園子溝礦井水水質(zhì)處理工藝及經(jīng)濟(jì)效益分析

劉 杰

(陜西麟北煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 麟游 721505)

0 引言

礦井水既是一種具有行業(yè)特點(diǎn)的污染源，又是一種寶貴的水資源，是煤炭開采過程中，地下水與煤層、巖層接觸，加上人類活動的影響，發(fā)生了一系列的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)，因而水質(zhì)具有顯著的煤炭行業(yè)特征：含有懸浮物的礦井水感官性狀差；所含懸浮物的粒度小、比重輕、沉降速度慢、混凝效果差；同時(shí)礦井水中還含有綜采設(shè)備、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備工作過程中滲漏的廢機(jī)油、乳化油等有機(jī)污染物；不處理大量排放礦井水，不僅造成水資源的浪費(fèi)，而且污染當(dāng)?shù)氐乇硭茐纳鷳B(tài)環(huán)境，影響附近居民生產(chǎn)生活用水。

1 礦井水處理方法及原則

1.1 礦井水處理方法

化學(xué)方法[1]：離子交換法是化學(xué)脫鹽的主要方法，這是一種比較簡單的方法，就是利用陰陽離子交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。

膜分離法[1]：反滲透和電滲析脫鹽技術(shù)均屬于膜分離技術(shù)，是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的主要方法。①反滲透法—反滲透法是借助于半透膜在壓力作用下進(jìn)行物質(zhì)分離的方法。可有效地去除無機(jī)鹽類、低分子有機(jī)物、病毒和細(xì)菌等，適用于含鹽量大于4 000 mg/L的水的脫鹽處理；②電滲析法—在直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。

濃縮蒸發(fā)[1]：反復(fù)處理使含鹽量高的剩余水濃縮到很小體積，然后在合適的地方存放。依靠自然蒸發(fā)，使其避免排往下游。水蒸發(fā)后將留有鹽分結(jié)晶，可在其濃縮至200 g/L以上濃度時(shí)運(yùn)走，用做化工原料。

稀釋排放[1]：稀釋排放是將低含鹽量的水混合在一起，達(dá)到排入水體的標(biāo)準(zhǔn)后排放，避免對下游產(chǎn)生不利影響。

1.2 礦井水處理原則

執(zhí)行法律法規(guī)：嚴(yán)格執(zhí)行國家環(huán)境保護(hù)有關(guān)規(guī)定，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)并優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。

水處理工藝：從項(xiàng)目實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合企業(yè)特點(diǎn)和排水水質(zhì)特性，選擇技術(shù)成熟、投資合理、管理方便、運(yùn)行可靠的礦井水處理工藝。

降低費(fèi)用：在滿足工藝要求的條件下，盡量減少建設(shè)投資，降低運(yùn)行費(fèi)用。

設(shè)備高效：工藝設(shè)備采用高效率、性價(jià)比優(yōu)，并在同類工程上應(yīng)用且運(yùn)行良好的國內(nèi)知名企業(yè)的產(chǎn)品，工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中具有較大的靈活性和調(diào)節(jié)余地，能適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

合理布局：根據(jù)地形地貌，結(jié)合站區(qū)自然條件及外部物流方向，并盡可能使土石方平衡，減少土石方量，以節(jié)約基建投資，使污水處理站總平面布局合理，減少占地面積。

自動化監(jiān)控：選擇安全、可靠、易操作、易維護(hù)管理的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，提高污水處理系統(tǒng)的自動化控制管理水平，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，降低污水的處理費(fèi)用，確保系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

2 園子溝礦井水質(zhì)特點(diǎn)和處理方法

2.1 水質(zhì)特點(diǎn)

園子溝煤礦位于陜西省寶雞市麟游縣兩亭鎮(zhèn)，煤層埋藏較深，礦井采用立井開拓方式，采區(qū)正常涌水量為8 400 m3/d，最大涌水量為10 000 m3/d，根據(jù)《園子溝井田堪察地質(zhì)報(bào)告》及地下水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，得出園子溝礦井水主要污染情況。

水質(zhì)礦化度：園子溝礦井水含水層為直羅組砂巖裂隙含水層(Ⅸ)及延安組煤層及其頂板砂巖裂隙含水層(Ⅹ)，該含水層水質(zhì)礦化度均超標(biāo)，直羅組含水層礦化度為20.45 g/L，延安組含水層礦化度為1 232～3 674 mg/L，pH值為6.0～9.0，且水中氟離子含量為0.02～0.06 mg/L。均超出《黃河流域(陜西段)污水綜合排放指標(biāo)》DB61/224-2011和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放指標(biāo)》GB18918-2002，礦化度無機(jī)鹽總含量大于1 000 mg/L的礦井水屬于高礦化度礦井水，硬度相對較高，水質(zhì)多數(shù)呈中性或偏堿，帶苦澀味，少數(shù)有酸性[2]。高礦化度礦井水不利于作物生長，會使土壤鹽漬化。用作鍋爐用水，容易結(jié)垢[3]。作建筑用水，會影響混凝土質(zhì)量。人們長期飲用，將引起腹瀉和消化不良，尤其對心臟和腎臟病患者影響更嚴(yán)重[3]。

懸浮物(SS)：園子溝礦井水污染物為懸浮物(SS)，構(gòu)成這些SS的主要是煤屑、巖粉、粘土等細(xì)小顆粒，尤其是煤粉，其含量為幾十到幾百毫克/升。而且煤粉能被重鉻酸鉀等強(qiáng)氧化劑氧化，顯示有效高濃度的COD，同時(shí)硫化物，也會造成較高濃度的COD。由于受到煤、廢機(jī)油、乳化液等污染，礦井水中還含有一定量的油類。

污染物濃度：園子溝礦井水水質(zhì)見表1。

表1 園子溝礦井水水質(zhì)

2.2 水處理方法及處理工藝

處理方法：園子溝礦井水主要特點(diǎn)為高礦化度、污染物為SS，而且SS中的煤粉是構(gòu)成礦井水COD的主要成分；礦井水中的SS含量非常不穩(wěn)定，礦井不同時(shí)期排水濃度差異很大。因此采用化學(xué)法、膜分離法不僅成本大，而且化學(xué)法容易引起二次污染，因此本礦井水采用物化法進(jìn)行處理。

處理工藝：礦井廢水首先流至預(yù)沉調(diào)節(jié)池，在預(yù)沉調(diào)節(jié)池內(nèi)對不同時(shí)段、不同水質(zhì)的廢水進(jìn)行均質(zhì)均量的調(diào)節(jié)，預(yù)沉調(diào)節(jié)池設(shè)置泵刮泥機(jī)2套。在吸附池內(nèi)投加吸附劑對礦井廢水進(jìn)行初步沉淀處理。之后通過提升泵將吸附池廢水提升至高效澄清池，在進(jìn)入高效澄清池前投加聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)混凝沉淀，上清液自流進(jìn)入多介質(zhì)濾池，經(jīng)過濾后自流入回用池，在進(jìn)入回用水池時(shí)投加二氧化氯消毒劑，對處理后的污水進(jìn)行消毒處理后回用；高效澄清池多余的出水自流進(jìn)排放水池達(dá)標(biāo)排放。調(diào)節(jié)池、高效沉淀池的污泥進(jìn)入煤泥濃縮池，經(jīng)壓濾后，泥餅外運(yùn)，煤泥池上清液自流入集水池。

工藝流程：工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井水處理工藝流程

3 礦井水處理結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益

3.1 礦井水處理結(jié)果

處理后，經(jīng)水質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2 處理后的礦井水污染物濃度

經(jīng)對比分析，表2經(jīng)處理的礦井水可達(dá)到《煤礦井下消防、灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50383-2006)及《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20426-2006)，但礦井水總懸浮物(SS)僅達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放指標(biāo)》的三級標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2002。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

井下涌水正常情況下的排放量為8 400 m3/d，考慮到井下排水量的波動變化，井下水處理站按10 000 m3/d的規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，每日工作時(shí)間按20 h計(jì)算，則礦井廢水處理單元的設(shè)計(jì)規(guī)模為500 m3/h。井下排水經(jīng)過水處理站處理后回用，其中回用于井下消防灑水1 171.9 m3/d、灌漿系統(tǒng)用水1 104.9 m3/d、選煤生產(chǎn)補(bǔ)水2 169.2 m3/d，井下水處理站自用水量為234 m3/d，每天可節(jié)約水資源4 680 m3，年生產(chǎn)按330 d計(jì)算，每年節(jié)約155萬t水，根據(jù)礦井水設(shè)計(jì)規(guī)模、耗電量、藥劑費(fèi)及人員工資，經(jīng)核算，噸水廢水處理成本0.338元/t，工業(yè)用水水費(fèi)按2.5元計(jì)取，每年可節(jié)省成本約335萬元。

4 結(jié)論

(1)礦井水外排水質(zhì)指標(biāo)需進(jìn)一步分析，通過模擬試驗(yàn)確定(礦井水處理工藝參數(shù))，混凝劑與絮凝劑定量加入比例，探索更加科學(xué)合理的工藝技術(shù)條件，進(jìn)一步提高外排水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)對外排水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定性定量研究，使外排水質(zhì)指標(biāo)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放指標(biāo)》的一級標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2002。

(3)由于麟游地區(qū)缺水，為使礦井水水資源共享，并實(shí)現(xiàn)“零排放”要求，礦井水資源100%充分利用，同時(shí)考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃為麟北電廠供給水源，因此需進(jìn)一步探索工藝條件，使處理后的水質(zhì)達(dá)到蒸汽鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)礦井水資源充分利用。

(4)“十三五”末或“十四五”初國家環(huán)保部門將實(shí)行炭排放交易市場及污水排放指標(biāo)(定性定量)交易市場，進(jìn)一步推進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排指標(biāo)，提高企業(yè)競爭新活力，建議麟北煤業(yè)園子溝煤礦走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的道路，進(jìn)一步降低礦井水外排指標(biāo)，為企業(yè)“十三五”末達(dá)到環(huán)保要求未雨綢繆，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與環(huán)保政策雙贏。