矿井水处理新技术--ReCoMagTM超磁分离水体净化系统

Ｓｕｐｐｌ．

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ

２００９

金氟砖山

增刊２００ｑ年１１月

ＭＥＴＡＬＭ１ＮＥ

矿井水处理新技术

——ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统

倪鸿周勉易

洋

（环能德美集团四川环美能科技有限公司）

摘要ＲｅＣｏＭａｇ删超磁分离水体净化系统是一种新型高效水处理技术，用于处理某含悬浮物矿井永中试中，进水ｓｓ长期在２５０－４００ｍｇ／Ｌ，能在３ｍｉｎ左右完成整个处理过程，出水ＳＳ＜１０ｍｇ／Ｌ，去除率＞９７％，有较强的耐冲击负荷能力。投加普通药剂ＰＡＣ和ＰＡＭ，吨水药剂费０．０８元。

关键词ＲｅＣｏＭａｇＴＭ磁种微絮凝矿井水磁分离

ａ

ＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ

ＭｉｎｅＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔ

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ｗｉｔｈＳＳｏｆ２５０～４００ｍｇ／Ｌｍｏｓｔｌｙ．ｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｂｏｕｔ３ｍｉｎｕｔｅｓ．ＴｈｅＳＳｏｆｏｕｔｌｅｔｔｈｅ

ｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０ｍｇ／Ｌａｎｄ

ｐｅｒｃｅｎｔｒｅｍｏｖａｌｉｓａｂｏｖｅ９７％．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｏｏｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ

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ＫｅｙｗｏｒｄｓＲｅＣｏＭａｇＴＭ，ｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｅｄ，ｍｉｎｉ—ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ，ｍｉｎｅｗａｔｅｒ，ｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎ

根据２００３年统计结果，全国矿井水涌水量约为４０亿ｍ３，吨煤矿井水涌水量为２．１５ｍ３。目前，全国国有重点煤矿区７０％面临缺水，４０％严重缺水，特别是在我国北方，矿区煤炭开发与水资源紧张的矛盾已成为煤炭发展的一个“生死结”。矿井水的排放不仅污染环境，而且造成了有限水资源的大量浪费，提高矿井水的利用率对于煤炭发展和环境保护具有双重意义。

我国按照对环境的影响以及作为生活饮用水水源的可行性，习惯上将矿井水按水质类型特征分为洁净矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含有害有毒元素或放射性元素矿井水等４种类型。矿井水水质与地质条件密切相关，受到煤岩杂质、胶体物和井下生产、生活活动的污染，矿井水中一般均含数量不等的悬浮物；因此，悬浮物的去除在矿井水处理工艺中几乎必不可少。

１

地质构造条件和开采条件的影响，矿井水悬浮物含量从每升几十至几百毫克，少数超过１０００毫克。矿井水中悬浮物的主要成分是煤粉和岩粉，尽管有时矿井水悬浮物不算很高，可黑色却十分明显，感官性状很差。

矿井水悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢。矿井水悬浮颗粒平均只有２—８Ｉｚｒｎ，总悬浮物中约８５％以上的粒径在５０ｔｘｍ以下。煤粉的平均密度一般只有１．３—１．５ｇ／ｅｒａ３，远远小于地表水系中泥砂颗粒物的平均密度２．４—２．６ｇ／ｃｍ３。矿井水中含

少量的废机油、乳化油、废坑木腐烂物、井下粪便等

有机污染物。矿井水悬浮物在混凝过程中矾花形成困难，混凝沉淀效果差。矿井水中悬浮固体物质多为有机物（煤粉）和无机物（岩粉）的复台体，且不同煤化阶段的煤分子结构大不相同，煤粒表面所带电

矿井水的悬浮物特性与传统处理工艺

由于水文地质条件、水动力学、地质化学及矿床

倪鸿（１９８２一），女，环能德美集团四川环美能科技有限公司。硕士。６１００４５四川省成都市武侯科技腻武兴一路三号。

・７８９・

增刊

金属

矿☆

荷数量也不相同，因而其亲水程度各异，低阶段煤的大分子芳香缩台环周边有较多极性基圃（ＣＯＯＨ．－－ＯＨ等），随着煤化程度增高而逐惭碱少，最后完全失去这些极性基团而成憎水物质。四此岔

悬浮物矿井水中煤糟表面与水和无机混硅制的亲和

能力要比地表水系中泥砂颗粒物差得多。由于矿井

水悬浮物所含煤屑中碳分子具有还原性．悬浮物的击除能大大降低ＣＯＤｅｒ。

目前矿井水处理所选用的净水设备多为市政水

处理通用设施，由于矿井水与普通地袁水的水质特

性差异很大．一般净承设施的处理量只能达到其原设计水处理量的４０％－６０％。对于混凝沉淀，一般的处理工艺有平流沉淀池，斜板／管沉淀池．效率更高的有迷宫斜扳沉淀池。研发适台矿井水水质特征

的成套水处理设备．特别足占地面积小、操作性强的

井下矿井水扯理设备，在满足井下生产用水的同时，能减小井下排水泵的功率，Ｐ降低悬浮物质对排木泵等的磨损，对煤炭行业的技术进步和环保产业发展具有重要的意义。

ＲｅＣｃＭａｇ“超磁分离承体净化系统作为处理矿

井水悬浮物的新技术．以下将作详细介绍。

２

Ｒｅｃ０Ｍａ９１”超磁分离水体净化系统概述

ＲｅＣｏＭ瞎“超醴分离水体净化系统将絮凝、沉

淀和过滤工艺结台在一起，它不需要借助于重力沉降，而是通过永磁铁的强磁力吸附去除磁性悬浮物。

对于水中悬浮物本身不带磁性的，ＲｅＣｏＭａ，超碰

分离水体净化技术则是通过向水中投加磁种、混凝

剂和助凝剂，通过徽絮凝过程，赋予絮体以磁性．通过超破分离机实现絮体和水的分离。该技术颠覆了所有的混凝沉淀．能在３ｒａｉｎ左右完成整个徽絮凝、过滤（固液分离）过程；磁种通过回收系统循环反复使用。

该系统的核心技术是在“稀土磁盘分离净化废水技术”的基础上扩展而成的。“稀土磁盘分离净化废水技术”及设备，由四川冶金环能工程有限公司研制开发，经过近２。年的发展。最早应用于冶金行业的轧钢、连铸、炼钢、轧管等舍磁性悬浮物枵水

的处理．现扩展｝４其他行业和市政领域．使用量已经超过了２０６台（套）．总计赴理水盛达到８７０万一／

ｄ。

３净化系统工艺流程和工作原理

３．１工艺涟程

ＲｅＣｏＭｅｇＴＭ超磁分离水体净化系统处理矿井水

７帅・

的工艺流程见田ｌ。

～擞蚶『．酶卤

－－，

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圈１

ＲｅＣｏＭ，＿，超碓分离水体净化＊缱Ｉ艺漉程

工艺流程简述如下：

（１）加入特选磁种：矿井水首先进人混凝反应

器．与一定浓度磁种混合均匀；

（２）徽磁絮凝：含有一定浓度磁性物质的水休，

在混凝荆和助挺剂作用下．完成磁种与非磁性悬浮

物的结合，形成微礁絮闭．桃凝颦凝时问约２—３

（３）快建分离：经过混凝反嚏后，出水流＾超磁

分离设备，在高磁场强度下，形成的磁性微絮团通过与进水方向逆行的缓慢转动的融盘打捞出水面，实现微磁絮团与水体的分离，水流经过磁盘机的流速

高达３００ｍ／ｈ一１ＣＯＯｍ／ｈ，分离时问＜３０Ｓ；

（４）磁种回收：由磁盘打捞出来的散磁絮团经磁回收系统实现磁种和非磁性污泥的分离，磁种回收再利用（回收率）９９％），污泥进＾樗泥处理系

统。

（５）回收磁种计量投加：回收的碰种加人一定量的清水，搅拌均匀后通过计量泵重新投加到混凝

反应器，循环使用。３．２工作原理

ＲｅＣ，ｏｉ矿超磁分离水体净化系统能在３分钟

左右完成整个微絮凝、过滤（固液分离）过程潭于其工作原理与传统混凝沉淀不同．主要有以下两方面

原因：

（１）徽磁絮凝。耻ｃ洲皑“超磁分离水体净化

系统通过向待处理水中投加磁种，让非磁性悬浮物在混凝剂和助凝剂作用下与磁种结台。一方面，磁种作为絮体的“凝核”，强化井加速了絮体颗粒的形成。另一方面．磁种赋予了絮凝体磁性。颦体只需微絮凝即可在超磁分离净化设备的强磁场作用下分离．而无需形成大的絮团沉淀去除。因此，所需投加的药剂量是普通的絮凝沉淀的１／３～２／３。根据承

质不同．投加混凝剂和助凝荆的挝不同，但总絮凝时同一般只需２—３ｍｈ。与普通絮凝相比，前鹕由于

恍鸿等：矿井水北理新技术

有“凝桉”易脱稳．且少了絮体进一步变大即絮体熟

化以便于后续沉淀的时问，徽磁絮凝所需的时问是

普通絮凝所需时间的约Ｉ／３～Ｉ／４。

（２）超磁分离。从絮凝装置出来的经过微磁帮

凝的水自流＾超磁分离机，超磁分离机采用了稀土

永磁强髓性材料．通过聚磁技术，其磁盘可产生太于

重力㈣倍的磁力，瞬间（小于０

１

ｓ）能吸住弱磁性

物质，平行磁盘问水的过流速度可达到３００ｒＪｈ一

１０００

ｍ／ｈ，实现微磁絮团与水的快速分离，水流经过整个超磁分离机的时间小于３０ｓ，实际经过磋盘

的时问小于１５ｓ；由于分离时问很短．占地面积小，是常规平流沉淀池１／５０一ｌ／３００．是高速澄清池的１／１０—１／３０。Ｒ处理量２００００Ｉ的全套系统占地面积仅为１２

ｍ×９ｍ。

４

ＲｅＣｏＭａｇ州超磁分离水体净化系统处理矿井水试验

４

１小试

小试进取了两种矿井水水样，１’矿井水ｓｓ为

４０

ｍｇ／Ｉ，，２‘矿井水ｓｓ为３９２ｍ∥Ｌ。通过小试验证

该工艺的町行性并作为中试工艺参数选取的主要参

考。

小试攥拟实际工艺流程．在装有一定最矿井水的烧杯中投加磁种、混凝剂一・搅拌脱稳－．加＾助凝剂一搅拌絮凝一＋用与超瞄分离凯磁盘磁场强度相近的磁力棒吸附悬浮物絮体达到同液分离的目的。

小试主要从以下几个方面着手：

（１）磁种选择；（２）药荆选择；

（３）磁种投加滩度，药荆投加浓度；（４）混凝絮凝搅拌强度、搅拌时问；（５）处理后水质情况及稳定性。

通过小试，ｌ。矿井水在稳定满足处理后水质ｓｓ

（８州Ｌ的最佳工艺条件为：特选磁种粒径小于

２００目．絮凝剂和助凝荆选用ＰＡＣ和ＰＡＭ，磁种投加浓度为５０叫一Ｌ，ＰＡＣ投加浓度为１０ｍ∥Ｌ，ＰＡＭ投加浓度为０５ｍ∥Ｌ，混凝以１５０ｒ／ｒａｉｎ搅拌１ｒａｉｎ，絮凝以８０ｒ／ｒａｉｎ搅拌２ｍｉｎ。２‘矿井水在稳定满足处理后水质ＳＳ（８ｍ∥Ｌ的最佳工艺条件为：特选隘种粒径小于２００目．絮凝荆和助凝刺选用ＰＡＣ和ＰＡＭ，磁种投加浓度为２００ｍ吕／Ｌ。ＰＡＣ投加浓度为４０ｍ吕／Ｌ．ＰＡＭ投加浓度为１ｍ５／Ｌ，混凝以１５０ｒ／

ｒａｉｎ搅拌ｌｒａｉｎ，絮凝吼８０ｒ／ｎｄｎ搅拌２ｍｍ。

２００９年１１月

４

２中试工艺流程

为验证ＲｅＣｏＭａｇ“赳磁分离水体净化系统的可

靠性，选取悬浮物浓度鞍高的２。矿井水作为中试原

水，中试处理流虽为６９０ｍ’／ｄ．净化系统为车载形

式，方便移动。由于该净化系统不是水久设施．选取了地面处理形式，整个工艺流程如图２，方框中为车

载ＲｅＣｕＭ甥“超磁分离水体净化系统。

｝障丽蒿卜厢面瀛瓦｝—｝＊《一ⅧⅧ

ｌ霞盂每。。

鲴２

ＲｅＣｏＭａｇ”’超磁分离水体净化采统址４矿＃水Ｉ艺诚镕

原水在井下水仓自然沉淀一段时问（预沉）后．大粒径的煤、岩啊粒物已被沉淀下来：经过预沉的矿井水棱提升到地面后一部分进入到车载ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统．在ＰＡＣ和ＰＡＭ作用下，与磁种混凝、絮凝，混凝时问为１ｒａｉｎ，絮凝时问为２ｍｉｎ；出水进＾超磁分离机，经过整个超磁分离机的

平均流速为３２４ｒｎ，ｈ，时恻为３０ｓ．实际经过磁盘的

时问小于１５ｓ，出水进行消毒．最后回用。磁种和非磁性悬浮物通过磁种回收系统分离，磁种衙环使用，

非磁性悬浮物作为污混进人污泥赴埋系统。进＾拇

泥处理系统的污泥台水宰低，约为９０％。

矿井水中试实验装置及进出水对比见图３。

圈３矿井水中试实验装置殛进出木对№

４３

ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统工艺参数

ＲｃＣｏＭ矿超磁分离水体净化系统处理矿井水

中试中，主要工艺参数如下：

（１）磁种选择和用量。ＲｅＣｏＭ蛞“超磁分离水体净化系统处理效果与磁种的选择有关。第一，选用的隘种需要剩磁小．通常要求剩磷小于８ｃＳ．在经过退磁器后能均匀分散到水中，有利于微絮凝体的形成。第二，磁种的粒径有选择，粒径太大，不荆于与徽细悬浮物形成磁性絮体，且分散能耗高；粒径

增刊经砥

母灿

２００９年１１月

太小，药剂量会增大，形成絮凝体的磁性弱，不利于分离。根据水源悬浮物的情况不同，选用磁种的粒径范围不同，需要通过试验确定。该矿井水处理通过实验室小试，确定选用粒径小于２００目的磁种；进水ＳＳ长期在２５０—４５０ｍｇ／Ｌ之间，个别时候悬浮物浓度突然提高。磁种投加量确定为２００ｍｇ／Ｌ。通过长期运行，在强永磁力作用下（表面磁场大于

两个部件或设备超磁分离机的磁盘和磁鼓都低速转

动，转动速率根据来水絮体的情况和出水水质要求

不同而做相应调整。随着处理流量的增大，超磁分离机磁盘数和回收磁粉的磁鼓的尺寸增加，但功率增加变化很小。ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统单套处理量可达ｌ

０００

ｔ／ｈ，日处理量达２４

０００

ｔ，系

统总功率（包括混凝搅拌、超磁分离、磁性和非磁性４０００

Ｇｓ）．磁种的流失率＜１％，即流失率＜２

ｇ／

ｍ３。系统定期补充磁种。对该６００ｍ３／ｄ处理量的ＲｅＣｏＭａ９１Ｍ超磁分离水体净化系统，每天向回收磁粉搅拌箱补充不超过１．２ｋｇ磁种。

（２）药剂用量。ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统处理该矿井水中试中，进水ｓｓ长期在２５０—

４５０

ｍｇ／Ｌ之间，个别时候悬浮物浓度突然提高，经

过长期的运行，在满足出水ＳＳ＜１０ｍｇ／Ｌ的前提下，得到最佳投加药剂量分别是ＰＡＣ为４０×１０一、ＰＡＭ为ｌ

Ｘ

１０～，特别是在进水悬浮物浓度突然提高的

情况下出水仍然保持稳定，即ＳＳ＜１０

ｍｇ／Ｌ。ＲｅＣｏ—

Ｍａｇ佃超磁分离水体净化系统处理该矿井水中试进出水Ｓｓ数据对比见图４。从图中可以看出，在设定固定的ＰＡＣ和ＰＡＭ投加量的情况下，出水水质均满足要求，有较强的耐冲击能力。投加药剂量吨水成本为０．０８元（按ＰＡＣｌ７００：Ｅ／ｔ，ＰＡＭｌ２０００

ＹＥ／ｔ

计算）。

ＫＸ

ｏ毛８■６Ｘ≮芒

５Ｘ渗４Ｘ＊三３Ｘ封

２ＸｌＸ０

图４ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统处理该矿井水中试进出水ＳＳ对比

（３）电耗。ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化系统的核心设备超磁分离机主要利用永磁力，处理量为

６００

ｍ３／ｄ的超磁分离机磁盘转动的电机功率为０．２５

ｋＷ，刮渣电机功率为Ｏ．５５ｋＷ。加上加药、混

凝搅拌、磁粉回收等，总功率为７ｋＷ，取荷载系数为０．７，则１３用电量为１１７．６ｋＷｈ，日处理水量６００ｔ，

按照０．５０：元＿／ｋＷｈ计算，则吨水电耗为０．０９８元。

由于系统１３处理量小，吨水电耗相对较高。实际上。ＲｅＣｏＭａｇ’Ｍ超磁分离水体净化系统中主要的

・７９２・

物质的分散、退磁、磁粉回收等）不超过５０ＫＷ，吨水电耗不超过Ｏ．０２元。

（４）占地面积。整套６００ｍ３／ｄ的ＲｅＣｏＭａｇ州超磁分离水体净化系统包括加药、混凝、超磁分离、磁粉回收和电控等，整套系统占地面积为２．４

ｍＸ４．０

ｍｏ

（５）排泥浓度。微磁絮体经过磁盘吸附，转到水面以上进行刮渣，相当于一个沥水过程，从刮渣系统刮下来的泥含水率已经较低，经过后面的磁种回收系统，最后的非磁性物质被分离出来排放到污泥处理系统，含水率约９０％。

另外，与传统的过滤设备比较，ＲｅＣｏＭａｇ。Ｍ超磁

分离水体净化系统可连续运行，絮体的去除通过耐磨的刮渣系统实现，代替了过滤设备的截留，无需反洗。系统第一次启动，只需简单调试，一周内即可稳定运行；以后可随意起停，起动到稳定运行时间只需

１—２ｈ。

４结论

经过中试实验，表明ＲｅＣｏＭａ９１Ｍ超磁分离水体净化技术应用于矿井水悬浮物处理的可行性。在处理该矿井水中试过程中，该系统能在３ｍｉｎ左右完成整个处理过程，出水ＳＳ＜１０ｍｇ／Ｌ，ＳＳ去除率＞９７％。有较强的耐冲击负荷能力。

ＲｅＣｏＭａｇＴＭ超磁分离水体净化技术用于矿井水处理主要具有以下几个优点：

（１）流程短，整个处理过程约３ｍｉｎ；

（２）占地面积小，６００Ｉｎ３／ｄ的整套系统占地面

积为２．４

ｍｘ４．０ｍ；

（３）微磁絮凝，投加药量是传统工艺的１／３—

２／３；

（４）设备可靠耐用，稀土永磁性能稳定，寿命长，１０年衰减仅５％一１０％；

（５）可连续运行，无需反洗；

（６）利用永磁力，电耗低，对于处理量大于

２００００

ｔ／ｄ的系统，吨水电耗不超过０．０２元；

（下转第８１０页）

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（上接第７９２页）

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曹祖民。高亮，等．矿井水净化及资源化成套技术与装备［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００４．

何绪文，肖宝清，王平．废水处理与矿井水资源化［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２００２．

（８）系统简单，日常维护方便，自动化程度高，

不需人员值守。

参考文献

［１］王绍文，邹元龙，等．冶金工业废水处理［Ｍ］．北京：化学工业

（收稿日期２００９—１０—１１）

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矿井水处理新技术——ReCoMagTM超磁分离水体净化系统

作者：作者单位：

倪鸿， 周勉， 易洋

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