煤礦井下廢水處理與綜合利用

　　水資源是人類生存不可缺少的自然資源，也是企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要保證。煤礦企業(yè)每開采1t煤，約產(chǎn)生2t礦井水。煤炭開采產(chǎn)生的大量礦井水若直接排放，將會嚴重污染周邊環(huán)境，不僅給礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護帶來極大的壓力，還造成了水資源的浪費。有數(shù)據(jù)表明，西北地區(qū)已探明的煤炭資源量占全國的70.8%，而水資源總量僅占全國的3.7%。盡管我國礦井水資源利用率逐漸逐漸提高，但全國煤礦排水量與缺水量之間的矛盾越來越受關(guān)注。

　　一般來說，煤礦井下廢水富含固體懸浮物、有機物和重金屬元素，色度較高。煤礦企業(yè)要科學(xué)處理井下廢水，推進水資源的綜合利用，保護礦山生態(tài)環(huán)境。井下廢水處理達標后可以回用于煤礦企業(yè)，服務(wù)生產(chǎn)與生活，同步提高環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。本文結(jié)合江西省某煤礦企業(yè)井下廢水處理工程實例，詳細論述了煤礦井下廢水處理工藝及其設(shè)計參數(shù)，以期提升水資源綜合利用率。

　　1、工程概況

　　該煤礦井下廢水處理工程的處理規(guī)模為：井下廢水處理量Q=5000m3/d，回用水量Q=1800m3/d。設(shè)計的廢水處理廠進水水質(zhì)如表1所示。

　　井下廢水經(jīng)處理后執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)，達標后外排，回用水質(zhì)要求達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)要求，回用至澡堂供職工洗浴使用。

　　2、井下廢水處理工藝的選擇

　　2.1、井下廢水的水質(zhì)特點

　　井下廢水一般分為酸性礦井水和非酸性礦井水。根據(jù)現(xiàn)場踏勘和水質(zhì)檢測，該煤礦井下廢水屬于酸性礦井水，pH=4～5，具有大多數(shù)煤礦企業(yè)井下廢水的顯著特征。水質(zhì)特點如下。

　　一是井下廢水多數(shù)時候比較渾濁，色度高，污染物主要為懸浮物(SS)，水質(zhì)變化較大，懸浮物濃度變化大，其懸浮物含量遠高于地表水，感官較差。二是懸浮物顆粒直徑小、比重較小、沉降速度較小。礦井廢水中懸浮物顆粒直徑一般只有2～8μm，超過85%的懸浮物粒徑在50μm以下;煤粉密度一般只有1.3～1.5g/cm3，遠遠小于地表水系中泥砂顆粒物的密度(2.4～2.6g/cm3)。三是化學(xué)需要量(COD)超標，主要原因是礦井廢水含有少量的污機油、乳化油、腐爛污坑木等有機物。另外，懸浮物中的煤屑中碳分子的有機還原性也會導(dǎo)致COD超標。四是酸性礦井廢水含有有毒有害的重金屬離子，鐵、錳等重金屬離子超標。

　　2.2、井下廢水處理與綜合利用技術(shù)

　　煤礦井下廢水處理與綜合利用工藝較多，但是通常采用混凝沉淀+過濾的工藝。本工程對其進行優(yōu)化設(shè)計，采用的是初沉+混凝沉淀+過濾+深度處理的處理工藝。煤礦井下廢水含有大量懸浮物，初沉是為了對廢水中的較大懸浮物進行預(yù)沉淀。煤礦生產(chǎn)期間，礦井水排放量和水質(zhì)具有很大的差異性。通常，煤礦每天選擇在電費較低時持續(xù)排出礦井水，因此需要在排出口設(shè)置一個比較大的調(diào)節(jié)池。為此，本工程將初沉和調(diào)節(jié)池合并設(shè)計為預(yù)沉調(diào)節(jié)池，不僅具有調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)的作用，還能起到初沉的效果，提高了處理系統(tǒng)耐沖擊負荷的能力。

　　混凝沉淀是煤礦井下廢水處理中十分重要的環(huán)節(jié)，混凝劑的選擇原則是產(chǎn)生大、重、強的礬花，凈水效果好，對水質(zhì)沒有不良影響，價格便宜，貨源充足。常用的混凝劑是鋁鹽和鐵鹽混凝劑。過濾的主要目的是進一步去除水中的細小懸浮物，如果選配濾料得當，過濾還擁有去除鐵、錳等特殊功效。

　　鑒于礦井廢水可生化性低、懸浮物含量較高的特點，本項目確定的處理思路為：井下廢水全部經(jīng)過初沉、混凝、斜板沉淀、過濾物化處理后，出水能穩(wěn)定達標排放。深度處理一般采用反滲透工藝。為了適應(yīng)反滲透膜的進水要求，防止原水中懸浮物堵塞反滲透系統(tǒng)，給系統(tǒng)運行造成障礙，影響膜的壽命，因此必須進行預(yù)處理，使原水流經(jīng)反滲透膜表面之前就去除懸浮成分和易濃縮結(jié)垢的物質(zhì)。

　　該工程廢水處理工藝具有以下優(yōu)點：對原水水質(zhì)波動適應(yīng)性好，即能有效地緩沖來水水質(zhì)和水量負荷的變化，從而保證合格的出水水質(zhì);管理簡單、運行可靠，處理流程大大簡化，操作管理及維護方便;結(jié)構(gòu)緊湊，能節(jié)省寶貴的土地資源和降低投資，減少占地面積30%，節(jié)約基建建設(shè)投資20%～30%;采用高效斜板沉淀池，泥漿采用脈沖氣流輸送，不會堵管，無需沖洗，具有沉淀效率高、停留時間短、占地少、處理效果穩(wěn)定的優(yōu)點，污泥濃縮同步完成。

　　3、井下廢水處理工藝流程

　　煤礦井下廢水首先進入預(yù)沉調(diào)節(jié)池，它既可以調(diào)節(jié)水量，又可將部分顆粒煤渣沉淀;接著，廢水通過提升泵提升至化學(xué)反應(yīng)池，通過加藥裝置投加NaOH、重金屬捕捉劑，調(diào)節(jié)pH值，去除重金屬;然后，廢水自流進入混凝反應(yīng)池，同時投加混凝劑PAC和助凝劑PAM，混凝反應(yīng)池出水自流進入高效斜板沉淀池，經(jīng)過斜管填料沉淀后，生成大量的有機膠團，大部分懸浮物在沉淀池內(nèi)下沉后除去;沉淀池的上清液自流進入多介質(zhì)濾池，將水中不易沉降的固體物通過濾料的截留、攔截等作用進行過濾，通過濾池內(nèi)的過濾介質(zhì)，攔截水中的膠體和其他很細的物質(zhì)，確保出水水質(zhì)。出水進入清水池，部分進行深度處理后回用作濾池反洗水，多余的達標外排。

　　預(yù)沉調(diào)節(jié)池和高效斜板沉淀池污泥能通過排泥泵輸入污泥池，進行濃縮后再通過板框壓濾機進行壓濾脫水，脫水后的干污泥進行外運處置。清水池出水通過原水泵提升至前級預(yù)處理，為后續(xù)反滲透的正常運行創(chuàng)造良好的條件，預(yù)處理出水通過反滲透裝置中半透膜的選擇吸附-毛細管流動機理和篩分機理，使出水得到深度凈化，出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)要求后進行回用。工藝流程簡圖如圖1所示。

　　4、主要污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計

　　4.1、預(yù)沉調(diào)節(jié)池

　　處理規(guī)模為5000m3/d，按停留時間6h設(shè)計，有效容積V=1250m3，池體尺寸為26.0m×12.0m×4.5m，配套設(shè)置提升泵2臺Q=210m3/h，H=9.0m，N=15kW;桁架式吸泥機1臺，跨距12m，行程26m，功率1.10+0.75kW。

　　4.2、化學(xué)反應(yīng)池

　　化學(xué)反應(yīng)池主要用于投加NaOH，調(diào)節(jié)pH值，再投加重金屬捕捉劑，進行反學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)時間為15min，池體尺寸為4.0m×4.0m×3.8m，有效水深為3.25m，配套設(shè)計混合攪拌機設(shè)備1臺，功率7.5kW。

　　4.3、混凝反應(yīng)池

　　對混凝池投加混凝劑PAC和助凝劑PAM。配套設(shè)置框式攪拌機，用于混合和混凝攪拌反應(yīng)。設(shè)計反應(yīng)時間為60min，池體尺寸為13.0m×4.0m×4.5m，有效水深為4.0m，分為2格，配套框式攪拌機設(shè)備2臺，單臺功率1.50+0.75kW。

　　4.4、高效斜板沉淀池

　　按設(shè)計流量210m3/h設(shè)計，采用4座高效斜板沉淀池，每座斜板沉淀池由2組高效斜板沉淀器單元體組成，泥漿采用脈沖氣流輸送。每座斜板沉淀池的設(shè)計流量53m3/h。設(shè)置斜板沉淀池4臺，碳鋼防腐，設(shè)計尺寸：12.0m×5.0m×2.8m，配套設(shè)置排泥泵2臺，Q=15m3/h，H=20m，N=3.0kW。

　　4.5、多介質(zhì)濾池

　　為了進一步去除廢水中的懸浮物、有機物及重金屬離子，確保廢水達標排放，設(shè)計多介質(zhì)濾池一座。設(shè)計流量為210m3/h，過濾速度3m/h，設(shè)計尺寸為12.0m×6.0m×4.6m，分二格，濾料層H=2.0m。設(shè)置反沖洗水泵2臺，Q=300m3/h，H=22m，N=30kW。設(shè)置反沖洗風(fēng)機2臺，Q=13.75m3/min，N=22kW，P=58.8kPa。

　　4.6、污泥池

　　設(shè)計尺寸為4.0m×4.0m×4.5m，1座，配套設(shè)計污泥泵潛水攪拌器1臺。

　　4.7、污泥脫水車間

　　車間設(shè)計尺寸為6.0m×6.0m×7.0m，1座;配套設(shè)置板框壓濾機2臺，過濾面積40m2，功率3.0kW;設(shè)置螺桿泵2臺，流量10m3/h，揚程60m，功率3.7kW。

　　4.8、加藥車間

　　車間設(shè)計尺寸為12.0m×6.0m×4.5m，配套布置5套加藥裝置，其中1套NaOH、1套重金屬捕捉劑、1套PAC、1套PAM和1套消毒成套加藥裝置。

　　4.9、深度處理車間

　　深度處理規(guī)模按1800t/d設(shè)計，車間尺寸為16.0m×6.0m×7.0m，主要設(shè)備為：石英砂過濾器1臺，活性炭過濾器1臺，精密過濾器1臺，反滲濾裝置1臺。

　　5、投資及運行

　　該項目總投資約920萬元，廢水處理部分單位運行成本0.9元/t，深度處理1.5元/t，年總經(jīng)營成本262.8萬元。運行費用包括電費、人工費、藥劑費和維修費等。

　　6、結(jié)論

　　本項目工藝投資較低、占地面積小、運行穩(wěn)定，操作管理簡便，抗沖擊負荷能力強，運行費用合理，在煤礦井下廢水處理與綜合利用中具有獨特的優(yōu)越性。凈化處理采用混凝、沉淀與過濾工藝，深度處理采用超濾和反滲透工藝，適合井下廢水回用處理，是經(jīng)濟和切實可行的，出水指標達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)要求。該礦井廢水處理與利用工程已于2018年5月投入運行，處理效果良好，凈化處理出水各項指標均達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)要求，出水穩(wěn)定可靠，出水水質(zhì)較好。出水回用至澡堂供職工洗浴用，解決了礦區(qū)職工洗浴問題。對于礦井水不需要消毒這一說法，人們需要進一步論證，但是建議增加消毒裝置;反沖洗閥門建議均采用電動閥，可以實現(xiàn)自控，降低操作人員的運維難度。(來源：湖南有色金屬研究院)