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磁絮凝处理技术在煤矿井下水处理中的研究及应用一直以来，我国煤炭行业矿井水处理工艺还相对比较落后，近些年经过关停合并后绝大部分煤矿已转为国资所有，很多生产条件较差的矿井也都增设了污水处理环节，但水资源循环利用率仍相对较低。根据相关统计数据，截止到2018 年，全国矿井水综合利用率仅为59%，不仅使矿井水中含有的煤泥资源大量浪费，而且对环境造成污染。 我国煤炭行业矿井水处理普遍采用：井下沉淀 → 提升上井 → 二次处理 → 部分回流 → 大部排放，的工艺技术。即在矿井下利用废弃坑道修建大体积水仓，将开采过程中产生的污水导入水仓自然沉淀，上清液用泵抽出地面进行净化处理，净化后部分污水回流井下循环再利用，剩余污水直接排放。 在这个过程中有两个亟待解决的突出问题。首先，是井下水仓沉积物的清理，也就是所谓的“清仓”，由于井下废水主要污染成分就是悬浮物，其中以煤粉为主，矿渣为辅，偶见回填物流溢成分，这部分成分会在水仓内大量沉积，形成“泥煤”。这些泥煤需要定期清理，其清理过程不仅时间长消耗大，且存在各种安全隐患。其次，矿井水在提升过程中需消耗电能，按照设计要求，吨水百米电耗一般约为 0.50kWh/(t ·hm)， 而实际运行中的电耗常高于此值。由于吨水百米电耗与所提升矿井水的密度有直接关系，因此降低矿井水的密度即可节约提升能耗，同时，降低矿井水的粉渣含量，也可以有效的缓解对管道、设备的磨损。 如果能在井下废水进入水仓前，将废水中的粉渣分离出来，就能消除（起码能减少）“清仓”次数，有利于保障生产的连续性和安全性和；废水密度的降低，能够降低井下废水升井的吨水百米耗电量；净化后能够在井下直接回用，减少升井废水总量也能节约耗电；而随着废水中粉渣的消除，对流经的管道、泵阀、仪表等的磨损大大减轻，可节约一大笔设备维护维修费用；并且分离出的“粉渣”也就是“泥煤”，也具有非常可观的经济效益。 煤矿井下废水分离处理有以上诸多好处，那为什么还都要把分离处理工序放到地面呢？其实主要原因是受处理工艺和井下空间限制。传统的处理工艺要求有数个庞大的沉淀池，同时还要配备完善的药剂投加、污泥脱水、运维管理等辅助系统。这些如果是在井下实施，那其设计、施工、运行、维修都面临很多问题，其中很多甚至无解。 不过，近年随着水处理工艺和设备制造水平的进步，随着工艺的创新，一种新型设备的出现，可以解决以上这些问题，胜任这个井下废水分离处理任务。这种处理工艺行业内一般称之为“磁絮凝工艺”或者“超磁分离工艺”，我公司根据以上工艺原理研发生产了煤矿井下废水专用的“磁核絮分（沉）污水处理设备” ，专门用于解决以上问题。 超磁分离原常用于钢铁行业，近年来由于磁核技术的引入，开始更多的应用于废水处理行业，是一套成熟稳定的技术。但由于煤矿井下废水处水质及使用条件的特异性，我公司对其核心设备进行了重新研发设计，开发出“NSCF-Ⅴ型 磁核絮分（沉）煤矿废水专用设备” 一、设备的适用性研发 ①为了解决普通水处理设备处理不彻底的难题，磁核絮分处理设备主机采用圆盘式磁分离器，加大了污泥形成的微磁絮团与磁分离器的接触面积，从而实现了污泥与水的完全分离。 ②该套设备为适应井下使用的需要，主要部件全部采用不锈钢制作，其余部件也都采取了防腐措施，电气及控制系统也都符合井下使用防护要求。 ③该水处理系统无需大容量沉淀池，处理过程简单，相比传统水处理技术，不受井下巷道条件的限制，相应占地面积小、施工量少、费用相对较低。 ④系统中超磁分离机的磁盘采用稀土永磁材料，与电磁式高梯度磁分离系统( HCMS)相比，磁力的产生不需电耗，同时磁盘转速很慢，系统电耗大幅降低。 ⑤由于磁盘采用稀土钕铁硼材料，实现了磁盘表面的高磁场强度和磁场梯度，有利于捕捉吸附到废水中的微磁性悬浮物，提高了废水的出水指标。 ⑥研发出高浊水体药剂搅拌投加自动反馈控制装置，大幅减少了药剂消耗量。 二、磁核絮凝设备工作原理 矿井水由水沟流入絮凝池及混凝池，与投加的磁核、混凝剂、絮凝剂充分混合，形成水与磁核絮团的混合流体，然后流过磁盘，磁盘是由多个强力稀土磁铁构成的磁盘并联而成的打捞分离部件，当流体流经稀土磁盘片之间的流道时，流体中所含的磁性悬浮絮团受到强磁场力的作用，吸附在磁盘盘面上，随着磁盘的转动，逐渐从水体中分离出来。待悬浮物脱去大部份水分运转到刮渣装置时，形成隔磁卸渣带，由刮渣刨刮入螺旋输送装置，产生的废渣自流进入回收磁鼓，回收磁核。处理后的废水从出水口流出，完成净化过程。被刮去渣的磁盘又重新转 入水体，形成周而复始的分离净化水体的全过程。
①处理时间短：传统的絮凝沉降工艺是在加药絮凝后形成大絮团，靠重力沉降。磁核分离技术因采用稀土钕铁硼，其表面产生磁力是重力的600倍以上，能快速地捕捉到微磁性絮团，实际分离时间仅10多秒，传统的沉淀完全无法与其相比。 ②用药量少：超磁分离技术应用于水处理，其投放磁核（也称磁种）可回收再利用，回收率大于99%,基本可忽略其产生的运行费用。 ③占地少处理量大：整套工艺水力停留时间只有几分钟，占地只有几十平方，且能够就近分散布置。与动辄占地上千平方的传统处理方法相比，占地少，分离时间短。 ④渣泥浓度高：磁核絮凝设备分离悬浮物靠磁力把絮团吸出水面，完全实现渣与水的分离，出泥渣含量大于70g/L，可不经浓缩工艺直接进入脱水设备。经过压滤脱水后，含水率可小于40%，便于装卸外运。
四、实际应用效果及经济技术分析 磁核絮凝水处理技术已应用于多个矿山的井下水处理项目，它的成功开发应用，不仅解决了清仓难度大、施工周期长等问题，而且还解决了原始水处理技术分离污水不彻底等一系列问题。 采用循环磁核的特点，避免了原始设备多次投药费用花销问题，一次投资终生受用。污水井下处理，清水排到地面，大大减少了水泵的维修保养费用及维护人工成本，也大大降低了对环境的污染。 按排水垂直高差462m，涌水量1万m3/d测算： 含煤泥水比重由1.077降到1.002，降低了阻力损失，其吨水百米电耗由0.511kWh降到0.472kWh，节约电量64.9万kWh，折合电费35.7万元。煤粉悬浮物按300mg/L(0.3kg/m3)计算，每年可回收煤泥1080吨，折合人民币30万元。由于外排水质变好，减少了对井下主排泵阀、管道的磨损和浸蚀，每年可减少维修费用近百万元。避免了清仓费用及清仓所需的人力物力，减轻了工人的劳动强度，按每清仓一次需人员14名、工期18天计，节约维修人工费用10万元。由于水质改善，年节约排污费50万元，由于大量清水的循环利用，节约水资源开采费45万元。 |
