浅析迷宫斜板沉淀理论与应用效果分析

寂寞 · 发表于 2021-1-19 17:30:42

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浅析迷宫斜板沉淀理论与应用效果分析
李惠茹　陈贵阳
摘要　根据煤矿矿井水的水质特点，对迷宫斜板的工作原理及效果进行粗浅分析，论述了迷宫斜板在矿井水中的应用，探讨了矿井水处理站迷宫斜板沉淀池的沉淀效率、沉淀时间、占地面积及悬浮物浓度等参数的变化，为煤矿矿井水的深度净化处理提供了可供选择的处理方式之一。关键词　迷宫斜板　沉淀理论　应用效果
ANALYSIS ON THEORY AND APPLICATION EFFECT OF LABYRINTH SLANT PLATE SETTLING TANK
Li Huiru Chen Guiyang (Yanzhou Coal Mine Group Company,Environmental Protection Centre,Zhoucheng,Shandong,273500)
Abstract on the basis of water quality of the coal mine drainage the principle and treatment effect of labyrinth slant plate to treatment of coal mine drainage is described,and invetigates main parameters.such as settling effect,settling time,area applied,suspended solid of labyrinth slant plate settling tank at drainage treatment plant are discussed.It provides an alternative to treatment of coal mine drainage. Keywords labyrinth slant plate,sedimentation theory,application effect.
　　兖州矿区是我国现代化的煤炭生产基地之一，1998年原煤产量已过20 Mt，随着生产的不断发展，矿井水涌水量不断增加，为贯彻水污染防治法及扩大水资源的利用率，全公司建了七座矿井水处理站，1998年矿井水处理量为14.32 Mt，处理率为84.48％，处理达标率100％，矿井水复用量为8.58 Mt,复用率50％。　　根据各矿矿井水的不同特点，不同用途，各矿的矿井水处理工艺、方法也不尽相同，但混凝沉淀是大多数煤矿矿井水处理的一种常见处理工艺。　　本文通过对矿井水水质特点及矿井水处理工艺的分析，结合迷宫斜板沉淀原理及效果探讨了矿井水处理工艺中迷宫斜板沉淀池的主要参数的变化，分析了迷宫斜板沉淀工艺在矿井水处理中的应用效果。
1　煤矿矿井水的特点
　　矿井水主要来源于地下水，包括地面渗透水和岩石裂隙水等。受采煤过程影响，地下水、岩层水与煤层、岩层接触，发生一系列物理化学反应，使其含有一定数量的悬浮物(SS)等污染物。兖州矿区矿井水水质见表1。
表1　矿井水水质特征
单位
pH
SS
COD
硫化物
油类
南屯煤矿
7～9
50～400
50～216
0.477
5.6～7.0
鲍店煤矿
8～9
100～2000
50～1800
0.39～0.56
-
东滩煤矿
8～9.2
100～1284
100～728.4
2.0～4.0
-
兴隆庄煤矿
7～9
100～2000
100～1800
0.56～2.78
6.3～11.6
北宿煤矿
8～9
30～220
30～60
0.4～0.48
5.0～6.8
杨村煤矿
8～9
199～250
50～100
0.50～0.60
-
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级排水标准
6～9
70
100
10
10
　　从表1中可以看出，各矿的矿井水SS超标，COD个别矿超标，其它项超标的很少。由此看来，矿井水水质较好，处理回用矿井水的重点是去除SS。
2　矿井水处理方法与迷宫斜板沉淀池
2.1　矿井水处理方法　　为保护环境，利用水资源，兖州矿区各矿在建矿时就严格按照环评和“三同时”制度对矿井水进行了处理，或达标排放，或深度净化处理回用。常见的处理方法是：混凝沉淀、过滤等处理方法，处理工艺流程见图1所示。
图1　工艺流程示意图
　　由上述工艺过程可以看出，在矿井水处理过程中，沉淀池是一个不可缺少的构筑物。 2.2　迷宫斜板沉淀池　　兖州矿区处理矿井水采用的沉淀池有平流式、竖流式、辐流式和斜板(管)式沉淀池，本文主要介绍迷宫斜板沉淀池。 2.2.1　迷宫斜板沉淀池的工作原理　　迷宫斜板沉淀池的主要工作部件是翼片斜板，它是在斜板上设置多块一定高度、等间距的翼片。当水平流入斜板时，水全部通过翼片与斜板之间的间距，形成主流路，同时亦会在迷宫内形成环流，在一定流速下主流与环流现象十分明显，而在主流靠近翼片的边缘附近，颗粒的杂质在水力状态作用下被挟带进入迷宫内，随迷宫环流运动，这种水力状态是水流在翼片顶端脱离能产生强烈的涡流作用。这种水在迷宫斜板中的流态可分为三个区域：平流主流区、紊动涡流区、环流区。　　含有颗粒的水流入翼片迷宫后，一部分沿着主流区方向前进，另一部分则进入到主流区与翼片交界处的涡流区。在主流区运动的颗粒一方面向前运动，一面沉淀到涡流区的部分颗粒随涡流一起运动。在涡流区中的这些颗粒随着涡流被输送到下游翼片附近，当涡流与该翼片顶部和上部发生碰撞时，其中部分颗粒进入迷宫内，部分颗粒与主流一起流向下一格迷宫，被输送到迷宫内的颗粒，随迷宫内环流缓慢运动，集中于底部斜板，滑到排泥斗，进入迷宫内的极细小颗粒，或在缓慢的环流运动中不能沉淀下来，或已接触到底部斜板，然后又被环流冲起，则可能流出这格迷宫。　　迷宫内的环流能量来自主流区的流动，只能靠涡流碰撞到下游翼片时，所传递的能量来维持其循环。根据实测环流区流速，大致为主流区的1/4～1/5左右，为此缓慢的流速使环流接近于层流状态有利于颗粒沉降。而且在环流离心力作用下，颗粒一边沉淀一边被甩向迷宫四壁，所以一般颗粒只要进入迷宫便能沉淀下来，迷宫的这种低速环流造成良好沉淀环境是迷宫斜板具有高效沉淀效果的原因之一。　　迷宫斜板高效沉淀的另一主要原因是主流区和翼片间有涡流区的存在，主流区水流与翼片顶端产生一系列涡流，挟带着颗粒旋转水平向下游输送，当涡流与下游翼片碰撞后，其中部分颗粒便被输送到迷宫环流区内，这种输送是强制性的，不论颗粒粒径大小都将被送入迷宫，涡流的这种强制输送，动态分离作用是迷宫式斜板具有高效分离机能的最主要原因。 2.2.2　沉淀效果分析　　迷宫斜板沉淀具有涡流能将颗粒强制输送到沉淀效果良好的迷宫内，所以其沉淀效率为平流式的40～50倍，是普通斜板沉淀池的5倍，是斜管沉淀池的2.3倍。并具有以下特点：　　(1)停留时间短。我们在同一条件下比较侧向流迷宫斜板和普通斜板的时间，停留时间以斜板沉淀出水浊度为标准，当迷宫斜板沉淀池出水浊度达到这一标准时，比较两者的停留时间试验结果见表2。
表2　迷宫斜板与普通斜板池停留时间比较
池　　型
测1
测2
测3
普通斜板停留时间（S）
627.00
379.00
314.00
迷宫斜板停留时间（S）
60.00
24.00
10.00
　　(2)沉淀效果好。斜板沉淀池占地面积比平流沉淀池、斜管沉淀池和普通斜板沉淀池小，在相同的沉淀效果下所用沉淀池的面积见表3。
表3　在相同的沉淀效果下几种池型的面积比较
池型
迷宫斜板
平流
普通斜板
斜管
110
4000～5000
500
230
注：V为沉淀池容积，Q为处理水量。
　　(3)投资少。一般吨水投资为400元左右。
3　结论
　　由于迷宫斜板沉淀池效率高，停留时间短，出水浓度小，吨水投资少，从而在水处理中的应用越来越广泛。兖州矿区矿井水在悬浮物浓度不很高的情况下，仅经过混凝迷宫斜板沉淀、消毒即可作为饮用水源，简化了处理工艺，减少了投资与占地面积；另外，迷宫斜板沉淀池尤其适用于原有沉淀池的改、扩建工程。因此，迷宫斜板在矿井水中应用是较为有效的方法之一，是一个发展方向。
作者单位：兖州矿业集团公司环保中心，邹城 273500
收稿日期：1999-04-16