煤礦礦井水處理綜合利用

盧素凡

工程概況

新疆屯南煤業(yè)有限責(zé)任公司是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)，是兵團(tuán)建設(shè)新型工業(yè)化的原煤供應(yīng)基地。和布克河是該區(qū)工農(nóng)業(yè)和生活用水及本礦生產(chǎn)、生活供水的唯一水源。由于河水流量有限，一旦進(jìn)入枯水季節(jié)，礦區(qū)就發(fā)生水荒，給礦區(qū)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)秩序造成了嚴(yán)重影響。因此，缺水問(wèn)題已成為制約礦區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，迫切需要徹底盡快解決。本項(xiàng)目的實(shí)施不但可以解決長(zhǎng)期困擾礦區(qū)供水不足的矛盾，同時(shí)可以減少污染、節(jié)約資源、保證煤礦的生產(chǎn)安全，也給企業(yè)節(jié)約了大量排污經(jīng)費(fèi)。

光明井是新疆屯南煤業(yè)有限責(zé)任公司主力生產(chǎn)礦井之一，生產(chǎn)原煤45萬(wàn)t/a。該礦井地下水較為發(fā)育，日涌水量在2000m3左右（不包括203井日涌水量2250m3）。地下水的大量存在，使煤礦不得不花費(fèi)大量的財(cái)力和電力消耗，對(duì)礦井廢水進(jìn)行抽排。且由于沒(méi)有對(duì)井下廢水進(jìn)行收集、處理和加以利用，導(dǎo)致排到地面的礦井廢水又重新滲入井下，對(duì)礦井造成二次危害。

水源現(xiàn)狀調(diào)查

礦井涌水量與礦山所處的地理位置、氣候、地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采深度和開(kāi)采方法等因素有關(guān)。目前兩礦礦井正常排水量一共為4250m3/d，其中光明井2000m3/d，203井2250m3/d。礦井廢水為基巖裂隙水，除硬度大、礦化度高外，主要受開(kāi)采過(guò)程中煤塵、巖塵的污染，同時(shí)還含有少量乳化液，表現(xiàn)出懸浮物、CODcr濃度較高。兩礦礦井排水均沒(méi)有進(jìn)行處理，也未回用，全部排入工業(yè)場(chǎng)地附近干溝中。礦井排水水質(zhì)經(jīng)兵團(tuán)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站取樣實(shí)測(cè)，用《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20426-2006）中規(guī)定的水污染物排放限值要求，雖然只是SS濃度超標(biāo)，其余各項(xiàng)均達(dá)標(biāo)，但礦化度、總硬度、SO42-濃度高。用水質(zhì)礦化度、總硬度、酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)衡量，礦井水屬于微咸水、極硬度、中性的地下水。此礦井水若用于工業(yè)生產(chǎn)鈣鹽、鎂鹽的沉淀會(huì)造成鍋垢，妨礙熱傳導(dǎo)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致鍋爐爆炸。高硬度水用于生活時(shí)，飲用會(huì)對(duì)人體健康造成一定的影響。

礦井水處理綜合利用項(xiàng)目實(shí)施

工藝要求

水質(zhì)達(dá)標(biāo)。礦井廢水經(jīng)處理后各項(xiàng)指標(biāo)必須達(dá)到煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（井下消防灑水標(biāo)準(zhǔn)、生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等）的要求。

工藝先進(jìn)。要根據(jù)原水水質(zhì)特點(diǎn)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇可靠的水處理工藝，做到技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、高效節(jié)能。

經(jīng)濟(jì)實(shí)用。盡量降低工程投資和減少經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用，做到以最少的資金投入獲得最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，最大限度的滿足生產(chǎn)和生活需要。

布局合理?？傮w布局要因地制宜、從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合建設(shè)場(chǎng)地的面積、地形、標(biāo)高等因素，充分考慮所有建（構(gòu)）筑物、設(shè)施、管線等的效能，優(yōu)化工藝、合理布局。

處理工藝：根據(jù)礦井實(shí)際，礦井水處理站設(shè)計(jì)處理能力為4500m3/d，礦井水處理站建在光明井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，203井的礦井水通過(guò)管道輸送至光明井水處理站集中進(jìn)行處理，處理之后的水供礦區(qū)各單元用水。根據(jù)原水水質(zhì)特點(diǎn)及處理后排水水質(zhì)的要求，確定主要處理工藝如下：

凈化處理工藝。廢水經(jīng)凈化工藝處理后，除礦物質(zhì)超標(biāo)外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。具體如下：礦井廢水—廢水調(diào)節(jié)——廢水提升—計(jì)量泵加藥—微渦管式混合—微渦折板絮凝—異向流高效斜板沉淀—曝氣生物過(guò)濾—普通過(guò)濾—加氯消毒—清水池。

淡化處理工藝。清水經(jīng)淡化工藝處理后，可進(jìn)一步去除水中的礦物質(zhì)，出水水質(zhì)高于煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，可適應(yīng)于各種用途。

清水池—清水提升—活性炭過(guò)濾—精密過(guò)濾—超濾膜過(guò)濾—納濾膜過(guò)濾—淡化池—淡水加壓。

污泥處理工藝。絮凝沉淀池污泥—儲(chǔ)泥池—板框壓濾機(jī)—泥餅作低熱值燃料出售。

回用工藝。用水、浴室用水、洗衣用水、鍋爐補(bǔ)水（或由清水池利用自然壓力回用于井下消防降塵、濕式鑿巖用水）。具體如下：經(jīng)處理后的礦井水—清水池—泵站—井上降塵灑水、綠化。

主要工藝特點(diǎn)

微渦管式混合。微渦管式混合器不僅擁有傳統(tǒng)靜態(tài)管道混合器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，還因其在宏觀混合的同時(shí)強(qiáng)化了亞微觀混合，使藥劑迅速擴(kuò)散到水體的任何細(xì)部，可充分發(fā)揮藥劑的作用，獲得理想的混合效果，同時(shí)還可節(jié)省藥劑投加量20～30%。

微渦折板絮凝。微渦折板絮凝是一種新型高效絮凝技術(shù)，池內(nèi)設(shè)微渦折板絮凝填料，利用折板上設(shè)置的垂直擾流翼片，使水流產(chǎn)生高比例、高強(qiáng)度的高頻渦旋，從而利用微渦旋的動(dòng)力增強(qiáng)礬花顆粒之間的碰撞作用，形成密實(shí)、大顆粒、易沉淀分離的礬花。他對(duì)原水的水溫、水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性較強(qiáng)，對(duì)能量的利用率高，具有反應(yīng)時(shí)間短、絮凝效果好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、易于維護(hù)管理、占地面積小的特點(diǎn)。

異向流高效斜板沉淀。異向流高效斜板沉淀工藝，由于斜板部分能提高沉淀效率，使出水懸浮物含量更低，可達(dá)到較好的沉淀效果。高效斜板主體及零配件均由乙丙共聚材料制成，具有表面光滑、不易積泥，沉淀效果好、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)淺層理論，在斜板上部設(shè)置沉淀距離合理的沉淀段，下部控制斜板的結(jié)構(gòu)，調(diào)整水力狀態(tài)，通過(guò)強(qiáng)化其接觸絮凝作用及淺池效能達(dá)到礬花與水有效分離的目的。

曝氣生物過(guò)濾（BAF）。曝氣生物過(guò)濾主要作用是去除水中的有機(jī)物及氨氮，是一種采用生物陶粒濾料固定生物膜的好氧或缺氧生物反應(yīng)器，集生物接觸氧化與懸浮濾床截留功能于一體，可有效去除水中SS、CODcr、BOD5、NH3-N等有害物質(zhì)，降低、濁度、色度。曝氣生物過(guò)濾是國(guó)內(nèi)近幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于微污染、輕度污染原水的處理。曝氣生物過(guò)濾具有占地面積小、基建投資省、動(dòng)力消耗低、處理效果好及運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

超濾膜過(guò)濾（UF）。超濾膜過(guò)濾介于納濾與微濾之間，是利用超濾膜不同孔徑對(duì)液體進(jìn)行分離的物理篩分過(guò)程。超濾膜技術(shù)應(yīng)用很廣，除在水處理領(lǐng)域應(yīng)用外，還可廣泛用于許多特殊溶液的分離和精制，同時(shí)由于超濾是常溫操作，對(duì)那些熱敏性物質(zhì)的分離、濃縮、精制特別有效，節(jié)能效果尤為顯著。

納濾膜過(guò)濾（NF）。納濾膜過(guò)濾介于反滲透和超濾之間，是近十年發(fā)展較快的一項(xiàng)膜技術(shù)。目前國(guó)際上的納濾膜多半是聚酰胺復(fù)合膜，對(duì)氯化鈉的脫除率約80%左右，而對(duì)硫酸鎂的脫鹽率高達(dá)98%，最大的優(yōu)點(diǎn)是操作壓力僅為0.5MPa，在水的軟化除鹽和低分子有機(jī)物的分級(jí)等方面優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特、應(yīng)用廣泛。特別是應(yīng)用于飲用水的深度處理方面。

在水資源日益缺乏的今天，礦井水的綜合利用具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。礦井水經(jīng)處理后回用不僅解決了礦區(qū)缺水、環(huán)境、安全問(wèn)題，而且充分利用了礦井水水資源，具有明顯經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，有利于礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本次煤礦礦井水處理綜合利用項(xiàng)目經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，可為礦區(qū)節(jié)約300余萬(wàn)元。