煤礦礦井廢水處理中混凝沉淀過濾技術的應用

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簡介： 闡述煤礦礦井廢水處理回用的必要性及處理技術，重點介紹了甘肅華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井水處理技術的工藝流程及其特點。通過進行工藝及效益分析，認為該礦礦井水處理技術具有一定的推廣應用前景。
關鍵字：礦井廢水 處理技術 回用

一、 概述

　　煤炭在我國能源結構中占70％以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現(xiàn)循環(huán)經濟的目標。據(jù)統(tǒng)計我國40％的礦區(qū)嚴重缺水，已制約了煤炭生產的發(fā)展。西北礦區(qū)多處于山區(qū)，水資源更為缺乏，地表水又多為間歇性河流，枯洪水季節(jié)流量相當懸殊，常年流量稀釋能力差，排入河流的污水造成嚴重污染。甘肅華亭礦區(qū)是我國十三個重要能源基地之一，上世紀八十年代，擁有很好的水生態(tài)環(huán)境，水資源較充沛，地表水系水質也較好，基本上保證了當?shù)鼐用竦恼Ｉ詈凸まr業(yè)生產用水。但隨著華亭礦區(qū)對煤炭資源大規(guī)模的開發(fā)，地下水嚴重超采，地下水為大幅下降，地表水系全面污染，五大河流（黃河二級支流涇河）的中下游河段幾乎全年都是濁流、黑水。因此，開發(fā)、管理、利用好煤礦水資源，對煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。礦井廢水經治理后綜合利用，對礦區(qū)與華亭地區(qū)乃至甘肅省經濟的發(fā)展起到至關重要的作用。

　　二、礦井廢水主要處理技術

　　我國煤礦礦井水處理技術起始于上世紀70年代末，大多污水治理工作都只停留在為排放而治理。然而回用才是當今污水治理發(fā)展的必然趨勢，將防治污染和回用結合起來，既可緩解水源供需矛盾，又可減輕地表水體受到污染。現(xiàn)國內使用的處理技術主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。處理后直接排放的礦井水，通常采用沉淀或混凝沉淀處理技術；處理后作為生產用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術；處理后作為生活用水，過濾后必須再經過除酚等對人體有害物質及消毒處理；有些含懸浮物的礦井水含鹽量較高 ，處理后作為生活飲用水還必須在凈化后再經過淡化處理。

　　本文主要介紹混凝沉淀過濾法處理煤礦礦井廢水。由甘肅經緯環(huán)境工程技術有限公司負責設計、加工的設備為GJW－WS型，華亭煤業(yè)集團新柏煤礦等三對大型礦井廢水處理站，都成功的應用了該項處理技術，并取得了良好的處理效果。

　　三、礦井水處理回用的條件

　　1、礦井廢水的產生及特點

　　煤礦礦井廢水包括：煤炭開采過程中地下地質性涌滲水到巷道為安全生產而排出的自然地下水，井下采煤生產過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設備產生的含煤塵廢水。因此，它既具有地下水特征，但又受到人為污染。礦井廢水的特性取決于成煤的地質環(huán)境和煤系低層的礦物化學成分，其中井田水文地質條件及充水因素對于礦井開采過程礦井廢水的水質、水量有決定性的影響。因此，對礦井廢水處理要考慮開采過程中水質、水量的變化。華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井廢水水質取礦井正常排水時井口水樣，結果見表1。

　　新柏煤礦礦井廢水污染物監(jiān)測表

　　表1                                                                       單位：mg/L

序號監(jiān)測項目日均值濃度范圍序號監(jiān)測項目日均值濃度范圍1肉眼可見物微粒懸浮物9總氮5.600～5.8542PH值8.41～8.5510砷(ng/L)3.4～5.23CODcr66.4～131.711總磷0.085～0.1044硫化物1.09～1.6712糞大腸菌260～3935懸浮物360～50013銅0.0207～0.02946酚0.006～0.05114鉛--7BOD₅14.10～24.7315鎘--8LAS0.198～0.22016鋅0.0381～0.0407

　　通過現(xiàn)場調查和資料查找，收集了多年來華亭礦區(qū)有關礦井水和地下水的化驗數(shù)據(jù)資料，以及平涼市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1）綜合分析，該煤礦礦井廢水含煤泥為主要懸浮物，有機物略有超標，糞大腸菌群超標，揮發(fā)酚超標。

　　2、礦井廢水回用途徑

　　煤礦礦井水處理后可作生產用水或生活用水，礦井生產用水主要是井下采掘設備液壓用水、消防降塵灑水，生活用水主要是沖廁、洗浴水以及深度處理后用于飲用水。水質標準分別為：

　　1、防塵灑水《煤礦工業(yè)礦井設計規(guī)范》（GB50215－94）

　　SS≤150mg/L，粒徑d<0.3mm；PH值為6～9；大腸菌群≤3個/L。

　　2、空壓機、液壓支柱用水水質

　　SS≤10～200mg/L，粒徑d <0.15mm；硬度（碳酸鹽）2～7mg/L；pH值為6.5～9；濁度<20。

　　3、礦井洗浴水水質達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）的Ⅲ類水體標準。

　　4、中水水質達到《生活雜用水水質標準》（CJ/T 48-1999）。

　　5、生活飲用水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-85）。

　　四、處理工藝

　　新柏煤礦礦井廢水處理工程的設計處理能力為800～1000m³/d，處理后作為生產和生活用水，采用混凝反應、過濾、活性炭吸附及消毒工藝，流程見圖1。

　　圖1　礦井廢水處理工藝流程

　　礦井廢水由井下排水泵提升至灌漿水池，部分用于黃泥灌漿，其余廢水自流進入曝氣池，氣浮除油后進入斜板沉淀池進行初步沉淀，由提升泵提升進入混凝沉淀設備，同時加入混凝劑，經過斜管沉淀后，將絮狀物沉淀到底部而被去除，清水從上部溢流出水自流進入砂濾罐，出水自流進入清水池，清水池前投加二氧化氯進行殺菌消毒。砂濾罐的反沖冼水自流進入污泥池，上清液自流進入曝氣池，以提高礦井廢水資源的利用率。出水若用作生活用水，則砂濾罐出水進入活性炭吸附裝置處理后流入清水池用作生活用水。

　　五、主要處理單元

　　1、預沉池曝氣

　　礦井廢水中含有少量的有機物，通過曝氣接觸氧化去除廢水中的有機物。另外，井下液壓支柱等設備產生少量油類，通過氣浮除油，使廢水中油類達標。

　　2、混凝沉淀

　　煤礦礦井水主要污染物為懸浮物，處理懸浮物主要采用混凝沉淀法，用鋁鹽或鐵鹽做混凝劑，混凝劑混合方式采用管道混合器混合?；炷恋硌b置采用倒喇叭口作為反應區(qū)，水流在反應區(qū)中流速逐漸降低，使廢水和混凝劑藥液的反應在反應器中逐漸全部完成。完全反應的廢水流出反應區(qū)后開始形成混凝狀物質，經過布水區(qū)進入斜管填料，由于斜管填料采用PVC六角峰窩狀填料，利用多層多格淺層沉淀，提高了沉淀效率。將絮狀物沉淀到底部而被去除，清水從上部溢流排出。

　　3、砂濾凈化

　　礦井廢水經混凝沉淀后，水中還含有較小顆粒的懸浮物和膠體，利用砂濾設備將懸浮顆粒和膠體截留在濾料的表面和內部空隙中，它是混凝沉淀裝置的后處理過程，同時也是活性炭吸附深度處理過程的預處理。砂濾罐為重力式無閥濾池，采用自動虹吸原理達到反沖洗，不需要人工單獨管理，操作簡便，管理和維護方便。砂濾罐通常采用不同等級的石英砂多層濾料。

　　4、活性炭吸附

　　該煤礦礦井廢水主要含有揮發(fā)酚，酚類屬于高毒物質，它可以通過皮膚、粘膜、口腔進入人體內，低濃度可使細胞蛋白變性，高濃度可使蛋白質沉淀。長期飲用被酚污染的水源，會引起蛋白質變性和凝固，引起頭暈、出疹、貧血及各種神經癥狀，甚至中毒。處理中水用作生活飲用水，必須用活性炭吸附裝置處理?；钚蕴康谋缺砻娣e可達800～2000m²/g，具有很強的吸附能力。該裝置采用連續(xù)式固定床吸附操作方式，活性炭吸附劑總厚度達3.5m，廢水從上向下過濾，過濾速度在4～15m/h，接觸時間一般不大于30～60min。隨著運行時間的推移，活性炭吸附了大量的吸附質，達到飽和喪失吸附能力，活性炭需更換或再生。

　　5、消毒

　　廢水中含有一定的病菌、大腸菌群，處理后回用于洗浴時，若不經過消毒，對人體皮膚傷害嚴重。所以礦井廢水處理后作為生活用水必須經過消毒處理，本工藝采用二氧化氯消毒，現(xiàn)場用鹽酸和氯酸鈉反應產生二氧化氯，二氧化氯無毒、穩(wěn)定、高效、殺菌能力是氯的5倍以上。

　　六、處理工藝特點

　　1、華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井廢水處理工程是根據(jù)礦井水水質特點確定工藝技術參數(shù)，采用一次提升到混凝沉淀裝置，再自流進入后續(xù)各處理構筑物，出水水質穩(wěn)定可靠，動力設備較少，能耗較低。

　　2、采用混凝沉淀裝置與砂濾罐相結合的工藝技術，主要處理構筑物采用組合式鋼結構，具有占地面積小、使用壽命長、工程投資省、工藝簡單、操作管理方便、運行成本低等特點。砂濾罐設計采用重力式無閥濾池，反沖洗完全自動，操作管理方便。

　　3、該煤礦礦井廢水處理系統(tǒng)實現(xiàn)了自動加藥、自動反沖洗的全過程監(jiān)控，包括電控系統(tǒng)、上位監(jiān)控系統(tǒng)和儀表檢測系統(tǒng)。儀表檢測系統(tǒng)包括加藥流量、處理流量 、水池液位和加藥箱液位、進水和出水濁度等連續(xù)自動檢測。

　　七、設備安裝運行調試中的問題

　　1、安裝環(huán)境

　　設計并實施的設備體積不能太大，若體積太大不便于運輸，也不利于廢水的均勻分配，故GJW－WS型系列污水設備的設計采用模塊式組合。設備置于地面建筑物內，易于控制、管理，操作簡單。設備埋于地下不易觀察，不便于檢修，對配套設備的質量要求高，故除特殊要求外，一般GJW－WS型系列產品均置于地面安裝。

　　2、運行中應注意的問題

　　混凝劑發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物，在水解過程中不斷產生H⁺必將使水的pH值下降。當原水中堿度不足或混凝劑投加量較大時，水的pH值將大幅度下降，影響混凝效果。此時，應投加石灰或重碳酸鈉以保持水中pH值。水溫對混凝效果有明顯的影響，當水溫低于5℃時，混凝劑水解速度非常緩慢，處理效率降低?；炷齽┑耐都訒r計量設備采用電磁流量計，可以隨時調節(jié)投加量?；炷齽┑耐都恿窟^大或水溫低，混凝劑粘度大，不利于膠粒相互絮凝，影響混凝劑的混凝效果。

　　八、效益分析

　　1、經濟效益分析

　　該煤礦礦井水處理工程實施之前，全礦生產和生活用水主要靠抽取地下深井水，抽取地下水成本為1.6元/m³，煤礦礦井廢水外排，噸水排污費為0.30元/m³。礦井水處理工程實施以后每年可處理回用的礦井水量為30×10⁴ m³/a，年處理回用礦井水費用27.5萬元，水處理成本0.96元/ m³。礦井水處理設備運行費用詳見表2。

　　處理設備運行費用

　　表2

序號名稱標準運行費（元／天）1人員工資（3人）800元／人，月802電    費300 kW·h/d×0.5元1503鹽    酸1.2元/kg×37.5kg454氯 酸 鈉5.2元/kg×19kg98.85混 凝 劑1.5元/kg ×10kg156設備維護費用（按設備額的2%計）27000元/年757設備折舊（按設備額的8%計）108000元/年300合          計763.8

　　年經濟效益計算如下：

　　年經濟效益＝年免抽取深井水費用+年免交排污費－年處理回用礦井水費用

　　=46.08 + 9 - 27.5

　　=27.58（萬元）

　　2、環(huán)境效益分析

　　該煤礦礦井水處理后的中水供給井下消防降塵灑水和生活雜用水，節(jié)約了水資源。每年可減少排放懸浮物115.2t/a，減輕對地表水環(huán)境的污染，減少水體中污染物總量，環(huán)境效益良好。

　　3、社會效益分析

　　礦井水凈化處理后作為生產和生活用水可以減少地下深井水的開采量，節(jié)約地下水資源，保護礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡；可以解決過度開采地下深井水帶來的環(huán)境問題，避免因污染引起的與當?shù)剞r民的糾紛，從而可促進工農關系，也有利于當?shù)亟洕陌l(fā)展；可以解決礦區(qū)用水量日益增加和水資源越來越短缺的矛盾，保證煤礦企業(yè)的正常生產和經營，提高煤礦企業(yè)的綜合效益，促進礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。因而也有較好的社會效益。

　　九、結語

　　煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點的污染源，又是一種寶貴的水資源。目前我國很多煤礦一方面嚴重缺水，另一方面未經處理直接外排，造成大量水資源的浪費，并且污染環(huán)境，在相當程度上制約了煤炭生產和礦區(qū)經濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業(yè)用水或生活用水，不僅解決了礦區(qū)缺水問題，而且充分利用了礦井水水資源，節(jié)省了地下水資源，具有明顯經濟、環(huán)境和社會效益。甘肅華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井水處理技術經過甘肅經緯環(huán)境工程技術有限公司多年研究改進，其處理技術在其它煤礦區(qū)應用，會有廣闊的推廣前景。