礦井廢水資源優(yōu)化配置研究與應(yīng)用

田云福，陳雪紅

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 環(huán)保部， 山西 太原 030054)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源短缺的問題日益嚴(yán)重，因此，采取合適的技術(shù)實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路[1]. 煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中，一方面因地下開采產(chǎn)生大量的生產(chǎn)廢水，需要進(jìn)行處理后方能排放;另一方面配套的煤炭洗選、坑口電站、矸石滅火、抑塵、消防等又需要消耗大量新鮮水，造成礦區(qū)資源開發(fā)與水資源緊張矛盾突出，嚴(yán)重制約了煤炭企業(yè)發(fā)展，成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此，打通兩者之間的通道，建立上下游之間水產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)廢水資源優(yōu)化配置，既是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧的迫切需要，也是企業(yè)提高生態(tài)支撐能力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)生動力。

1 概 況

西山煤電集團(tuán)本部擁有礦井8對，年產(chǎn)生礦井廢水約1 700萬t，大容量火力發(fā)電廠一座，年消耗新鮮水量約700萬t，另建有配套選煤廠、矸石處置場等耗水設(shè)施，總耗水量大于300萬t/年。

1.1 水資源利用情況

西山煤電8對礦井均配套建有污水處理廠，處理工藝基本采用混凝+沉淀+過濾技術(shù)，處理后的中水部分回用于選煤廠補(bǔ)水、井下灑水滅塵沖廁、綠化等，年利用量約680萬，其余排入外環(huán)境。

火力發(fā)電廠總裝機(jī)容量3 000 MW，采用直接空冷凝汽機(jī)組，實(shí)際用水量約19 000 m3/d，按365天計(jì)，年用水量700萬t.

1.2 礦井排水情況

礦井廢水主要來源于生產(chǎn)過程中進(jìn)入工作面的地表水、斷層水、含水層水、老窯水等，其主要特點(diǎn)是水質(zhì)、水量隨地質(zhì)條件變化較大，主要污染物為SS、COD、酸堿度、鹽類、鐵、錳及少量重金屬，處理工藝一般采用混凝+沉淀+過濾技術(shù)，處理后水質(zhì)可以滿足《煤炭工業(yè)污染物排放》要求，如果作為回用，需按回用水質(zhì)要求進(jìn)行針對性處理。礦井水原水水質(zhì)情況見表1，處理后礦井水水質(zhì)情況見表2.

表1 礦井水原水水質(zhì)情況表 /mg/L

表2 處理后礦井水水質(zhì)情況表

1.3 用水情況

1.3.1電廠用水情況

電廠地處嚴(yán)重缺水區(qū)，生產(chǎn)用水與城市用水矛盾較為突出，用水需求見表3，表4.

表3 電廠用水情況表

表4 電廠用水水質(zhì)要求表

通過與處理后礦井水水質(zhì)對比可看出，經(jīng)混凝沉淀過濾后水質(zhì)并不能滿足電廠用水水質(zhì)需求，主要是總硬度及總?cè)芙庑怨腆w超標(biāo)。

1.3.2選煤廠補(bǔ)水需求

選煤廠用水主要集中在選煤補(bǔ)水，按照《選煤廠清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，煤泥水閉路循環(huán)，洗水重復(fù)利用率達(dá)90%以上，新鮮水用于損耗補(bǔ)充，噸煤補(bǔ)充量應(yīng)小于0.1 t，西山煤電旗下一選煤廠生產(chǎn)用水平衡圖見圖1.

圖1 選煤廠水平衡圖

西山煤電年入洗原煤2 850萬t，按噸煤補(bǔ)充0.1 t新鮮水計(jì)，需水量為285萬t.

選煤廠補(bǔ)水對水質(zhì)要求不高，經(jīng)混凝+沉淀后的礦井水可以滿足要求。

1.3.3沖廁、綠化、道路清洗、抑塵需求分析

1.明確標(biāo)準(zhǔn)，自主練習(xí)。學(xué)生針對下發(fā)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確任務(wù)，確立觀測點(diǎn)，以故事情節(jié)為線索，抓住人物的表現(xiàn)來概括開始自主練習(xí)，以課堂練習(xí)和作業(yè)分析為評價(jià)方式完成初稿。2.對照標(biāo)準(zhǔn)，交流評議。在集體評議的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)問題：學(xué)生對于過程部分的歸納比較籠統(tǒng)，大多以“一曲胡笳救孤城”來表述。這時(shí)教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生看看評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的“故事發(fā)展情節(jié)”，思考如何體現(xiàn)故事情節(jié)。3.突破關(guān)鍵，表達(dá)提升。根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注情節(jié)，將劉琨觸景生情和受到啟發(fā)的內(nèi)容說清楚，同時(shí)抓住“千古

沖廁、綠化、道路沖洗等水質(zhì)要求不高，經(jīng)過處理后的中水基本可以滿足要求，水量需求視季節(jié)、具體使用面積、頻率而定。

2 水資源優(yōu)化配置方案

2.1 污水處理廠提標(biāo)升級

通過調(diào)研分析，電廠用水需求量最大，但經(jīng)過混凝、沉淀、過濾后的礦井水不滿足電廠用水水質(zhì)要求，同時(shí)按照《山西省水污染防治行動計(jì)劃》要求，煤礦排水要求應(yīng)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，隨著礦井開采的延伸，井下排水量逐年增加，污水處理廠現(xiàn)有能力已不能滿足要求。鑒于以上原因，需要對礦井水處理廠進(jìn)行進(jìn)一步提標(biāo)改造。改造工藝采用先進(jìn)的膜處理工藝，改造后出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)，改造前后工藝流程圖見圖2，3，4.

圖2 提標(biāo)改造前礦井水處理工藝流程圖

圖3 提標(biāo)改造后礦井水處理工藝流程一圖

2.2 電廠用水方案

礦井水經(jīng)深度處理后，出水水質(zhì)大部分指標(biāo)優(yōu)于電廠用水指標(biāo)，但由于礦井水來自地下，硬度和總?cè)芙庑怨腆w及鐵離子含量較高，無法滿足電廠用水要求?？紤]到其它用水途徑對水質(zhì)要求不高，所有污水廠增加軟化裝置成本過高，經(jīng)對礦井水水質(zhì)進(jìn)行分析，確定在電廠單獨(dú)增加一套深度處理系統(tǒng)，采用石灰凝聚澄清過濾工藝降低水中總硬度和可溶性固體濃度。流程見圖5.

圖5 電廠深度處理礦井中水流程圖

經(jīng)上述系統(tǒng)處理后的水質(zhì)：SS<10 mg/L，COD<20 mg/L，pH7.0～8.0，碳酸鹽硬度≤80 mg/L(以CaC03計(jì))，可溶性固體<1 000 mg/L.

2.3 選煤、沖廁、綠化等用水方案

按照城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)及污水處理各工序出水水質(zhì)，建立污水分質(zhì)回用體系，經(jīng)沉淀、過濾后中水用于綠化、沖廁、消防；對于水質(zhì)要求不高的選煤廠則使用澄清池出水。

3 方案實(shí)施

該方案于2018年啟動，歷經(jīng)兩年，本部8個(gè)污水處理廠全部完成升級改造，出水水質(zhì)達(dá)到地表水三類標(biāo)準(zhǔn)，回用管網(wǎng)由污水廠向各用水點(diǎn)輻射，廢水綜合利用率達(dá)到80%以上，企業(yè)用水成本大幅降低，方案實(shí)施后用水情況見表5.

表5 方案實(shí)施后用水情況表 /m3/d

方案實(shí)施過程中，充分考慮了排水水質(zhì)特征、產(chǎn)業(yè)分布、用水途徑、成本等因素，確定了以下技術(shù)路線：

1) 分質(zhì)利用。不同的用水需求對水質(zhì)要求不同，其中電廠對水質(zhì)要求高，綠化、沖廁次之，選煤廠、矸石山又次之。因此，電廠采用集中建設(shè)軟化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；經(jīng)澄清、過濾后中水用于綠化、沖廁、消防；對于水質(zhì)要求不高的選煤廠則使用澄清池出水，既滿足了不同的用水需求，又有效降低了成本。

3) 經(jīng)營模式。通過污水處理廠——電廠形成水產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，中水作為下游企業(yè)產(chǎn)品，對沖了治污成本，電廠減少了購買新鮮水的費(fèi)用，形成雙贏的局面。

4 社會經(jīng)濟(jì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益按下式計(jì)算：

P=X+Y+Z-C-D

式中：

P—日經(jīng)濟(jì)效益，元；

X—新鮮水，元/t， 按現(xiàn)行水價(jià)取4；

Y—環(huán)境稅，元/t，取1.5；

Z—水資源稅，元/t，取0.7；

C—礦井水處理成本，元/t，取3；

D—輸水成本(含電費(fèi)、維修、折舊、人工費(fèi)等)，元/t，取2.

該項(xiàng)目日復(fù)用水量38 187 m3，則

P=38 187×(4+1.5+0.7-3-2)=45 824.4元，按年生產(chǎn)300天計(jì)，年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1 375萬元。

4.2 社會效益

我國水資源匱乏，許多城市都處于缺水或嚴(yán)重缺水的狀況[2]. 因此，通過發(fā)展中水復(fù)用來緩解缺水的問題是必然的趨勢。山西是貧水大省，但長期以來，西山煤電集團(tuán)所屬各礦井水廠產(chǎn)水回收復(fù)用率較低，平均40%，其余排入水體，既增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也對水環(huán)境造成了一定程度的破壞。

廢水資源化為礦山用水提供了新水源，減少了遠(yuǎn)距離引水所需要的巨大投資，解決了水資源短缺的現(xiàn)實(shí)問題；通過回用，減少了污染物排放，年減少COD排放261 t，氨氮13 t，減輕了環(huán)境污染；減少了新鮮水用量，電廠年減少新鮮水用量657萬t，減少了對自然水體的消耗，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境起到了積極作用。

5 結(jié) 語

隨著礦區(qū)的發(fā)展和采煤量的增加，礦井排水量將進(jìn)一步增加，而礦井水來源于地下水，污染程度輕，處理工藝相對簡單，成本低，是寶貴的水資源。礦井廢水資源優(yōu)化配置是解決煤礦缺水和環(huán)境污染的最佳選擇，是建立企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最佳模式，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。