一、研究?jī)?nèi)容
1.基本原理
（1）工藝及原理
該項(xiàng)目核心工藝為加載絮凝磁分離工藝（BFMS），該技術(shù)的工藝原理是在傳統(tǒng)的絮凝工藝中加入磁粉以增強(qiáng)絮凝效果，通過(guò)形成高密度的絮體和加大絮體的比重達(dá)到高速除污和快速沉降的目的。利用磁粉的離子極性和金屬特性，磁粉作為絮體的核體大大加強(qiáng)了對(duì)水中懸浮污染物的絮凝結(jié)合能力，減少絮凝劑的用量，在去除懸浮物，特別是在去除磷、細(xì)菌、病毒、油、重金屬等方面的效果比傳統(tǒng)工藝好。由于磁粉的比重高達(dá)5000kg/m3，大約是砂子的兩倍，混有磁粉的絮體比重增大，絮體快速沉降，速度可達(dá)20m/h以上，整個(gè)水處理從進(jìn)水到出水可在10分鐘左右完成。
污泥中的磁粉利用其本身特性使用磁鼓進(jìn)行分離后回收并在系統(tǒng)中循環(huán)使用。
（2）加載絮凝磁分離技術(shù)對(duì)礦井水處理達(dá)到的效果
a、實(shí)現(xiàn)泥水分離，污泥通過(guò)濃縮、壓濾隨煤炭外運(yùn)，解決煤泥占地的問(wèn)題，降低了運(yùn)行成本，產(chǎn)生了收益。
b、出水水質(zhì)達(dá)到井下消防灑水水質(zhì)，SS≤30mg/L，懸浮物粒度≤0.3mm，pH值6-9，大腸桿菌≤3個(gè)/L。
c、提高了礦井水處理的速度和效率，解決了井下礦井水處理空間受限的難題。當(dāng)?shù)V井水中懸浮物小于2000mg/L時(shí)，處理后的出水水質(zhì)滿(mǎn)足煤礦井下的回用要求。
2.關(guān)鍵工藝技術(shù)
加載絮凝磁分離系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是磁粉的回收與再利用。磁粉的回收與利用分為兩部分內(nèi)容：一是高速剪切機(jī)，二是高磁梯度分離機(jī)。
（1）高速剪切機(jī)
高速剪切機(jī)原理是：利用電機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，從而在剪切機(jī)腔體內(nèi)產(chǎn)生水力剪切力，回流管路內(nèi)高比重的絮體在水力剪切的作用下發(fā)生磁粉與雜質(zhì)的分離。
為了保證有效的破碎，電機(jī)轉(zhuǎn)速必須保證在合適的范圍，轉(zhuǎn)速太大造成水力剪切力過(guò)大，使原本成絮的雜質(zhì)顆粒度降低，影響脫泥效果，產(chǎn)泥率下降；轉(zhuǎn)速太小，使水力剪切力過(guò)小，又會(huì)使磁粉的分離不徹底，造成磁粉回收率下降，所以合適的轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。根據(jù)中煤張煤機(jī)對(duì)礦井水磁絮體破碎效果的研究，加載絮凝磁分離系統(tǒng)高速剪切機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在1200-1500轉(zhuǎn)/分鐘范圍內(nèi)能夠取得良好的破碎效果。
圖1 高速剪切機(jī)三維圖
（2）高磁梯度分離機(jī)
該高磁梯度分離機(jī)為轉(zhuǎn)鼓式，它的主要部分由固定的磁系和在磁系外面轉(zhuǎn)動(dòng)的非磁性圓筒構(gòu)成。磁系的磁極極性沿圓周方向交替排列，沿軸向極性單一，圓桶是用來(lái)運(yùn)載黏附在其表面上的磁性物質(zhì)，其工作原理如圖所示。
圖2 轉(zhuǎn)鼓式磁粉回收裝置工作原理圖
含有磁粉和污泥的污水從轉(zhuǎn)鼓的一端進(jìn)入分離裝置，固定磁極將磁性顆粒吸出并附著在滾筒表面，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，被帶至磁系邊緣的低磁區(qū)，并從磁性物質(zhì)出口卸下，非磁性物質(zhì)則在重力的作用下，沿分離槽流至非磁性物質(zhì)出口排出，完成磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)的分流過(guò)程。
磁性物質(zhì)通過(guò)刮泥重新投加到圖3的2號(hào)混合池中，完成再利用過(guò)程，非磁性物質(zhì)隨管道流入儲(chǔ)泥池，經(jīng)過(guò)脫泥后外運(yùn)。
圖3 高磁梯度分離機(jī)三維圖
3.工藝流程
該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)是加載絮凝磁分離工藝，加載絮凝磁分離（BFMS）技術(shù)源自麻省理工，在絮凝過(guò)程中加入磁性加載物，利用科學(xué)的混合技術(shù)，增強(qiáng)絮凝效果，增加絮體比重，加快沉降速度，表面負(fù)荷超過(guò)20m3/m2·h?；旌衔勰嗤ㄟ^(guò)分離回收裝置回收磁性加載物循環(huán)利用。其工藝流程圖為：
圖4 工藝流程圖
4主要特點(diǎn)
（1）全國(guó)首臺(tái)首套加載絮凝磁分離井下礦井水處理設(shè)備；
（2）提高了磁粉的回收率，達(dá)到99.5%以上；
（3）雜質(zhì)沉降速度快，礦井水處理效率高，節(jié)約占地，比傳統(tǒng)水處理設(shè)施減少80%以上；
（4）出水水質(zhì)好，能有效去除水中的污染物COD、BOD、SS、TP、石油類(lèi)、色度等，滿(mǎn)足井下回用水水質(zhì)要求；
（5）自動(dòng)化程度高，全自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
（6）投資少，比傳統(tǒng)水處理投資減少30%以上；
（7）處理成本低，比傳統(tǒng)水處理節(jié)約40%以上；
（8）生產(chǎn)效率高，表面負(fù)荷是傳統(tǒng)工藝的20~50倍，水處理速度快。
二、應(yīng)用效果
1.主要涉及指標(biāo)及應(yīng)用前后指標(biāo)對(duì)比
2.解決的主要問(wèn)題
（1）解決了煤礦井下礦井水處理及回用的難
采用井下礦井水處理就地回用方式可簡(jiǎn)化生產(chǎn)用水供水模式，井下用水直接由井下經(jīng)處理后的礦井水供給，使礦井水無(wú)需向地面排放，解決了礦井水回用的問(wèn)題。
（2）在煤礦井下安裝條件受限的情況下，解決了設(shè)備運(yùn)輸和安裝的難題
通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中單體池體采用螺栓拼接方式連接的密封性和承載性進(jìn)行試驗(yàn)研究，表明池體間的螺栓拼接方式完全可以替代焊接方式，由于單體池體體積小，能有效解決在狹窄巷道內(nèi)設(shè)備的運(yùn)輸和安裝問(wèn)題。
（3）解決了磁性加載物的回收和循環(huán)利用問(wèn)題
通過(guò)對(duì)沉降絮體的破碎和分離研究以及加載物加磁和脫磁的磁性特性研究，得出將含磁性加載物煤泥經(jīng)專(zhuān)用高旋轉(zhuǎn)水力剪切機(jī)進(jìn)行破碎分離后，再經(jīng)帶有一定磁場(chǎng)強(qiáng)度的回收裝置回收磁性加載物，并重新投進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)加載物循環(huán)利用，降低設(shè)備運(yùn)行成本。
（4）解決了煤泥的占地問(wèn)題且實(shí)現(xiàn)了礦井水處理無(wú)損化
含水煤泥經(jīng)過(guò)濃縮和脫水處理，形成含水率低于80%的煤泥，可直接通過(guò)該皮帶輸送至地面，解決煤泥占地的問(wèn)題。煤泥濃縮產(chǎn)生的上清液和煤泥脫水產(chǎn)生的濾液回流至加載絮凝磁分離系統(tǒng)內(nèi)處理，實(shí)現(xiàn)礦井水處理無(wú)損化。
3.經(jīng)濟(jì)效益
（1）某礦120噸/小時(shí)井下水處理項(xiàng)目，節(jié)約給排水處理成本，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入391萬(wàn)元。
（2）某礦20000噸/天大型礦井水處理項(xiàng)目，已實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入735萬(wàn)元。
4.社會(huì)效益
（1）礦井水中主要去除雜質(zhì)是懸浮物，開(kāi)展礦井水處理能凈化水質(zhì)，減少懸浮物（SS）的排放量，以某礦井下水處理項(xiàng)目為例，水量為120m3/h，進(jìn)水SS按照2kg/m3計(jì)算，設(shè)計(jì)出水懸浮物濃度0.03kg/m3，則一年減少的SS排放量為2050噸。
（2）煤泥資源回收價(jià)值高，凈化后的懸浮物直接脫水成煤泥，能夠?qū)崿F(xiàn)煤泥的集中處置。
（3）減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，處理后的水可直接回用，有效解決礦井水對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題，以及井下水倉(cāng)清淤帶來(lái)的高成本和風(fēng)險(xiǎn)。
（4）井下污水處理站的建成將提高煤礦基礎(chǔ)設(shè)施水平，對(duì)改善和提高環(huán)境質(zhì)量水平、美化礦區(qū)起到重要作用。
三、推廣應(yīng)用前景
這套井下礦井水處理設(shè)備采用就地回用方式簡(jiǎn)化了生產(chǎn)用水供水模式，井下用水直接由井下經(jīng)處理后的礦井水供給，使礦井水無(wú)需向地面排放，每年可節(jié)約大量的排水費(fèi)用；同時(shí)礦井水處理產(chǎn)生的煤泥可直接并入煤炭產(chǎn)品中進(jìn)行銷(xiāo)售，不僅節(jié)約煤泥處置費(fèi)用開(kāi)銷(xiāo)，每年還可產(chǎn)生額外收益，且減少堆場(chǎng)占地；應(yīng)用礦井水處理井下就地回用工藝，可有效降低井下礦井水處理的綜合成本，其技術(shù)推廣的前景良好。
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