煤礦井下廢水處理與利用

焦元元

(山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203)

水資源是人類不可或缺的資源，同時(shí)煤炭也是我國(guó)的主要能源供應(yīng)形式。根據(jù)有關(guān)研究資料[1-2]，礦井每開采1 t煤炭需要排放約2 t礦井廢水。若將煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水直接排放，不僅會(huì)造成水資源的極大浪費(fèi)，而且也會(huì)給礦區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。盡管現(xiàn)階段我國(guó)礦井水資源利用程度得到顯著提升，但是礦井廢水排放仍是礦井生產(chǎn)過程中面臨的一個(gè)重要的環(huán)保問題[3]。一般而言，礦井排放的廢水中含有較高含量的固體懸浮物、重金屬以及有機(jī)物等，煤炭企業(yè)需要對(duì)礦井廢水進(jìn)行科學(xué)處理，從而實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用，提升礦區(qū)生態(tài)環(huán)境[4-6]。本文以山西某礦礦井水綜合處理與利用為工程背景，對(duì)礦井廢水處理工藝進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期能提升水資源有效利用率。

1 礦井概述

山西某礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3 Mt/a,設(shè)計(jì)礦井廢水處理量為5 000 t/d，回水量在1 800 t/d。廢水處理廠設(shè)計(jì)處理的礦井廢水參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)處理的礦井廢水參數(shù)

礦井工業(yè)廢水經(jīng)過處理后可以滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，可進(jìn)行直接排放；回水水質(zhì)可以滿足《生活引用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求，用以職工澡堂洗浴使用。

2 礦井廢水處理工藝

2.1 礦井廢水特點(diǎn)

礦井廢水一般可以分為酸性廢水和非酸性廢水。根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該礦井下廢水屬于酸性廢水，pH值介于4～5，具備多數(shù)礦井廢水特征：1) 礦井廢水內(nèi)含有含量較高的懸浮物，色度高，水質(zhì)變化大，懸浮物含量顯著高于地表水體；2) 礦井廢水中的懸浮物粒徑小，從而導(dǎo)致沉降速度低。該礦廢水中懸浮物粒徑超過85%在50 μm以下，懸浮物粒徑一般在2 μm～8 μm；廢水中懸浮物的密度在1.3 g/cm3～1.5 g/cm3，較地表水體中泥沙類懸浮物(密度在2.5 g/cm3左右)低許多；3) 廢水中化學(xué)需氧量(COD5)高。主要是由于礦井廢水中含有乳化油、機(jī)油、坑木等有機(jī)物，同時(shí)廢水中的煤屑還原也會(huì)造成COD5超標(biāo)；4) 礦井廢水中重金屬離子超標(biāo)，其中最為常見重金屬離子為Fe2+、Mn2+等。

2.2 礦井廢水處理與利用技術(shù)

現(xiàn)階段，對(duì)礦井廢水處理與利用工藝有多種選擇，其中，以沉淀+過濾工藝應(yīng)用范圍最為廣泛。根據(jù)該礦廢水特征，對(duì)沉淀+過濾廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加初沉、混凝以及深度處理等工藝過程。主要是由于該礦廢水中含有較高含量懸浮物，增加初沉工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井廢水中較大粒徑懸浮物預(yù)先沉淀。礦井在生產(chǎn)中，排除的水量以及水質(zhì)存在較大差異。一般情況下，礦井排水選擇電費(fèi)較低時(shí)段進(jìn)行，需要在排水口設(shè)置容積較大調(diào)節(jié)池。本工程將初沉池與調(diào)節(jié)池合二為一，不僅具備水量調(diào)節(jié)功能，而且還可以起到初沉效果。

混凝沉淀是礦井廢水處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，選擇的絮凝劑應(yīng)價(jià)格便宜、對(duì)水質(zhì)無不良影響、凈水效果顯著，一般常用的絮凝劑有鐵鹽、鋁鹽絮凝劑兩種。主要作用是處理礦井廢水中粒徑較小的懸浮物，同時(shí)，若選取的絮凝劑合理，還可以有效去除廢水中的Fe2+、Mn2+等離子。

鑒于礦井產(chǎn)生的廢水懸浮物含量高、可生化性低特征，具體礦井廢水處理流程為：礦井廢水經(jīng)過初凝→混凝→斜板沉淀→過濾后可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出水且排放的水可以滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)礦井廢水進(jìn)行深度處理可以采取反滲透工藝，為了確保深度處理工藝可以有效、持續(xù)進(jìn)行，需要對(duì)水中容易引起反滲透系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞的易結(jié)垢物質(zhì)及絮凝成分去除。

采用的水處理工藝具有水量、水質(zhì)波動(dòng)小的特征，通過初沉調(diào)節(jié)池可以有效緩沖水質(zhì)、水量變化，從而確保水處理系統(tǒng)處理后的出水水質(zhì)；方便管理、系統(tǒng)運(yùn)行可靠、流程簡(jiǎn)單、維護(hù)及管理便捷；水處理系統(tǒng)中的各水處理單元結(jié)構(gòu)布局緊湊，能夠節(jié)省占地以及基建投資；采用斜板沉淀池，沉淀泥漿通過脈沖氣流運(yùn)輸，不會(huì)出現(xiàn)堵管情況，不需要進(jìn)行額外沖洗，沉淀效率高。

具體礦井廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井廢水處理工藝流程

2.3 主要設(shè)備類型及參數(shù)

在預(yù)沉調(diào)節(jié)階段，采用的調(diào)節(jié)池容積為1 250 m3,采用2臺(tái)型號(hào)為250YW600-25-75提升泵，提升能力為250 m3/h，采用1臺(tái)型號(hào)為HJX3-10.4桁架式吸泥機(jī)，跨距及行程分別為12 m、26 m，功率為1.85 kW;混凝沉淀池添加PAM助凝劑及PAC混凝劑，采用2臺(tái)框式攪拌機(jī)，單臺(tái)設(shè)備功率為2.25 kW；高效斜板沉淀池設(shè)計(jì)流量為210 m3/h，采用4個(gè)斜板沉淀池，每個(gè)沉淀池設(shè)計(jì)流量53 m3/h，采用2臺(tái)排泥泵，具體參數(shù)為：Q=15 m3/h，N=3 kW，H=20 m；多介質(zhì)濾池設(shè)計(jì)流量為210 m3/h，池體規(guī)格12 m×6 m×4.6 m，鋪設(shè)濾料層厚度2 m；采用2臺(tái)反沖洗泵，具體參數(shù)為:Q=300 m3/h，N=30 kW，H=22 m;采用2臺(tái)反沖洗風(fēng)機(jī)，具體參數(shù)為:Q=13.75 m3/h，N=322 kW，P=58.8 kP；深度處理車間設(shè)計(jì)處理能力為1 800 t/d，車間規(guī)格為16 m×6 m×7 m，主要的處理設(shè)備為1臺(tái)石英砂過濾器，1臺(tái)型號(hào)DN3200活性炭過濾器，1臺(tái)DPC精密過濾器，1臺(tái)反滲過濾器。

3 結(jié)語

根據(jù)山西某礦生產(chǎn)過程中排出的礦井廢水特征以及礦井實(shí)際情況，提出了具體的廢水處理工藝。該廢水處理工藝具有占用空間小、投資小、便于操作以及運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，具備較強(qiáng)的抗水質(zhì)及負(fù)荷沖擊能力，在礦井廢水處理中表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性。對(duì)于礦井廢水回用采用混凝沉淀、過濾以及深度處理等措施后，處理后的水質(zhì)可以滿足礦井后續(xù)回用需要。該礦礦井廢水處理工程已于2018年2月投入運(yùn)行，截止到2019年6月，各處理設(shè)備運(yùn)行良好，礦井廢水處理后排出的水滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范要求，可以用于礦區(qū)職工洗浴、園林綠化等。