離心脫水機聯(lián)合重型帶式壓濾機在含鐵廢水處理產泥脫水中的應用
行業(yè)動態(tài)
從2010年 調節(jié)產能結構，至 安全監(jiān)管總局等十二部門于2014年聯(lián)合下發(fā)了《關于加快落后小煤礦關閉推出工作的通知（安監(jiān)總煤監(jiān)（2014）44號）》，統(tǒng)計到2015年底全國關閉了2000處以上小煤礦，湖南省關閉了588處小煤礦。
隨著小煤礦關閉退出，礦坑水停止抽排，采礦時形成的廢棄采場、巷道等地下空間逐漸積水，積水浸泡殘留煤層、土層及腐蝕開采遺留下來的鋼支撐、鋼軌和鋼質設備，便產生高酸性，高濃度鐵、錳離子礦井涌水。為防止該涌水直接排放對環(huán)境造成影響，需對其進行收集處理。在處理過程中，由于加入大量石灰或堿會產生大量含鐵化學污泥，如要妥善處置這些污泥不造成二次污染，需在運輸前對其進行脫水處理。
從湖南省內多例煤礦涌水工程實地調查了解，目前該類污泥使用的脫水工藝主要有板框式、離心式、帶式、真空壓濾式及疊螺式。所有工程案例中，脫水形式都為一級脫水，并發(fā)現(xiàn)無論采用何種脫水設備，實際運行中都存在優(yōu)缺點。
本文以湖南省某煤礦涌水處理脫水改造工程為例，先利用原配離心式污泥脫水機先對含鐵污泥進行預濃縮，再新增重力式帶式脫水機對濃縮污泥進行進一步脫水，獲得干泥含水率穩(wěn)定在73%以下，成功解決該工程污泥難脫水問題，并得到處理廠管理人員的認可。現(xiàn)將改造經驗分享如下，可為類似工程設計或改造提供參考和借鑒。
1 案例含鐵廢水及污泥處理情況
1.1 處理規(guī)模及水質
該煤礦涌水設計處理能力為3600m3/d，小時處理能力為150m3，系統(tǒng)實際運行進水水質為：pH為2.5～4、總鐵（Fe）＜1100mg/L、總錳（Mn）＜21mg/L、SS＜100mg/L。出水水質執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標準（GB 20426-2006）》，采煤廢水污染物排放限值新建（壙、改）生產線要求，即pH為6～9、總鐵（Fe）≤6mg/L、總錳（Mn）≤4mg/L、SS＜50mg/L。
1.2 處理工藝
礦涌水先收集到調節(jié)池，通過空氣攪拌進行水質調節(jié)，同時在充氧作用下，廢水中的部分亞鐵離子得到氧化。均化調質后的廢水，由提升泵送往中和反應池，利用在線pH儀聯(lián)合電動閥控制石灰投加量，將廢水pH調至8.5左右。石灰的加入使水中鐵離子、亞鐵離子、錳離子形成不溶于水的氫氧化物。再在絮凝池內加入PAM生成理想的顆粒物。一級絮凝池出水自流進入一級平流沉淀池進行泥水分離，去除中和反應產生的大部分污泥。平流沉淀池上清液自流進入氧化池，在氧化池內，充氧曝氣使水中亞鐵離子充分氧化成三價鐵離子后，在二級絮凝池通過加入PAC、PAM進行混凝、絮凝反應。同時，由于PAC呈酸性，可將進水pH回調至7左右?；炷⑿跄磻a生的混合液進入二級平流沉淀池沉淀區(qū)內進行固液分離。上清液進入清水池，部分回用于生產（溶藥配藥、設備清洗等），其余經計量槽計量排放。
各平流沉淀池產生的污泥通過刮吸泥機送往污泥濃縮池進行濃縮處理，然后由螺桿泵聯(lián)合離心式污泥脫水機進行脫水，產生的干泥送往臨時貯泥場儲存，在自然風干作用下進一步脫水，送往專用填埋場進行填埋處置。
1.3 污泥處理存在問題
本案例在實際運行中，由于原水中鐵離子濃度高，系統(tǒng)產生的污泥含有大量鐵化合物，污泥通過離心式壓濾機脫水后含水率仍在80%以上，根本達不到轉運要求。污泥送往臨時貯泥場進行自然風干后，由于含水率高，需要有足夠的場地和時間，才能將干泥外運處置。
2 含鐵化學污泥的性質及脫水性分析
2.1 含鐵化學污泥的化學性質
由1.2節(jié)對廢水處理工藝流程介紹可知，含鐵廢水通過加入過量石灰或片堿，經中和及氧化反應生成富含鐵化合物的化學污泥，含鐵廢水與堿反應過程非常復雜。該污泥主要成分為Fe（OH）2、Fe（OH）3及不同的配合產物，除此外還有部分投加藥劑產生的殘留雜質及少量其他金屬化合物沉淀。
Fe（OH）2：氫氧化亞鐵，相對分子質量為89.866。白色固體，難溶于水，密度為3.4g/cm3。受熱易分解。為中強堿，易溶于酸，難溶于堿。由于容易被氧化，當充氧時，在污泥中只能看到氫氧化亞鐵轉化為氫氧化鐵的不同配合產物，因此污泥呈灰綠色的絮狀沉淀。
Fe（OH）3：氫氧化鐵，相對分子質量為106.867。棕色或紅褐色絮狀沉淀，難溶于水，密度為3.4～3.9g/cm3。具有兩性，但其堿性強于酸性。在其粒子大小在1～100nm之間時，分散系為膠體，具有較強的吸附性。
2.2 含鐵化學污泥脫水性
污泥脫水性能的影響因素很多，目前研究主要是顆粒尺寸、密度、黏度、電勢能、污泥水分的存在方式等。有研究表明，污泥顆粒大小和污泥中水分存在方式是衡量污泥脫水效果重要的指標。
本案例產生的污泥有兩大特點：
（1）污泥中含有大量的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵，其粒子在1～100nm之間，比表面積大，污泥顆粒自有的電荷相互作用大，形成一個穩(wěn)定系統(tǒng)。
（2）氫氧化鐵與水反應結合成水合物，結合水與固體顆粒之間有鍵的作用，增加水的穩(wěn)定性。
由于以上兩個方面的特點，決定了該類含鐵含鐵化學污泥脫水性差。
為進一步了解污泥的特性，經現(xiàn)場取樣，對污泥進行微觀形貌特征分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，該污泥的組成比較復雜，多種顆粒夾雜堆積，表面規(guī)整光滑和細小絮體狀的顆粒都有，但以光滑的小晶體顆粒為主。根據(jù)總體顆粒形貌情況判斷， 該污泥為較難脫水。
3 污泥脫水工藝種類
通過湖南省內多例煤礦涌水工程實地調查，對實際工程中各種污泥脫水機存在的優(yōu)缺點統(tǒng)計如下表所示：
項目 | 脫水污泥含固濃度 | 能耗 （kW·h/m3） | 工作狀態(tài) | 設備費用 | 其他優(yōu)缺點 |
離心脫水機 | 20%以下 | 1.85 | 可連續(xù) | 較貴 | 優(yōu)點：操作簡單，產率高，出泥穩(wěn)定，自動化程度高。 缺點：出泥含水率高，污泥處于流態(tài) |
疊螺脫水機 | 20%以下 | 0.15 | 可連續(xù) | 較貴 | 優(yōu)點：故障少，振動小，操作安全，可直接處理低于2%泥水 缺點：出泥含水率高，污泥處于流態(tài)，處理能力小，當污泥在中性條件下時脫水困難，需對污泥進行調理 |
帶式壓濾機 | 35%以上 | 0.55 | 可連續(xù) | 低 | 優(yōu)點：操作管理方便，處理能力大，化學藥物用量少 缺點：當污泥在中性條件下時，跑泥嚴重，無法形成泥餅 |
板框壓濾機 | 40%以上 | 0.25 | 間歇 | 低 | 優(yōu)點：工作可靠，無振動，對物料適應性強，化學藥物用量少，甚至可以不加。 缺點：操作麻煩，壓緊，卸泥時需專人看守，每次壓緊需檢查濾布平整情況，維修工作量大。 |
真空壓濾機 | 20%以下 | 2.75 | 可連續(xù) | 貴 | 優(yōu)點：操作管理較方便，處理能力大，化學藥物用量少 缺點：設備體型龐大，出泥含水率高，污泥處于流態(tài) |
從上表可以看出，采用板框壓濾機處理該類污泥，出泥含固率較高，但其處理過程為間歇式，處理量小，勞動強度大，維修工作量大。帶式壓濾機出泥含固率僅次于板框壓濾機，但污泥不進行調理時會出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象。除此之外，其余設備出泥含固率相似，出泥都為流態(tài)，不便于轉運處置。
4 聯(lián)合式含鐵污泥脫水工藝
利用離心脫水機產泥率高和出泥穩(wěn)定，結合帶式壓濾機出泥含固率相對較高的優(yōu)點，案例將新增一套重型帶式壓濾機與離心脫水機聯(lián)合對該類污泥進行處理。重型帶式壓濾機壓差為0.08MPa，濾帶速度為2.5m/min。通過實際運行，取得滿意的結果，多次取泥樣檢測分析，含水率都在73%以下。
5 結語
本案例在原含鐵化學污泥離心式脫水工藝基礎上，充分利用離心式脫水和帶式脫水兩種工藝各自的優(yōu)點，經聯(lián)合放大了處理的效果，成功解決了含鐵化學污泥脫水難的問題。該成功經驗可供同類含鐵化學污泥脫水不理想的項目改造參考借鑒，在改造投資能承受的情況下不失為一種理想的方法。
