煤礦疏干水處理利用實例及效益分析

于詠梅

(河南黃河水文勘測規劃設計院有限公司，鄭州 450000)

1 煤礦疏干水處理利用的背景

陜西省榆林市煤礦較多，省煤管局所管轄的大中型煤礦共計39座，年生產原煤4200萬t，在井下原煤開采的過程中，必須先將礦井涌水疏干，以保證煤礦開采過程的順利進行[1]。統計資料顯示，全省煤礦礦井涌水量平均為2.5-3.0m3/t，則全省僅省煤管局所管轄的39座煤礦每年礦井涌水量就可達8679萬m3，若再將其他煤礦統計在內，則每年實際發生的礦井涌水量規模更大。

當前各大煤礦及管理部門并未充分重視對煤礦疏干水的利用，大多采用直接外排的做法，少數煤礦處理后外排或利用，導致水資源浪費的同時，還造成了天然水體及環境的污染，各煤礦被迫繳納的礦井水超標排污費金額巨大。

與此同時，礦區集中用水大戶較多，對水資源的需求量較大，僅榆陽區小紀汗鄉礦區2013年的需水量就達1.9萬m3，2014年增加至7.8萬m3，2015年以來年需水量從12.1萬m3增加至2019年的16.9萬m3。用水量快速增大導致地下水位開采規模持續增大，地下水位急劇下降，抽水成本飆升，水質惡化，部分煤礦甚至被迫到遠距離之外購水、取水、引水。可見，對于礦區而言一方面其礦井水大量外排，另一方面又面臨日益嚴峻的缺水局面，所以，按照不同用途對礦井疏干水進行處理回用，對于水資源充分利用、有效緩解礦區水資源供需不均、遏制對天然水體的污染，節省煤礦企業排污費用等具有積極意義。

2 煤礦疏干水處理利用實例

2.1 煤礦涌水規模

根據小紀汗礦井初步設計，井下正常涌水量為50400.0m3/d(包括灌漿和井下灑水析出水量)，最大涌水量為72000.0m3/d(包括黃泥灌漿和井下灑水析出水量)，生活污水量為1078.3m3/d(此水量已去除生活處理站自用水量)。在正常涌水情況下，小紀汗礦井每天產生的污廢水總量為17677.6m3/d；在最大涌水情況下，小紀汗礦井每天產生的污廢水總量為24637.6m3/d。其中， 1389.5m3/d的水量用于黃泥灌漿系統，130.5m3/d的水量用于綠化及澆灑道路，2487.3 m3/d的水量用于井下消防灑水，1515.2m3/d 的水量用于選煤廠補充用水，2520.0m3/d的水量用于井下水處理站自用水。最終，小紀汗煤礦總外排水量在正常涌水情況下為43435.8m3/d；最大涌水情況下為65035.8m3/d。

當前，小紀汗煤礦開采過程中所產生的礦井涌水和疏干水未利用量較大，這部分水基本上通過暗涵排走；隨著煤礦開采方向進一步的延伸，礦井涌水量將持續增大，如果所產生的煤礦疏干水全部通過暗涵排入白石河，勢必對流域環境造成嚴重污染，每年還必須向環保部門繳納巨額的排污費。

2.2 周邊企業用水概況

根據對小紀汗煤礦及周邊商業區生產、生活用水的調查，小紀汗煤礦及小紀汗煤礦周邊的商業區、周邊新區、榆林空港新區、榆陽芹河新區、榆橫工業園區、華電榆橫電廠、華電榆天化凱越、陜西未來煤潔凈項目(兗礦煤制油)、中煤榆林煤化工、延長醋酸、延長益業、華電榆橫芳烴等用水客戶企業主要集中在榆林城西北的兩個開發新區。從這些企業目前的現狀來看，企業生產和生活用水主要有三個渠道供給，即：王圪堵水庫日供給量為20000m3，自備水井約2250m3，礦井奧灰層水日供水量約1200m3，共計日供水量約23750m3。

僅上述企業正常生產，用水量達6700m3/h(不含榆橫電廠二期)，即0.67億m3/年。王圪堵水庫年可提供工農業用水總計1.4億m3，其中供榆橫工業園0.634億、魚米綏工業園0.246億和農業及河流生態灌溉0.52億，以上企業投產后已基本飽和。同時因無定河上游內蒙地區新建水庫截留，王圪堵水庫蓄水量將大幅度減少。榆橫工業園區閆莊則污水處理廠一期已投入運行，處理規模4萬m3/d，回用率60%，日提供2.4萬m3/d中水(年876萬m3)，納污面積30 km2，但因市政污水回收管道建設嚴重滯后，目前提供中水量很少，不足1萬m3/d。榆林水資源短缺，以煤化工等為代表的重能源化工項目蓬勃發展，決定著礦井水綜合回用的迫切性與必然性。

礦區生活用水采用分時段式供水(一天早、晚各供一小時)來解決供水不足的問題。為避免榆陽區地下水位繼續下降，榆林市和榆陽區要求關閉各單位自備井，到時企業缺水量將更大。缺水現狀已是擺在東于煤礦面前制約生產發展、影響職工群眾生活極其嚴重的問題。

綜合上述情況，應當盡快將礦井涌水經過技術處理達到工農業、生活、景觀等雜用水標準來解決地區和企業缺水的問題。

2.3 水質分析

2.3.1 井下涌水水質

小紀汗煤礦礦方監測的井下涌水水質情況詳見表1，并進行了小紀汗煤礦礦井疏干水原水水質與城市自來水、工業用水(循環冷卻水)、王圪堵水庫供水等水質的比較。

表1 井下涌水水質對比表

從表1知，小紀汗礦井原水在電導率、硫酸鹽、硬度等指標上都不滿足一般工業用水或城市用水標準，無法直接利用或排放環境水體，必須進行凈化處理且達到相關標準后復用[2]。

2.3.2 回用水水質

礦井疏干水主要來自煤礦開采過程破壞煤系上覆含水層后所形成的井下涌水，初始流入井筒的涌水因未受到污染而較為清潔，在煤礦開采過程中才受到污染。根據對小紀汗礦井水水質的監測發現，該礦井水屬于中性水質，有毒重金屬含量低，但硫酸鹽、溶解性總固體及總硬度較高，由煤粉所引起的COD量、大腸桿菌數及細菌總數也較高[3]。其中，由水中還原性碳元素所導致的COD隨懸浮物去除后會隨之去除。根據出水水質及回用水水質相關要求，主要采取反滲透工藝措施進行礦井水處理，工藝流程如圖1所示。

圖1 小紀汗礦井疏干水反滲透工藝凈化處理流程

經反滲透工藝措施處理后的小紀汗礦井疏干水水質pH值、SO42-、F-、Ar-OH、總硬度、Cr6+、Cl-、As、Pb、細菌總數、總大腸菌群、溫度等各項指標均已滿足全國節水標準化技術委員會(SAC/TC 442)歸口的《煤礦礦井水利用-城市雜用水》、《煤礦礦井水利用-景觀環境用水》、《煤礦礦井水利用-工業用水》及《煤礦礦井水利用-生活用水》等四項國家標準的相關要求，凈化效果良好。

3 經濟效益分析

3.1 經營收入

3.1.1 售水收入

小紀汗礦井疏干水深度處理廠處理能力960m3/h，回收率90%，即年處理礦井水840萬m3，回收淡水757萬m3。暫分配煤礦214m3/h、園區企業350m3/h和芹河新區300m3/h，煤礦和園區企業以工業用水4.8元/t計，新區以2.8元/t居民用水計，同時園區企業和新區分別考慮1.5和1.2元/t管道輸送成本。年收入計算如下：①煤礦：214m3/h×24h×365d×4.8元/t=900萬元；②園區企業：350m3/h×24h×365d×(4.8-1.5)元/t=1012萬元；⑶新區：300m3/h×24h×365d×(2.8-1.2)元/t=420萬元，總計2332萬元。

3.1.2 排污費收入

參考榆橫煤化工園區排污費收取情況，以2元/t計取煤礦排污費，即960m3/h×24h×365d×2元/t=1682萬元。

榆林為水資源短缺地區，參考周邊地區和榆橫工業園污水處理廠的投資收益分析，近期工業用水價將提高到7元/t，遠期達到10元/t。當工業水價7元/t時，深度處理廠年售水收入3420萬元，總經營收入5102萬元；當工業水價10元/t時，深度處理廠年售水收入4902萬元，總經營收入6584萬元。

3.2 經營成本分析

小紀汗礦井疏干水處理利用的經營成本包括人員工資、運行消耗、生產管理費、資產折舊費、維檢費等。污水處理廠在編員工40人，人均年工資8萬元(含福利)，年工資總額320萬元，折合噸水成本為0.385元/t。參照榆橫工業園區同類型處理廠，以3.43元/t水計入，年消耗2847萬元。以0.015元/t計，年管理費12.45萬元/年。土建部分資產折舊費為2.14億元×5%=1070萬元；設備部分折舊費為1.34億元×5%=670萬元。大修提成1.34億元×4.45%=596.3萬元；維修費1740萬元×15%=261萬元。以上各項費用所構成的總經營成本為5776.75萬元。

通過比較年度總經營收入和經營成本發現，小紀汗礦井疏干水處理回用具有較強的經濟效益、社會效益和環境效益。

4 結 論

通過文章對陜西省榆林市榆陽區小紀汗礦井疏干水處理利用的分析可知，礦井疏干水為行業特點顯著的污染源，其水量穩定、污染物去除和水質凈化過程簡單，通過采取有效措施凈化處理后可作為區域供水的可靠水源，既能為煤礦企業帶來顯著的經濟收益，還能帶來不可估量的社會效益和環境效益。