类 ，使得煤泥水性质复杂化，不但有悬浮液的特性还有胶体和油类的某些性质。 2.2 优化工艺的确定 目前矿井水、煤泥水处理主要采用混凝沉淀工艺去除水中悬浮物，若考虑回用，再增 加过滤处理工艺。高庄煤矿的煤泥水由于水量、水质的变化，单纯采取混凝沉淀的处理方法 效果不理想，必须结合其它处理方法才能改进处理效果。通过调研及多次技术论证，本次优 化改造设计考虑将原有水处理浓缩机和斜板沉淀池从系统中分离出来，改为在水采煤泥浓缩 池后增加高效煤水净化器直接处理煤泥水。 2.2.1 高效煤水净化器的工作原理 高效煤水净化器是将混凝反应、离心分离、重力分离、动态过滤和污泥浓缩等技术在同 一罐体内优化组合，在短时间内完成多级净化，使固液分离。 直流混凝原理、临界絮凝机理、微絮凝造粒机理的运用取代了混凝反应池，在净化器外 利用泵和管道及水流完成药剂的水解、混合、压缩双电层和吸附中和作用后高速沿切线方向 进入罐体，快速完成吸附架桥，絮凝形成矾花。 离心分离是利用废水沿切线方向进入罐体产生高速旋流，进行固液分离。 在重力分离 阶段，废水旋转速度的逐渐下降，悬浮颗粒（絮凝体矾花）在此进入生长期。矾花不断增长 ，当其增长到一定程度时，它的下沉速度高于废水的上升速度，便下沉到锥部的污泥浓缩区 。 在上层动态过滤中，滤料选用特殊的表面吸附悬浮滤料，根据出水水质的要求配置不 同粒径和不同的厚度，废水经分离后进入动态过滤层完成迁移机理，又经过附着机理和脱落 机理的 过滤能使其进一步净化。 分离和过滤脱落的较大悬浮颗粒在离心力和重力的作用下沿罐体下滑至锥形泥斗区，污 泥在锥形泥斗区中上部，在聚合力作用下，颗粒群体结合成一整体，各自保持相对不变位置 共 同下沉；在泥斗区中下部悬浮物浓度高、颗粒间距离变小，颗粒相互接触、相互支撑，在罐 体下旋水力及上层颗粒重力作用下，下层颗粒将缝隙中液体挤出界面，固体颗粒被浓缩压密 后，从锥体底部排泥管连续或间断排出。 表2 净化器处理煤泥水的工业试验结果（略） 2.2.2 优化改造工艺的验证 为确保工艺的可靠性，在进行实验室试验后，使用了小试设备对高庄煤矿煤泥水进行了 工业试验。 小试设备处理能力为 0.2m3/h，小试设备采取现场连续工作模式，共试验了3天，每天运 转8～10h。并对小试设备处理水样进行了送检，其检验结果如表2。从试验结果看，采用高 效煤水净化器直接处理水采煤泥浓缩机出水是可行的，经处理后的煤泥水可以达标排放。 2.3 优化改造工艺流程 根据对高庄煤矿煤泥水特性分析、高效煤水净化器试验以及煤泥水处理后的用途，确定了优 化改造后工艺流程，见图1。 煤泥水从井下抽至浓缩机预沉，浓缩机出水自流入集水池，用水泵将煤泥水输送至高效 煤水净化器，在进水泵进水管道中加入无机药剂，再用加药泵将有机药剂抽至净化器内混合 ，在净化器内经混凝反应、微絮凝造粒、离心分离、重力分离、动态过滤和污泥浓缩等过程 处理，从设备底部排出浓缩污泥，设备顶部排出清水。 图1 优化改造后的煤泥水处理工艺（略） 3 优化改造的效果 3.1 煤泥水处理效果 高庄煤矿煤泥水经小试设备现场试验后，设计选用了南京慧邦科技研究所研制的4台处 理量为150m3/h的DH-MSQ-150型高效煤水净化器，处理水量约600m3/h。经调试，已运行 10个多月，系统运行正常，出水均达到了技术指标。2003年12月由济宁市环保局对该工程进 行了验收。 3.2 经济效益分析 系统改造后，水采煤泥浓缩机溢流水经净化器处理后，可以达标排 放或回用，煤泥可以回收。水采煤泥浓缩机溢流水浓度一般为14～37g/ l，本次按14g/l计 ，处理后排水浓度按70mg/l计，处理水量按550m3/h计，可回收煤泥5.6万t/a，每吨煤泥 价格按120元计，则价值672万元/a。 另外，处理后的出水有一部分作为井下煤水泵密封水，代替了取深井水，每年可节约水 资源100万t，少缴水资源费65万元，节约提升电费15万元。优化改造后，外排水实现了达标 排放，每年可免缴几十万元的罚款和少缴十几万元的排污费。煤泥水治理的经济效益十分 可观。 3.3 环境效益及社会效益分析 煤泥水处理系统优化改造工程完成后，矿井每年减少向微山湖排放煤泥5.6万t，可大大 减少对微山湖的污染，环境效益良好。另外，也可避免因污染引起的与当地农民的纠纷，从 而可促进工农关系，也有利于当地经济的发展，因而也有较好的社会效益。
