開灤呂家坨礦井水處理工藝及運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

摘 要：介紹了開灤呂家坨礦的礦井水處理工藝及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的機(jī)理和影響因素，并對(duì)該工藝的凈水效果及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為現(xiàn)階段煤礦企業(yè)開展礦井水處理提供了參考，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井水利用產(chǎn)業(yè)化和保護(hù)淡水資源具有重要意義。

關(guān)鍵詞：礦井水；斜管沉淀池；V型濾池

煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點(diǎn)的污染源，又是一種寶貴的水資源[1]，將其處理后作為礦內(nèi)工業(yè)和生活用水，可以在避免污染環(huán)境的同時(shí)，有效地節(jié)約淡水資源。2013年初，發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)《礦井水利用發(fā)展規(guī)劃》，稱2015年實(shí)現(xiàn)礦井水利用產(chǎn)業(yè)化以來，桑樹坪、屯蘭和榆林市各煤礦等均開始規(guī)劃和實(shí)施礦井水處理工程項(xiàng)目。開灤呂家坨礦建設(shè)的礦井水處理項(xiàng)目于2008年投入運(yùn)行，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，充分利用了礦井水資源，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

1 開灤呂家坨礦井水處理工藝

礦井水處理工藝一般包括混凝沉淀、濾池、消毒，其中混凝沉淀和過濾是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工藝的選擇和運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響懸浮固體、濁度、細(xì)菌、病毒等的去除率，影響出水質(zhì)量[2]。呂家坨礦根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合礦井水的排出量和礦內(nèi)生產(chǎn)生活用水的需求量，充分考慮相關(guān)法規(guī)和環(huán)境主管部門的要求，最終確定礦井水處理工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用水利循環(huán)斜管沉淀池和V型濾池。

1.1 礦井水處理工藝流程

采煤過程中排出的礦井水，由井下泵房的排水泵提升至地面進(jìn)入調(diào)節(jié)池，礦井水在調(diào)節(jié)池中有一個(gè)預(yù)沉過程，沉在調(diào)節(jié)池底部的淤泥可以用調(diào)節(jié)池上的桁式車吸泥機(jī)排到污泥槽中，預(yù)沉后的礦井水由底部的吸水口通過管路自流進(jìn)入提升泵房，泵前加入混凝劑、由一組提升泵將混凝后的水提升至澄清池，通過澄清后的水，一路供井下生產(chǎn)使用，另一路進(jìn)入V型濾池，通過加二氧化氯消毒后，進(jìn)入清水池，然后進(jìn)入供水管網(wǎng)，供井上生產(chǎn)和礦內(nèi)生活用水。工藝流程如圖所示：

1.2 水力循環(huán)斜管沉淀池

水力循環(huán)斜管沉淀池是指在沉淀區(qū)內(nèi)設(shè)有斜管的沉淀池。在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區(qū)內(nèi)利用傾斜的平行管或平行管道分割成一系列淺層沉淀層，被處理的和沉降的沉泥在各沉淀淺層中相互運(yùn)動(dòng)并分離。根據(jù)其相互運(yùn)動(dòng)方向分為逆（異）向流、同向流和逆向流三種不同分離方式。每?jī)蓧K平行管內(nèi)相當(dāng)于一個(gè)很淺的沉淀池。

水力循環(huán)斜管沉淀池利用了層流原理，縮短了顆粒沉降距離，增加了沉淀池的沉淀面積，從而縮短了沉淀時(shí)間，提高了沉淀池的處理能力和處理效率，過流率可達(dá)36m3/（m2/h），比一般沉淀池的處理能力高出7-10倍。

1.3 V型濾池的機(jī)理和影響因素

V型濾池對(duì)懸浮顆粒的凈化主要涉及顆粒脫離水流流線而向?yàn)V料顆粒表面靠近的遷移機(jī)理和粘附機(jī)理。濾層孔隙中的水流中挾帶的顆粒隨著水流呈層流狀態(tài)，在攔截、沉淀、慣性、擴(kuò)散和水動(dòng)力等物理作用下，懸浮顆粒脫離流線而與濾粒表面接近，從而在范德華引力、靜電力以及某些化學(xué)鍵和某些特殊的化學(xué)引力下，粘附于濾料顆粒表面上，或者粘附在濾粒表面上原先粘附的顆粒上[3]。此外，絮凝顆粒的吸附架橋作用也會(huì)存在。

影響濾池過濾效果的因素很多，混凝沉淀的效果、濾料的種類、濾料的粒徑、濾料的裝填方式、水質(zhì)情況和運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定和助濾劑的使用等都可能影響過濾效果。必須控制的混凝劑投加量，保證膠粒充分地膨脹變大，并有效地脫穩(wěn)，才能保證良好的過濾效果，降低出水濁度；投加硫酸鋁作為助濾劑后，濾后水質(zhì)略有提高，且濾池運(yùn)行周期有縮短現(xiàn)象[4，5]。

2 開灤呂家坨礦井水處理工藝運(yùn)行效果評(píng)價(jià)

2.1 礦井水處理效果

開灤呂家坨礦采用水力采煤工藝，礦井水包括煤炭開采過程中地質(zhì)性涌滲水匯到巷道的自然地下水，及井下生產(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。它具有地下水的水質(zhì)特征，而且流經(jīng)生產(chǎn)工作面時(shí)，會(huì)帶入大量的煤粉、巖粒等懸浮物，往往含有較多的細(xì)菌。通過混凝、沉淀、V型濾池的過濾作用和消毒工序，出水指標(biāo)可以達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）和《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》。

2.2 工藝經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

與很多煤礦一方面對(duì)礦井水不經(jīng)任何處理直接排入江河、山溝、洼地中，污染地表水系，另一方面又在缺乏水源的情況下耗資打井找水或遠(yuǎn)距離輸水相比，呂家坨礦的礦井水處理工程的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益不言而喻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工程2011年上半年礦井水處理量為1847460.6噸，廢水治理設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用86.07萬元，根據(jù)唐山市物價(jià)局唐價(jià)管字（2008）53號(hào)文件，工業(yè)原水價(jià)格為3.69元/立方米（其中含1.49元污水處理費(fèi)）。按此計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益為1847460.6×3.69-860700=5956429.614元，同時(shí)避免了大量污染水的處置難題和繳納排污費(fèi)的問題，并且礦內(nèi)的生產(chǎn)和生活對(duì)自來水公司的依賴程度大大下降。

3 結(jié)語

開灤呂家坨礦是國內(nèi)開展礦井水處理較早的企業(yè)，工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，且經(jīng)濟(jì)效益明顯。為現(xiàn)階段煤礦企業(yè)開展礦井水處理提供了參考，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井水利用產(chǎn)業(yè)化和保護(hù)淡水資源具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇，孫亞軍，王猛.礦井水水質(zhì)特征及排放污染[J].潔凈煤技術(shù)，2007，（03）：83-86.

[2]胡文容.煤礦礦井水處理技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996：73-76.

[3]王彩娟，王曉芳.V型濾池機(jī)理的探討[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，25（03）：56-58.

[4]張建鋒，張娟，王峰慧等.V型濾池氣水反沖洗過程濾料流失影響因素分析[J].給水排水，2009，35（10）：25-27.

[5]王曉云，車向然，吳亞平.高雄市澄清湖高級(jí)凈水廠處理工藝與效果[J].中國給水排水，2004，（06）：71-78.

作者簡(jiǎn)介：王月瑩（1988—），女，本科，河北唐山人，助理工程師，主要從事：水處理技術(shù)方面的研究。