金龍鐵礦給排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

張乃豐 王向陽(yáng)

隨著我國(guó)采礦業(yè)不斷發(fā)展，礦坑涌水作為非常規(guī)水源加以利用取得了較大的進(jìn)展。但是，如何循環(huán)高效地利用礦坑涌水，發(fā)掘礦區(qū)給排水系統(tǒng)中水進(jìn)一步回收利用空間的研究還較少。礦坑涌水作為礦區(qū)給排水系統(tǒng)中重要的新水補(bǔ)充來(lái)源，在礦區(qū)特定的水文地質(zhì)條件下，研究礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高礦坑水資源高效重復(fù)利用是一個(gè)值得深入探討的課題。

本文以金龍鐵礦為例，以模擬預(yù)測(cè)的礦坑正常涌水量，作為礦山給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)和前提，應(yīng)用城市給排水技術(shù)中計(jì)算設(shè)計(jì)需水量的方法預(yù)測(cè)礦區(qū)需水量，結(jié)合地面生產(chǎn)用水，對(duì)礦山給排水系統(tǒng)中的各參量進(jìn)行相應(yīng)分析，為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

一、需水量與用水量計(jì)算

1.需水量

采用鐵礦用水定額標(biāo)準(zhǔn)為1.8m3/t，計(jì)算得到采選礦生產(chǎn)用水為5478m3/d；礦區(qū)生活用水量包括職工生活用水、食堂用水、淋浴用水和環(huán)境綠化用水。根據(jù)《建筑給水排水規(guī)范》，取食堂用水15L/人·餐，用水量為24.8m3/d；沐浴用水60L/人·班，用水量為33m3/d；職工宿舍用水200L/人·d，用水量為110m3/d；得到用水量Q2為167.8m3/d。研究區(qū)建筑總面積400畝，綠化面積占總面積的10%，綠化用水1.5m3/d，綠化用水量為40m3/d，礦區(qū)地表沖洗、道路灑水抑塵等用水量 50 m3/d。計(jì)算得 Q3為90m3/d。本文取消防用水定額35L/s，同一時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)次數(shù)為2次，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2h，合計(jì)總用水量為8.4m3/s。

2.用水量

礦區(qū)采選工程生產(chǎn)過(guò)程中循環(huán)回用水量為16776.5m3/d，采選工程生產(chǎn)用水新水取水量為5478m3，礦區(qū)生產(chǎn)總用水量為22254.5m3/d，生活用水量257.8m3/d（10.7m3/h）。

礦區(qū)采選工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)用水（新水）5478m3/d，新水水源為礦坑排水。如礦坑排水不足由裕溪河補(bǔ)給，生活用水的水源為淺層地下水。

二、用水水質(zhì)分析

本礦區(qū)礦坑充水水源主要是三疊系中統(tǒng)徐家山組大理巖、白云巖及角礫巖中的裂隙巖溶水，另外有少量來(lái)自三疊系中統(tǒng)黃馬青組基巖裂隙水與上覆的松散孔隙水。徐家山組裂隙巖溶水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶含水層受巖漿侵入和礦化、蝕變作用影響，地下水中SO42-含量和礦化度較高，水化學(xué)類(lèi)型較復(fù)雜，總硬度141～568mg/L，屬軟～極硬水；三疊系中統(tǒng)黃馬青組裂隙含水層受巖漿侵入的影響，水化學(xué)類(lèi)型為SO4-HCO3-Ca·Na型，礦化度1.28g/L，總硬度212.3mg/L，屬微硬水。上述水質(zhì)條件作為礦山企業(yè)的采、選礦等生產(chǎn)用水，是可行的。

鍋爐用水包括第四系松散巖類(lèi)孔隙水、三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶水，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2，第四系松散巖類(lèi)孔隙水水質(zhì)屬鍋垢多～很多、具有軟沉淀的、不起泡～半起泡的非腐蝕性水；三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶水屬鍋垢多的、具有軟沉淀～硬沉淀的、不起泡的～起泡的非腐蝕性水。因此，可作為鍋爐用水使用。

生活用水為第四系全新統(tǒng)孔隙含水層易于接受降水硬度補(bǔ)給，水化學(xué)類(lèi)型主要為 HCO3-Ca 型、HCO3-Ca·Mg型，礦化度為0.189～0.944g/L，一般為0.50g/L左右，總硬度 168～487mg/L，屬微硬～極硬水。除局部地段地下水偏高外，一般物化指標(biāo)均符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可以作為居民較好的生活用水水源。三疊系中統(tǒng)黃馬青組基巖裂隙水和徐家山組裂隙巖溶水，水化學(xué)類(lèi)型較復(fù)雜，不宜作生活用水。

表1 徐家山組裂隙巖溶水水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告表

表2 鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)表

表3 方案效益對(duì)比分析表

三、礦區(qū)用水保證程度分析

項(xiàng)目生產(chǎn)用水首先利用4857m3/d的礦坑排水量，再?gòu)脑Ｏ友a(bǔ)充621m3/d；礦區(qū)取水量是裕溪河多年平均徑流量的0.01%，是最枯年份的0.3%；相對(duì)當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量而言，該用水量?jī)H占95%年份當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量的0.79億m3的0.2%左右；因此礦區(qū)生產(chǎn)用水在水量上是有保證的。

生活用水257.8m3/d依靠當(dāng)?shù)販\層地下水，僅占95%年份當(dāng)?shù)販\層地下水資源量0.12億m3的0.7%左右；研究區(qū)內(nèi)第四系松散孔隙水水質(zhì)優(yōu)良，單井出水能力500～1000m3/d。因此，就近建井供生活用水是可行、可靠的。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.給水系統(tǒng)的優(yōu)化

圖1 優(yōu)化前的水量平衡圖

對(duì)礦區(qū)給水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容是優(yōu)先回用選礦廠中鐵精礦和采礦廠等車(chē)間的生產(chǎn)排水混凝沉淀處理后的污水，還要優(yōu)先回用尾礦庫(kù)處理后的污水，當(dāng)以上水量不滿足時(shí)，用礦坑涌水量來(lái)補(bǔ)給。停用原裕溪河的水源，裕溪河地表水僅作為應(yīng)急備用水源，當(dāng)尾礦庫(kù)回水系統(tǒng)故障或涌水發(fā)生突變時(shí)，裕溪河的水源可以及時(shí)補(bǔ)給，確保礦山生產(chǎn)用水安全。礦區(qū)的生產(chǎn)用水一般對(duì)水質(zhì)要求不高，混凝沉淀后的采選礦回水和自然凈化后的尾礦庫(kù)回水可滿足礦山生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求。對(duì)于給水系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)是只需適當(dāng)提高尾礦庫(kù)污水回用系統(tǒng)回水能力，圖1為優(yōu)化前的水量平衡圖。

2.排水系統(tǒng)的優(yōu)化

對(duì)礦區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是將以尾礦庫(kù)的合流制系統(tǒng)改為分流制系統(tǒng)。主要改造內(nèi)容為選礦廠中鐵精礦和采礦廠等車(chē)間的生產(chǎn)排水混凝沉淀處理后全部回用外，剩余均隨尾砂排入尾礦庫(kù)，尾礦庫(kù)除接納選礦廢水外不再另行接納生活污水。進(jìn)入尾礦庫(kù)的選礦廢水回用水由原來(lái)的220.64m3/h增加到現(xiàn)在的264.1m3/h，因此，尾礦庫(kù)收納的選礦廢水循環(huán)利用水量得到了很大提高。生活污水經(jīng)過(guò)處理后所形成的中水，可以直接用于礦區(qū)綠化（40m3/d）和礦區(qū)地表沖洗、道路灑水抑塵等（50 m3/d），剩余116.2 m3/d中水，可用到充填站水處理設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步處理，再進(jìn)入選礦工藝用水環(huán)節(jié)循環(huán)利用（見(jiàn)圖2）。

圖2 優(yōu)化后的水量平衡圖

3.方案優(yōu)化前后的效益對(duì)比

通過(guò)對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)圖1和圖2統(tǒng)計(jì)了優(yōu)化前和優(yōu)化后兩種不同方案的用水量指標(biāo)，重復(fù)利用率指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化后，新水用量減少了621m3/d，礦坑涌水量減少了539m3/d，即剩余的涌水量經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理排入到裕溪河。全礦水重復(fù)利用率提高了5.2%，尾礦庫(kù)污水回用率提高了13.8%，實(shí)現(xiàn)了選礦廢水串聯(lián)使用。將廢水分配和消納各級(jí)生產(chǎn)工序中，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用。

五、結(jié)論

現(xiàn)有供水水源地和各類(lèi)地面水體，水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果基本符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。礦區(qū)水質(zhì)分析結(jié)果表明：裕溪河和礦坑涌水的水質(zhì)良好，均可滿足生產(chǎn)用水要求，淺層地下水水質(zhì)滿足礦區(qū)生活用水要求。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，礦區(qū)生產(chǎn)用水全部由礦坑涌水供給，裕溪河地表水只作為應(yīng)急備用水源。生產(chǎn)用水水源的這一優(yōu)化，是對(duì)“優(yōu)水優(yōu)用、劣水劣用”號(hào)召的積極響應(yīng)，是對(duì)水污染防治法、安徽省節(jié)約用水條例的貫徹落實(shí)。

通過(guò)對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化，新水用量減少了621m3/d，全礦水重復(fù)利用率提高了5.2%，尾礦庫(kù)污水回用率提高了13.8%。也可以達(dá)到清污分流、分質(zhì)處理、一水多用的環(huán)境保護(hù)要求，可以實(shí)現(xiàn)選礦廢水和尾礦庫(kù)污水全部回用，避免了因其他廢水排入尾礦庫(kù)導(dǎo)致尾礦庫(kù)污水不能全部回用外排的現(xiàn)象■