煤礦礦井水處理工藝問題分析與優(yōu)化

徐曉軍

（忻州市生態(tài)環(huán)境局西部區(qū)域監(jiān)測技術保障中心，山西 忻州 034000）

引言

近年來，隨著煤炭資源開采需求的提高，煤礦礦井水產(chǎn)出量不斷增加[1]。礦井水所含雜質(zhì)較多、成分復雜，不經(jīng)處理進行排放，不但會威脅煤礦周圍的生態(tài)環(huán)境及自然環(huán)境的安全，而且也會造成大量水資源的浪費，現(xiàn)已引起了各界的廣泛關注[2-4]。相關研究表明，礦井水經(jīng)過處理之后能夠獲得水質(zhì)良好的水資源，既能夠井下生產(chǎn)再利用，又能夠用于井上生產(chǎn)和生活的雜水，緩解礦井區(qū)域的水資源不足，節(jié)約地下水的用量[5]。不同地域的礦井水所含所含有害物質(zhì)的成分和濃度存在較為明顯的差異，使得相同的水處理工藝不能全部得到較為理想的再利用水，因此應因地制宜的設計礦井水處理工藝[6]。基于某煤炭企業(yè)現(xiàn)有礦井水處理工藝，分析其存在的問題，開展工藝改進工作具有重要意義。

1 現(xiàn)有礦井水處理工藝及問題

1.1 工藝概況

煤炭企業(yè)現(xiàn)有的礦井水處理工藝設計的時間較早，使用的是排水溝匯集各采區(qū)礦井水，轉(zhuǎn)入排水倉，經(jīng)排水泵把礦井水抽至地面進行處理，包括混凝、沉淀、過濾等流程。水處理的基本原理如下：井下排出的礦井水中投入混凝劑，通常使用的是混合均勻的PAC 和PAM，攪拌均勻之后隨著時間的推移會使水中的膠體雜質(zhì)進行團聚，形成較大礬花顆粒之后下沉，進而實現(xiàn)懸浮顆粒與水體的物理分離，分層之后的礦井水，上層清水流入過濾池進行過濾處理或直接排入河流。煤炭企業(yè)現(xiàn)有礦井水處理工藝流程，如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)有礦井水處理工藝流程

1.2 問題分析

結合煤炭企業(yè)實際礦井水產(chǎn)量和工藝現(xiàn)狀，分析了當前水處理工藝存在的問題，表現(xiàn)在一下方面：第一是水處理工藝最初的處理能力為2 200 m3/d，雖經(jīng)過了改造擴建，也不能滿足當前要求4 500 m3/d的處理能力，部分經(jīng)過粗沉淀之后直接排入了河流；第二是繼續(xù)擴建場地受限，還要更換水處理設備，存在較大困難；第三是污泥池內(nèi)的煤泥脫水效率較低，水倉底部淤積大量煤泥，使得水倉蓄積清水的能力不足，該工藝進行水處理需要完成2 次/a～3 次/a 的清淤工作，清淤過程需要半月左右。綜上所述，當前礦井水處理工藝存在一系列弊端，包括投資大、占地面積多、處理能力不足等，因此，引進新的處理技術，提高水處理能力和質(zhì)量，對于降低煤礦井下生產(chǎn)和井上生活用水的風險意義重大。

2 礦井水處理要求

煤礦礦井水的成分和雜質(zhì)含量不同于工業(yè)和生產(chǎn)污水，處理工藝存在差異，因此，礦井水工藝設計更加嚴格，力求礦井水處理保質(zhì)保量完成。因不同區(qū)域之間的礦井水水質(zhì)存在差異，所含污物不盡相同，需要充分考慮水處理工藝指標是否合理可行，設備是否簡單，水質(zhì)凈化指標是否滿足排放要求等。根據(jù)煤礦企業(yè)實際礦井水情況，調(diào)研可知，此處礦井水富足，污物較少，主要為巖粉、煤粉等懸浮物，處理過程簡單一些。煤炭企業(yè)水處理的明確要求時分離混濁物、排出的水質(zhì)無色、無異臭、異味，不存在肉眼可見的黑色顆粒狀沉淀物，水質(zhì)能夠達到工業(yè)、農(nóng)業(yè)或者除生活飲用水之外的水質(zhì)標準即可。

3 水處理工藝方案及技術

3.1 方案設計

煤炭企業(yè)相關統(tǒng)計結果顯示，礦井水的最大涌水量為500 m3/h，正常的涌水量為414 m3/h，根據(jù)井下實際的水倉流入量計算得知，當前礦井水處理工藝不能滿足井下實際礦井水涌出總量的要求，必須開展礦井水處理工藝改進。根據(jù)煤礦企業(yè)實際調(diào)研結果、整體布局和礦井排水布置等情況，確定了以下兩種改進方案，分別如下：方案一是采用原來的礦井水處理工藝，擴建原有的水處理設施；方案二是在原有工藝原理的基礎上引進新技術，提高現(xiàn)有水處理工藝的處理能力。分析上述兩種方案可以發(fā)現(xiàn)，方案一進行改建需要征集地皮，更新水處理設備裝置，同時，不會依然需要進行2 次/a～3 次/a 的水倉清淤工作，需要投入大量的人力、物料和財力，還有就是改擴建之后會產(chǎn)生更多的煤泥，無處擱置；第二種方案是引進超磁分離凈化技術，能夠很好的解決上述方案一存在的不足，因此，最終確定采用方案二進行礦井水處理工藝改進。

3.2 超磁分離凈化技術

3.2.1 技術改進

結合現(xiàn)有礦井水處理工藝布置情況，引進先進的超磁分離凈化技術。改進原有的沉降藥劑，在原有的PAC 和PAM 混合藥劑的基礎上增加磁粉介質(zhì)進行礦井水的絮凝、過濾，之后經(jīng)過強磁力稀土磁盤打撈的方法完成礦井水的凈化處理工作。經(jīng)過超磁分離凈化技術處理之后的礦井水，可以直接引入煤礦井下進行工業(yè)生產(chǎn)使用，多余的清水即可直接外排。

3.2.2 設備改進

超磁分離凈化工藝流程，如圖2 所示。涉及的設備改進包括如下內(nèi)容，第一是進水前端設置機械格柵，除去礦井水中的粗大懸浮物；第二是設計三級預沉池，此環(huán)節(jié)去除直徑2 mm 以上的固體顆粒和大比重顆粒，配置潛水渣泵和污泥泵定期排污；第三是預沉完的礦井水進入排沙池之后進行混凝反應，加入一定濃度的磁性物質(zhì)，混合均勻再進入磁分離混凝系統(tǒng)，加入PAC 和PAM 進行混凝處理，隨著時間的推移沉降出“微磁性絮團”；第四是混凝反應之后的礦井水自動進入磁分離設備，經(jīng)過磁盤的打撈和吸附，將微磁絮團與水體分離開來，水體可以達到排放要求，固體物質(zhì)進入磁種回收系統(tǒng)；第五是含磁污泥在磁種回收系統(tǒng)中完成磁種與污泥的分離，其中的磁種物質(zhì)可以進行回收再利用，污泥進入污泥處理系統(tǒng)；脫磁污泥具有濃度高、含水多的特點，直接進行運輸較為困難，設置壓濾裝置先進行壓濾脫水處理，之后將干硬的污泥運走；第六是引進超磁分離技術的同時，也實現(xiàn)了礦井水處理設備的自控和遠程控制，大大提高了礦井水處理的作業(yè)效率。

圖2 超磁分離凈化工作流程

4 應用效果評價

為了驗證礦井水處理工藝改進的效果，完成改進工作之后進行試運行，跟蹤記錄改進工藝的礦井水處理效果情況，結果表明，改進之后的水處理工藝能夠很好的匹配原有處理設備，解決了原有礦井水處理工藝能力不足的問題。統(tǒng)計結果顯示，超磁分離技術的引進，礦井水處理能力高達4 900 m3/d，高出了設計煤礦企業(yè)要求的4 500 m3/d；與此同時，水倉淤泥情況得到了明顯改善，水處理系統(tǒng)運行半年時間內(nèi)，倉內(nèi)基本未出現(xiàn)淤泥，降低了水倉近20%的維護費用；增加了煤泥壓濾環(huán)節(jié)，避免了煤泥現(xiàn)場無處擱置的問題；改進礦井水處理工藝的應用，取得了很好的效果

5 結語

煤礦企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)會產(chǎn)生大量的礦井水，直接排放將會污染土壤、園林、地下水等自然資源，同時，也會威脅周圍居民的生命健康?；谀趁禾科髽I(yè)現(xiàn)有礦井水處理工藝，分析了其存在的問題，完成了水處理工藝改進工作，結果表明，改進之后的礦井水處理工藝，解決了原有礦井水處理工藝能力不足的問題。超磁分離技術的引進，水處理能力高達4 900 m3/d，高于企業(yè)要求的4 500 m3/d；水倉運行半年時間內(nèi)，基本未出現(xiàn)淤泥，降低了近20%的維護費用；煤泥壓濾環(huán)節(jié)的引入避免了煤泥現(xiàn)場無處擱置的問題。由此可見，改進礦井水處理工藝具有很好的應用前景。