从2010年 调节产能结构，至 安全监管总局等十二部门于2014年联合下发了《关于加快落后小煤矿关闭推出工作的通知（安监总煤监（2014）44号）》，统计到2015年底全国关闭了2000处以上小煤矿，湖南省关闭了588处小煤矿。
随着小煤矿关闭退出，矿坑水停止抽排，采矿时形成的废弃采场、巷道等地下空间逐渐积水，积水浸泡残留煤层、土层及腐蚀开采遗留下来的钢支撑、钢轨和钢质设备，便产生高酸性，高浓度铁、锰离子矿井涌水。为防止该涌水直接排放对环境造成影响，需对其进行收集处理。在处理过程中，由于加入大量石灰或碱会产生大量含铁化学污泥，如要妥善处置这些污泥不造成二次污染，需在运输前对其进行脱水处理。
从湖南省内多例煤矿涌水工程实地调查了解，目前该类污泥使用的脱水工艺主要有板框式、离心式、带式、真空压滤式及叠螺式。所有工程案例中，脱水形式都为一级脱水，并发现无论采用何种脱水设备，实际运行中都存在优缺点。
本文以湖南省某煤矿涌水处理脱水改造工程为例，先利用原配离心式污泥脱水机先对含铁污泥进行预浓缩，再新增重力式带式脱水机对浓缩污泥进行进一步脱水，获得干泥含水率稳定在73%以下，成功解决该工程污泥难脱水问题，并得到处理厂管理人员的认可。现将改造经验分享如下，可为类似工程设计或改造提供参考和借鉴。
1 案例含铁废水及污泥处理情况
1.1 处理规模及水质
该煤矿涌水设计处理能力为3600m³/d，小时处理能力为150m³，系统实际运行进水水质为：pH为2.5～4、总铁（Fe）＜1100mg/L、总锰（Mn）＜21mg/L、SS＜100mg/L。出水水质执行《煤炭工业污染物排放标准（GB 20426-2006）》，采煤废水污染物排放限值新建（圹、改）生产线要求，即pH为6～9、总铁（Fe）≤6mg/L、总锰（Mn）≤4mg/L、SS＜50mg/L。
1.2 处理工艺
矿涌水先收集到调节池，通过空气搅拌进行水质调节，同时在充氧作用下，废水中的部分亚铁离子得到氧化。均化调质后的废水，由提升泵送往中和反应池，利用在线pH仪联合电动阀控制石灰投加量，将废水pH调至8.5左右。石灰的加入使水中铁离子、亚铁离子、锰离子形成不溶于水的氢氧化物。再在絮凝池内加入PAM生成理想的颗粒物。一级絮凝池出水自流进入一级平流沉淀池进行泥水分离，去除中和反应产生的大部分污泥。平流沉淀池上清液自流进入氧化池，在氧化池内，充氧曝气使水中亚铁离子充分氧化成三价铁离子后，在二级絮凝池通过加入PAC、PAM进行混凝、絮凝反应。同时，由于PAC呈酸性，可将进水pH回调至7左右。混凝、絮凝反应产生的混合液进入二级平流沉淀池沉淀区内进行固液分离。上清液进入清水池，部分回用于生产（溶药配药、设备清洗等），其余经计量槽计量排放。
各平流沉淀池产生的污泥通过刮吸泥机送往污泥浓缩池进行浓缩处理，然后由螺杆泵联合离心式污泥脱水机进行脱水，产生的干泥送往临时贮泥场储存，在自然风干作用下进一步脱水，送往专用填埋场进行填埋处置。
1.3 污泥处理存在问题
本案例在实际运行中，由于原水中铁离子浓度高，系统产生的污泥含有大量铁化合物，污泥通过离心式压滤机脱水后含水率仍在80%以上，根本达不到转运要求。污泥送往临时贮泥场进行自然风干后，由于含水率高，需要有足够的场地和时间，才能将干泥外运处置。
2 含铁化学污泥的性质及脱水性分析
2.1 含铁化学污泥的化学性质
由1.2节对废水处理工艺流程介绍可知，含铁废水通过加入过量石灰或片碱，经中和及氧化反应生成富含铁化合物的化学污泥，含铁废水与碱反应过程非常复杂。该污泥主要成分为Fe（OH）2、Fe（OH）3及不同的配合产物，除此外还有部分投加药剂产生的残留杂质及少量其他金属化合物沉淀。
Fe（OH）2：氢氧化亚铁，相对分子质量为89.866。白色固体，难溶于水，密度为3.4g/cm³。受热易分解。为中强碱，易溶于酸，难溶于碱。由于容易被氧化，当充氧时，在污泥中只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的不同配合产物，因此污泥呈灰绿色的絮状沉淀。
Fe（OH）3：氢氧化铁，相对分子质量为106.867。棕色或红褐色絮状沉淀，难溶于水，密度为3.4～3.9g/cm³。具有两性，但其碱性强于酸性。在其粒子大小在1～100nm之间时，分散系为胶体，具有较强的吸附性。
2.2 含铁化学污泥脱水性
污泥脱水性能的影响因素很多，目前研究主要是颗粒尺寸、密度、黏度、电势能、污泥水分的存在方式等。有研究表明，污泥颗粒大小和污泥中水分存在方式是衡量污泥脱水效果重要的指标。
本案例产生的污泥有两大特点：
（1）污泥中含有大量的氢氧化亚铁和氢氧化铁，其粒子在1～100nm之间，比表面积大，污泥颗粒自有的电荷相互作用大，形成一个稳定系统。
（2）氢氧化铁与水反应结合成水合物，结合水与固体颗粒之间有键的作用，增加水的稳定性。
由于以上两个方面的特点，决定了该类含铁含铁化学污泥脱水性差。
为进一步了解污泥的特性，经现场取样，对污泥进行微观形貌特征分析。可以发现，该污泥的组成比较复杂，多种颗粒夹杂堆积，表面规整光滑和细小絮体状的颗粒都有，但以光滑的小晶体颗粒为主。根据总体颗粒形貌情况判断， 该污泥为较难脱水。
3 污泥脱水工艺种类
通过湖南省内多例煤矿涌水工程实地调查，对实际工程中各种污泥脱水机存在的优缺点统计如下表所示：
项目 | 脱水污泥含固浓度 | 能耗 （kW·h/m³） | 工作状态 | 设备费用 | 其他优缺点 |
离心脱水机 | 20%以下 | 1.85 | 可连续 | 较贵 | 优点：操作简单，产率高，出泥稳定，自动化程度高。 缺点：出泥含水率高，污泥处于流态 |
叠螺脱水机 | 20%以下 | 0.15 | 可连续 | 较贵 | 优点：故障少，振动小，操作安全，可直接处理低于2%泥水 缺点：出泥含水率高，污泥处于流态，处理能力小，当污泥在中性条件下时脱水困难，需对污泥进行调理 |
带式压滤机 | 35%以上 | 0.55 | 可连续 | 低 | 优点：操作管理方便，处理能力大，化学药物用量少 缺点：当污泥在中性条件下时，跑泥严重，无法形成泥饼 |
板框压滤机 | 40%以上 | 0.25 | 间歇 | 低 | 优点：工作可靠，无振动，对物料适应性强，化学药物用量少，甚至可以不加。 缺点：操作麻烦，压紧，卸泥时需专人看守，每次压紧需检查滤布平整情况，维修工作量大。 |
真空压滤机 | 20%以下 | 2.75 | 可连续 | 贵 | 优点：操作管理较方便，处理能力大，化学药物用量少 缺点：设备体型庞大，出泥含水率高，污泥处于流态 |
从上表可以看出，采用板框压滤机处理该类污泥，出泥含固率较高，但其处理过程为间歇式，处理量小，劳动强度大，维修工作量大。带式压滤机出泥含固率仅次于板框压滤机，但污泥不进行调理时会出现跑泥现象。除此之外，其余设备出泥含固率相似，出泥都为流态，不便于转运处置。
4 联合式含铁污泥脱水工艺
利用离心脱水机产泥率高和出泥稳定，结合带式压滤机出泥含固率相对较高的优点，案例将新增一套重型带式压滤机与离心脱水机联合对该类污泥进行处理。重型带式压滤机压差为0.08MPa，滤带速度为2.5m/min。通过实际运行，取得满意的结果，多次取泥样检测分析，含水率都在73%以下。
5 结语
本案例在原含铁化学污泥离心式脱水工艺基础上，充分利用离心式脱水和带式脱水两种工艺各自的优点，经联合放大了处理的效果，成功解决了含铁化学污泥脱水难的问题。该成功经验可供同类含铁化学污泥脱水不理想的项目改造参考借鉴，在改造投资能承受的情况下不失为一种理想的方法。
