煤礦礦井廢水處理中混凝沉淀過濾技術(shù)的應(yīng)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(shù)，重點介紹了甘肅華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井水處理技術(shù)的工藝流程及其特點。通過進(jìn)行工藝及效益分析，認(rèn)為該礦礦井水處理技術(shù)具有一定的推廣應(yīng)用前景。
關(guān)鍵字：礦井廢水 處理技術(shù) 回用

一、 概述

　　煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占70％以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計我國40％的礦區(qū)嚴(yán)重缺水，已制約了煤炭生產(chǎn)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(dāng)懸殊，常年流量稀釋能力差，排入河流的污水造成嚴(yán)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(jì)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(zhì)也較好，基本上保證了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(yán)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(jīng)治理后綜合利用，對礦區(qū)與華亭地區(qū)乃至甘肅省經(jīng)濟的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

　　二、礦井廢水主要處理技術(shù)

　　我國煤礦礦井水處理技術(shù)起始于上世紀(jì)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(dāng)今污水治理發(fā)展的必然趨勢，將防治污染和回用結(jié)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?，F(xiàn)國內(nèi)使用的處理技術(shù)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(shù)；處理后作為生產(chǎn)用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術(shù)；處理后作為生活用水，過濾后必須再經(jīng)過除酚等對人體有害物質(zhì)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(jīng)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(jīng)緯環(huán)境工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計、加工的設(shè)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(yīng)用了該項處理技術(shù)，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(chǎn)生及特點

　　煤礦礦井廢水包括：煤炭開采過程中地下地質(zhì)性涌滲水到巷道為安全生產(chǎn)而排出的自然地下水，井下采煤生產(chǎn)過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設(shè)備產(chǎn)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(zhì)環(huán)境和煤系低層的礦物化學(xué)成分，其中井田水文地質(zhì)條件及充水因素對于礦井開采過程礦井廢水的水質(zhì)、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(zhì)、水量的變化。華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井廢水水質(zhì)取礦井正常排水時井口水樣，結(jié)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(diào)查和資料查找，收集了多年來華亭礦區(qū)有關(guān)礦井水和地下水的化驗數(shù)據(jù)資料，以及平?jīng)鍪协h(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(biāo)，糞大腸菌群超標(biāo)，揮發(fā)酚超標(biāo)。

　　2、礦井廢水回用途徑

　　煤礦礦井水處理后可作生產(chǎn)用水或生活用水，礦井生產(chǎn)用水主要是井下采掘設(shè)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分別為：

　　1、防塵灑水《煤礦工業(yè)礦井設(shè)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(zhì)

　　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(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

　　4、中水水質(zhì)達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T 48-1999）。

　　5、生活飲用水達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）。

　　四、處理工藝

　　新柏煤礦礦井廢水處理工程的設(shè)計處理能力為800～1000m³/d，處理后作為生產(chǎn)和生活用水，采用混凝反應(yīng)、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(jìn)入曝氣池，氣浮除油后進(jìn)入斜板沉淀池進(jìn)行初步沉淀，由提升泵提升進(jìn)入混凝沉淀設(shè)備，同時加入混凝劑，經(jīng)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(jìn)入砂濾罐，出水自流進(jìn)入清水池，清水池前投加二氧化氯進(jìn)行殺菌消毒。砂濾罐的反沖冼水自流進(jìn)入污泥池，上清液自流進(jìn)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(jìn)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(yù)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(shè)備產(chǎn)生少量油類，通過氣浮除油，使廢水中油類達(dá)標(biāo)。

　　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(yīng)區(qū)，水流在反應(yīng)區(qū)中流速逐漸降低，使廢水和混凝劑藥液的反應(yīng)在反應(yīng)器中逐漸全部完成。完全反應(yīng)的廢水流出反應(yīng)區(qū)后開始形成混凝狀物質(zhì)，經(jīng)過布水區(qū)進(jìn)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(jīng)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(shè)備將懸浮顆粒和膠體截留在濾料的表面和內(nèi)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(yù)處理。砂濾罐為重力式無閥濾池，采用自動虹吸原理達(dá)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(zhì)，它可以通過皮膚、粘膜、口腔進(jìn)入人體內(nèi)，低濃度可使細(xì)胞蛋白變性，高濃度可使蛋白質(zhì)沉淀。長期飲用被酚污染的水源，會引起蛋白質(zhì)變性和凝固，引起頭暈、出疹、貧血及各種神經(jīng)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(dá)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(dá)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(zhì)，達(dá)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(jīng)過消毒，對人體皮膚傷害嚴(yán)重。所以礦井廢水處理后作為生活用水必須經(jīng)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(yīng)產(chǎn)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(zhì)特點確定工藝技術(shù)參數(shù)，采用一次提升到混凝沉淀裝置，再自流進(jìn)入后續(xù)各處理構(gòu)筑物，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，動力設(shè)備較少，能耗較低。

　　2、采用混凝沉淀裝置與砂濾罐相結(jié)合的工藝技術(shù)，主要處理構(gòu)筑物采用組合式鋼結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jìn)水和出水濁度等連續(xù)自動檢測。

　　七、設(shè)備安裝運行調(diào)試中的問題

　　1、安裝環(huán)境

　　設(shè)計并實施的設(shè)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(shè)備的設(shè)計采用模塊式組合。設(shè)備置于地面建筑物內(nèi)，易于控制、管理，操作簡單。設(shè)備埋于地下不易觀察，不便于檢修，對配套設(shè)備的質(zhì)量要求高，故除特殊要求外，一般GJW－WS型系列產(chǎn)品均置于地面安裝。

　　2、運行中應(yīng)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(chǎn)生H⁺必將使水的pH值下降。當(dāng)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(yīng)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(dāng)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(shè)備采用電磁流量計，可以隨時調(diào)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(jīng)濟效益分析

　　該煤礦礦井水處理工程實施之前，全礦生產(chǎn)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(shè)備運行費用詳見表2。

　　處理設(shè)備運行費用

　　表2

序號名稱標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備維護費用（按設(shè)備額的2%計）27000元/年757設(shè)備折舊（按設(shè)備額的8%計）108000元/年300合          計763.8

　　年經(jīng)濟效益計算如下：

　　年經(jīng)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(chǎn)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(dāng)?shù)剞r(nóng)民的糾紛，從而可促進(jìn)工農(nóng)關(guān)系，也有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(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(chǎn)和經(jīng)營，提高煤礦企業(yè)的綜合效益，促進(jìn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。因而也有較好的社會效益。

　　九、結(jié)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(yán)重缺水，另一方面未經(jīng)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(dāng)程度上制約了煤炭生產(chǎn)和礦區(qū)經(jīng)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(jīng)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(shù)經(jīng)過甘肅經(jīng)緯環(huán)境工程技術(shù)有限公司多年研究改進(jìn)，其處理技術(shù)在其它煤礦區(qū)應(yīng)用，會有廣闊的推廣前景。