采煤礦井污泥固化工程實(shí)例分析

于繼圖 劉紅麗 韓 超 李 骎 朱 倩 龐云平

(1.陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西省咸陽市，713600；2.北京高能時(shí)代環(huán)境技術(shù)股份有限公司，北京市海淀區(qū)，100095)

煤炭資源的大規(guī)模開發(fā)，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，也極易造成礦區(qū)和礦井周邊環(huán)境破壞，煤礦區(qū)污染通常包括水污染、土壤污染以及大氣污染等。其中煤礦開采對(duì)水體污染的影響是最為巨大的，其主要原因在于煤礦區(qū)污水體量大且成分復(fù)雜，若不正當(dāng)處置極易影響煤礦安全生產(chǎn)。因此礦區(qū)水資源化利用是維持煤礦安全生產(chǎn)重要的一環(huán)，對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)也起著至關(guān)重要的作用。遵循國家的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)要求，保護(hù)煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境對(duì)節(jié)約建設(shè)資源、創(chuàng)建環(huán)境友好型煤化工產(chǎn)業(yè)必不可少。

山東能源集團(tuán)陜西正通煤業(yè)有限公司高家堡煤礦在建設(shè)初期井下礦井水處理系統(tǒng)尚不完善，含有大量污泥的礦井水升井后先在沉淀池沉淀，運(yùn)行后造成沉淀池內(nèi)污泥淤積，為維持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保障礦內(nèi)生產(chǎn)、生活以及環(huán)境安全，對(duì)礦內(nèi)沉淀池污泥進(jìn)行了處理。首先將沉淀在污泥上層的水樣抽出至礦區(qū)原有礦井水處理站進(jìn)行處理，然后將污泥抽出脫水做資源無害化處理，本工程可以處理沉淀污泥共1.5萬m3。本文主要就礦井水污泥抽出固化及處置方案進(jìn)行了介紹。

1 礦井水污泥污染情況分析

本工程所在的高家堡煤礦為一大型現(xiàn)代化煤礦，礦區(qū)現(xiàn)已建成相應(yīng)的生產(chǎn)廢水及生活廢水污水站，并均已投產(chǎn)運(yùn)行。通過對(duì)沉淀污泥上層水樣進(jìn)行取樣檢測(cè)，結(jié)果顯示水樣中無重金屬等污染物超標(biāo)，僅部分水樣檢測(cè)顯示懸浮物、化學(xué)需氧量等指標(biāo)超出《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 20426-2006)排放限值。因此廢水經(jīng)礦區(qū)礦井水處理站處理達(dá)標(biāo)后可排放至附近流域。

通過現(xiàn)場對(duì)礦井水污泥取樣并送至第三方檢測(cè)，污泥浸出液監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1，經(jīng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)結(jié)果均符合《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)浸出液污染物濃度限值。

表1礦井水污泥浸出液監(jiān)測(cè)結(jié)果mg/L

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)限值六價(jià)鉻0.0101.5鉛0.075ND?0.25鎘0.0075ND?0.15銅0.18140鋅0.514100總鉻0.1184.5鎳0.0780.5鈹4.56×10-30.02鋇2.3625砷0.2170.3汞0.748×10-30.05硒7.02×10-30.1

*注：檢出限后加“ND”表示未檢出

2 污泥治理工藝選擇

由表1的檢測(cè)結(jié)果可以看出，污泥中無重金屬污染，各項(xiàng)指標(biāo)均未超出垃圾填埋標(biāo)準(zhǔn)限值，本工程項(xiàng)目污泥中主要是礦井水?dāng)y帶涌出的煤粉顆粒，還有一定的利用價(jià)值，可以根據(jù)對(duì)脫水后的污泥進(jìn)行熱值檢測(cè)，決定是否進(jìn)一步回收利用。其余污泥可送至當(dāng)?shù)乩盥駡鲞M(jìn)行填埋處置。

目前污泥脫水的方法主要有自然干化、機(jī)械脫水、土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)等。傳統(tǒng)自然干化法處理效率較低，易造成施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，淤泥四溢令人難以進(jìn)入；而機(jī)械脫水(板框壓濾、臥式壓濾等)一次性設(shè)備投資大，處理電費(fèi)也較高，因此運(yùn)行成本較高；土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)是指用特制的工程土工布來滲透和裝填回填料以及污染物的技術(shù)。這種特制的土工布能讓水滲透出去的同時(shí)截留固體物質(zhì)，包括回填料以及其中的污染物。土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)用來裝污泥并進(jìn)行脫水，致力于對(duì)污泥進(jìn)行減容并轉(zhuǎn)化為固體穩(wěn)定的狀態(tài)。無需較大電量消耗和常人看管，只需要定時(shí)查看，操作簡便，土工膜還可以重復(fù)利用，項(xiàng)目結(jié)束后場地可恢復(fù)原狀。土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)為污泥方量較大的工程提供了一個(gè)簡單且低成本的脫水方法。結(jié)合工程實(shí)例與本項(xiàng)目實(shí)際情況，采用土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)對(duì)礦井水污泥進(jìn)行固化處理。

3 土工管袋快速脫水處理過程

3.1 土工管袋處理工藝流程

土工管袋處理工藝流程如圖1所示。

圖1 土工管袋處理工藝流程

由圖1可以看出，土工管袋脫水分為填充-脫水-固結(jié)這3個(gè)階段，在處理污泥時(shí)，首先需要在底部墊一層土工布做防滲層，防止流出的水滲入地下污染環(huán)境；然后需鋪上礫石做導(dǎo)排層把出水引流到指定的地點(diǎn)；繼而鋪設(shè)土工管袋，污泥(含水率90%左右)通過淤泥泵打入土工管袋，并在管道上設(shè)三通加入化學(xué)藥劑；最后土工管袋自行沉淀脫水，污泥固結(jié)。脫水后污泥含水率達(dá)到60%左右。

3.2 土工管袋計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目周邊產(chǎn)地情況，選用MDGT70/95PP 型土工管袋，長度為15.3 m；橫截面周長為8.8 m，最大充填高度為1.8 m，此時(shí)容積為最大容積為80 m3；單條土工管袋充填 5～6 次后固結(jié)高度約為1.2 m，此時(shí)容積約為65 m3。本工程類型原泥含水率約在 92%～96%左右，脫水后預(yù)計(jì)可達(dá) 60%左右。污泥體積減少比大約為3∶1，也就是1 m3原泥脫水后體積約為0.3 m3。因此15000 m3原泥脫水后的體積大約為 5000 m3。故本工程消耗的管袋總數(shù)約為5000/65=77條。

3.3 脫水平臺(tái)及排水處理

土工管道脫水平臺(tái)需水平設(shè)置，特別是寬度方向坡度必須為 0，否則有袋體翻滾的可能性。因?yàn)橥凉す艽撍^程會(huì)產(chǎn)生大量濾液，為了避免濾液影響周邊環(huán)境，需要設(shè)置導(dǎo)排溝或者擋水壩。根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦畏治觯捎盟闹芡谂潘疁系男问脚潘潘疁稀⒎罎B和導(dǎo)排系統(tǒng)如圖2所示。土工管袋堆放平臺(tái)為多個(gè)切割成10 m寬、50 m長面積的晾曬平臺(tái)。平臺(tái)中鋪設(shè)兩層土工布，一層HDPE 土工膜，以及一層20 cm厚的卵石層用作濾液防滲和導(dǎo)排。

圖2 脫水平臺(tái)示意圖

3.4 管道及加藥設(shè)計(jì)

本工程中采用鋼管進(jìn)行污泥輸送，確保輸送安全。管道末端通過分支的方式多條軟管同時(shí)連接到土工管袋中，脫水藥劑通過變徑三通的方式進(jìn)入淤泥管道中，通過設(shè)置蛇形管道混合器來促進(jìn)藥劑與淤泥的混合。前期使用微型管袋模擬土工管袋進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，確定脫水調(diào)理藥劑采用絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)和高分子聚凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，投加量為污泥干重的3‰，藥劑投加采用一體化加藥裝置(藥劑儲(chǔ)罐、加藥泵、攪拌機(jī))。本工程設(shè)置4個(gè)10 m3的加藥罐體，絮凝劑和助凝劑各2個(gè)。

3.5 土工管袋填充和運(yùn)行

礦井水污泥采用淤泥泵進(jìn)行輸送，土工管袋充填口一般位于頂端，根據(jù)不同需求設(shè)置 2～3 個(gè)，開口內(nèi)徑為400 mm 的袖口式連接。可通過一段硬管插入袖口內(nèi)，再用鐵絲固定。該段硬管通過軟管與進(jìn)泥主管路進(jìn)行連接。打開泵送裝置及閥門后，脫水過程則基本可以自動(dòng)進(jìn)行了。

污泥和藥劑混合后充填入土工管袋內(nèi)，藥劑在較短的時(shí)間內(nèi)使混合物中的固體成分下沉，清潔的水流從土工管袋壁中滲透排出，超過 99%的固體顆粒將被存留在土工管袋中。脫水過程中有大量濾液產(chǎn)生，運(yùn)行過程可人工清洗或拍打土工管袋的表面加快其脫水速度。

3.6 運(yùn)行效果

對(duì)運(yùn)行過程濾液進(jìn)行取點(diǎn)分析，濾液出水清澈，表明固體物質(zhì)截留率高，出水水質(zhì)滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 20426-2006)的排放限值，污水處理站總排水口水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 污水處理站總排水口水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過一段時(shí)間的沉淀和排水，固體顆粒逐漸固結(jié)，整個(gè)土工管袋構(gòu)成了一個(gè)巨大的固體膠囊。所有土工管袋的脫水周期都完成后，將袋體割開，檢測(cè)固化后污泥含水率均小于60%。固化污泥分情況處理，因污泥中含有煤礦污水中攜帶涌出的煤粉顆粒，煤粉顆粒含量較高的，可進(jìn)行熱值檢測(cè)，進(jìn)一步回收利用。剩余固化污泥則送至垃圾填埋場進(jìn)行填埋處置。

4 總結(jié)

本工程采用土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)對(duì)采煤礦井水污泥進(jìn)行脫水固化處理，固化后的污泥穩(wěn)定安全，完全滿足需求。土工管袋技術(shù)具有投資規(guī)模相對(duì)較小、對(duì)現(xiàn)場破壞小、便于運(yùn)輸組裝、自動(dòng)化程度高、處理效率高以及固體截留率高等優(yōu)點(diǎn)，將在污泥固化處理工程中發(fā)揮更大的作用。