煤礦礦井水處理綜合利用

盧素凡

工程概況

新疆屯南煤業有限責任公司是新疆生產建設兵團的重點國有企業，是兵團建設新型工業化的原煤供應基地。和布克河是該區工農業和生活用水及本礦生產、生活供水的唯一水源。由于河水流量有限，一旦進入枯水季節，礦區就發生水荒，給礦區的正常生產經營秩序造成了嚴重影響。因此，缺水問題已成為制約礦區經濟發展的瓶頸，迫切需要徹底盡快解決。本項目的實施不但可以解決長期困擾礦區供水不足的矛盾，同時可以減少污染、節約資源、保證煤礦的生產安全，也給企業節約了大量排污經費。

光明井是新疆屯南煤業有限責任公司主力生產礦井之一，生產原煤45萬t/a。該礦井地下水較為發育，日涌水量在2000m3左右（不包括203井日涌水量2250m3）。地下水的大量存在，使煤礦不得不花費大量的財力和電力消耗，對礦井廢水進行抽排。且由于沒有對井下廢水進行收集、處理和加以利用，導致排到地面的礦井廢水又重新滲入井下，對礦井造成二次危害。

水源現狀調查

礦井涌水量與礦山所處的地理位置、氣候、地質構造、開采深度和開采方法等因素有關。目前兩礦礦井正常排水量一共為4250m3/d，其中光明井2000m3/d，203井2250m3/d。礦井廢水為基巖裂隙水，除硬度大、礦化度高外，主要受開采過程中煤塵、巖塵的污染，同時還含有少量乳化液，表現出懸浮物、CODcr濃度較高。兩礦礦井排水均沒有進行處理，也未回用，全部排入工業場地附近干溝中。礦井排水水質經兵團環境監測中心站取樣實測，用《煤炭工業污染物排放標準》（GB20426-2006）中規定的水污染物排放限值要求，雖然只是SS濃度超標，其余各項均達標，但礦化度、總硬度、SO42-濃度高。用水質礦化度、總硬度、酸堿度分級標準衡量，礦井水屬于微咸水、極硬度、中性的地下水。此礦井水若用于工業生產鈣鹽、鎂鹽的沉淀會造成鍋垢，妨礙熱傳導，嚴重時還會導致鍋爐爆炸。高硬度水用于生活時，飲用會對人體健康造成一定的影響。

礦井水處理綜合利用項目實施

工藝要求

水質達標。礦井廢水經處理后各項指標必須達到煤炭工業污染物排放標準和相關回用水質標準（井下消防灑水標準、生活飲用水衛生標準等）的要求。

工藝先進。要根據原水水質特點和水質標準，選擇可靠的水處理工藝，做到技術先進、運行可靠、高效節能。

經濟實用。盡量降低工程投資和減少經常運行費用，做到以最少的資金投入獲得最大的經濟、社會和環境效益，最大限度的滿足生產和生活需要。

布局合理。總體布局要因地制宜、從實際出發，結合建設場地的面積、地形、標高等因素，充分考慮所有建（構）筑物、設施、管線等的效能，優化工藝、合理布局。

處理工藝：根據礦井實際，礦井水處理站設計處理能力為4500m3/d，礦井水處理站建在光明井工業場地內，203井的礦井水通過管道輸送至光明井水處理站集中進行處理，處理之后的水供礦區各單元用水。根據原水水質特點及處理后排水水質的要求，確定主要處理工藝如下：

凈化處理工藝。廢水經凈化工藝處理后，除礦物質超標外，其余各項指標均能達到煤炭工業污染物排放標準。具體如下：礦井廢水—廢水調節——廢水提升—計量泵加藥—微渦管式混合—微渦折板絮凝—異向流高效斜板沉淀—曝氣生物過濾—普通過濾—加氯消毒—清水池。

淡化處理工藝。清水經淡化工藝處理后，可進一步去除水中的礦物質，出水水質高于煤炭工業污染物排放標準標準，可適應于各種用途。

清水池—清水提升—活性炭過濾—精密過濾—超濾膜過濾—納濾膜過濾—淡化池—淡水加壓。

污泥處理工藝。絮凝沉淀池污泥—儲泥池—板框壓濾機—泥餅作低熱值燃料出售。

回用工藝。用水、浴室用水、洗衣用水、鍋爐補水（或由清水池利用自然壓力回用于井下消防降塵、濕式鑿巖用水）。具體如下：經處理后的礦井水—清水池—泵站—井上降塵灑水、綠化。

主要工藝特點

微渦管式混合。微渦管式混合器不僅擁有傳統靜態管道混合器的全部優點，還因其在宏觀混合的同時強化了亞微觀混合，使藥劑迅速擴散到水體的任何細部，可充分發揮藥劑的作用，獲得理想的混合效果，同時還可節省藥劑投加量20～30%。

微渦折板絮凝。微渦折板絮凝是一種新型高效絮凝技術，池內設微渦折板絮凝填料，利用折板上設置的垂直擾流翼片，使水流產生高比例、高強度的高頻渦旋，從而利用微渦旋的動力增強礬花顆粒之間的碰撞作用，形成密實、大顆粒、易沉淀分離的礬花。他對原水的水溫、水質、水量變化適應性較強，對能量的利用率高，具有反應時間短、絮凝效果好、構造簡單、施工方便、易于維護管理、占地面積小的特點。

異向流高效斜板沉淀。異向流高效斜板沉淀工藝，由于斜板部分能提高沉淀效率，使出水懸浮物含量更低，可達到較好的沉淀效果。高效斜板主體及零配件均由乙丙共聚材料制成，具有表面光滑、不易積泥，沉淀效果好、不易堵塞等優點。根據淺層理論，在斜板上部設置沉淀距離合理的沉淀段，下部控制斜板的結構，調整水力狀態，通過強化其接觸絮凝作用及淺池效能達到礬花與水有效分離的目的。

曝氣生物過濾（BAF）。曝氣生物過濾主要作用是去除水中的有機物及氨氮，是一種采用生物陶粒濾料固定生物膜的好氧或缺氧生物反應器，集生物接觸氧化與懸浮濾床截留功能于一體，可有效去除水中SS、CODcr、BOD5、NH3-N等有害物質，降低、濁度、色度。曝氣生物過濾是國內近幾年發展起來的新技術，廣泛應用于微污染、輕度污染原水的處理。曝氣生物過濾具有占地面積小、基建投資省、動力消耗低、處理效果好及運行穩定、管理方便、易于維護等優點。

超濾膜過濾（UF）。超濾膜過濾介于納濾與微濾之間，是利用超濾膜不同孔徑對液體進行分離的物理篩分過程。超濾膜技術應用很廣，除在水處理領域應用外，還可廣泛用于許多特殊溶液的分離和精制，同時由于超濾是常溫操作，對那些熱敏性物質的分離、濃縮、精制特別有效，節能效果尤為顯著。

納濾膜過濾（NF）。納濾膜過濾介于反滲透和超濾之間，是近十年發展較快的一項膜技術。目前國際上的納濾膜多半是聚酰胺復合膜，對氯化鈉的脫除率約80%左右，而對硫酸鎂的脫鹽率高達98%，最大的優點是操作壓力僅為0.5MPa，在水的軟化除鹽和低分子有機物的分級等方面優點獨特、應用廣泛。特別是應用于飲用水的深度處理方面。

在水資源日益缺乏的今天，礦井水的綜合利用具有極為重要的現實意義。礦井水經處理后回用不僅解決了礦區缺水、環境、安全問題，而且充分利用了礦井水水資源，具有明顯經濟、環境和社會效益，有利于礦區經濟的可持續發展。本次煤礦礦井水處理綜合利用項目經過現場實施后，經濟效益非常明顯，可為礦區節約300余萬元。