井下污水處理循環利用項目簡析

于文華，趙立榮

(首鋼通鋼集團板石礦業公司，吉林 白山 134304)

板石礦業有限責任公司在礦井開采過程中產生和排放大量的礦井污水，礦井廢水主要是開采過程中排出的自然地下水和井下采礦生產過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設備冷卻產生的含塵污水。礦井污水中污染物的主要污染成分是SS、pH、CODCr、石油類、部分金屬和非金屬元素，這些污水如果直接排放到環境中，對農業、土地、森林等資源降會造成不同程度的破壞。

《冶金行業綠色礦山建設的要求》明確提出：“提高水循環利用率。建設規范完備的水循環處理設施和礦區排水系統。充分利用礦井水，循環使用選礦廢水，重復利用率不低于85%。”礦山目前在井下采用沉淀池沉淀，但現有設施存在處理能力小、設備老化等問題，造成處理效果低，不能滿足礦井污水排放的需要，加之國家環保形勢的發展、污水排放的要求越來越高，因此根據國家對于綠色礦山的建設要求，堅持經濟建設和環境建設協調發展的理念，決定對現有污水處理設施進行擴容改造，實現礦井污水的達標排放[1]。

1 建設規模與目標

污水處理站設計選用井下污水處理量時，參照礦山現有水泵實際運行數據，根據近三年水泵運行記錄取值，污水處理能力要滿足平時正常運行時井下實際排水量，不考慮汛期及特殊情況（五年一遇，十年一遇洪水），但設計時包含洪汛期井下排水處置方案。

建設目標：建設地下水循環處理設施并完善原有排水系統，同時將廢水污染控制系統納入礦山在線監測平臺、新增水泵房納入無人值守自動化系統，從而確保生產過程中廢水應得到有效處置。生產用水及溢流水達到可排放要求；生活用水（主要用于浴池、鍋爐等）經凈化處理后達到生活用水標準。

2 井下污水水量估算

2.1 非汛期最大排水量

根據4-6 號礦組近三年水泵排水記錄，不考慮汛期因素，4-6 號礦組400 m 中段近三年正常排水季節最大排水量為107 640 m3/月（即3 588 m3/d）。

2.2 設計采用的污水排水量

由于4-6 號礦組目前排水中段為400 m 中段，考慮將來深部開采接續工程，4-6 號礦組排水按160 m 中段考慮，根據原4-6 號礦組初步設計地下水涌水量估算公式，開采深度降至160 m 中段后，增加排水量為235.2 m3/d。本項目對4-6 礦組井下排水量按 3 823.2 m3/d 取用。7-8 號礦組目前處于設計階段，其正常排水季節最大排水量參照4-6 號礦組執行，即 3 588 m3/d。綜上，上青礦地表污水處理站處理能力按7 411.2 m3/d 取用。

3 上青礦地表污水處理站水量平衡圖

4-6 號礦組通過井下泵站直接送至地表污水處理站，7-8 號礦組井下污水通過648 m 平硐自流至地表污水處理站。污水經凈化后，一部分用于7-8 號礦組648 m 以下中段生產、消防用水（泵送），一部分經再凈化后，與原有生活管網對接，用于浴池、鍋爐、辦公及其他用水，多余部分溢流排放。地表處理站處理能力為7 411.2 m3/d。

根據7-8 礦組初步設計，井下生產耗水量為 187.5 m3/班，小時最大耗水量83.2 m3/h，考慮消防用水216 m3/d，7-8 礦組井下生產、消防用水量為1 041 m3/d （187.5×2+83.2×8=1 041）。上青礦污水處理水量平衡圖如圖1所示。

圖1 上青礦污水處理水量平衡圖

4 礦井水質指標及處理標準

從礦井污水產生的原因可知，礦井污水既具有地下水特征，又具有受到人為污染的特點。礦井污水特性取決于礦山的地質環境，其中礦井水文地質條件及充水因素對于礦井開采過程礦井污水的水質、水量起產生重要的影響。根據企業提供的資料，并結合同類礦山礦井廢水排放情況得知，該礦井廢水具有以巖粉為主要懸浮物、可溶性鹽和有機物較少、重金屬離子含量低的特征，是一種較為清潔的工業廢水。礦山礦井污水的水質指標及設計進水水質如表1所示。

根據《鐵礦采選工業污染物排放標準》（GB28661- 2012）的規定，處理后水質應滿足表2要求。

表1 上青礦污水水質

表2 出水指標

根據現有水質資料和《鐵礦采選工業污染物排放標準》（GB28661-2012）中規定指標對比，井下涌水主要處理對象為水中懸浮物（SS）。

因此，確定處理設施，礦井水進水水質指標如下：SS為100 ～700 mg/L，最高1 000 mg/L，pH 為7.0 ～9.0。設施出水水質指標如下：SS ≤70 mg/L，pH 為7.0 ～9.0。

5 礦井污水工藝流程

本項目將去除污水中SS 和CODCr作為主要控制指標。對于含有兩類污染物的污水，尤其是礦井污水，目前常用的處理方法為混凝沉淀處理工藝，本項目采用的方案如圖2所示。

圖2 礦井污水工藝流程

6 生活、生產、消防供水水泵選擇

6.1 上青礦浴池、鍋爐、辦公生活用水

小時最大耗水量20 m3/h。水泵所需揚程為：

式中，K為揚程損失系數，取1.25；H1=698-648= 50 m；5 m 為水泵吸水高度。選用水泵CDL20-6 型多級離心泵2 臺，流量20 m3/h，揚程70 m，功率7.5 kW。 1 臺工作，1 臺備用。

排水管路直徑計算：

式中，n為水泵工作臺數；Q為水泵流量，m3/h；v為水流經濟流速，取2 m/s。

選用DN68、壁厚4 mm 無縫鋼管1 條。

6.2 上青礦7-8 號礦組生產、消防用水

648 m 平硐內新副井附近設生產、消防水池，距離648 m 平硐口1 900 m，供水水源由地表污水處理站供應。根據7-8 礦組初步設計，井下生產耗水量為187.5 m3/班，小時最大耗水量83.2 m3/h，水泵選型按83.2 m3/h 考慮。

水泵所需揚程為：

式中，K為揚程損失系數，取1.25；H1為主要由巷 道坡度造成的高差，約10 m；5 m 為水泵吸水高度。

選用水泵6110B-2 型潛水泵2 臺，流量90 m3/h，揚程31.4 m，功率P=12 kW。1 臺工作，1 臺備用。

排水管路直徑計算：

式中，n為水泵工作臺數；Q為水泵流量，m3/h；v為水流經濟流速，取2 m/s。

選用DN150、壁厚5 mm 無縫鋼管1 條。

7 水耗指標分析

本項目實施后，上青礦除飲用水（食堂）外，其余用水均采用本次污水處理系統循環水。

上青礦：生產用水量1 200 m3/d，生活用水量480 m3/d， 生產用水+生活用水量合計1 680 m3/d，年總用水量為554 400 m3/a，全部來自污水處理循環水，循環水利用率100%。

根據上青礦近三年井下水排放記錄，非汛期正常排水量平均1 906 m3/d，年總排放量628 980 m3/d，本項目實施后，井下水循環利用率為88.1%。

8 結論

加快綠色礦山建設進程，形成符合生態文明建設要求的礦業發展新模式，是綠色礦山建設的目標。礦井污水處理循環利用項目是創新資源節約集約和循環利用的產業發展新模式，該項目的成功實施，提高了礦山生態環境治理能力，開辟了礦山綠色建設的新格局。