淺談某礦井的污水處理及再利用

摘 要：在我國的礦井開采項目中，“水”可以說是一個重要的話題。一方面，水資源在礦井施工、生產中有著重要的地位，大部分礦井項目中都存在著不同程度的缺水問題；而另一方面，礦井生產過程中排出的污水，嚴重污染著周邊的環境以及地下水資源系統。因此，怎樣合理利用水資源，減少礦井污水對環境的污染，同時解決企業經營中缺水的問題，是每一個礦井企業都需要重視的問題。本文結合實際案例，將對此問題展開詳細的論述。

關鍵詞：礦井企業 污水處理 重復利用

中圖分類號：TD74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0063-02

1 礦井項目污水處理概述

對于煤礦企業來講，在開采煤礦過程中會產生大量的煤粉、巖石粉塵以及其它懸浮物等，這些污染物伴隨著煤礦施工人員的生產和生活用水，進入到水中，從而使得礦井的污水中懸浮物、硫化物以及化學需氧量等含量過高。如直接排放至河流或者市政污水管網，不但會增加市政部門污水處理的負擔，而且也會對地下水資源系統進行污染和破壞。因此，作為煤礦施工企業來講，水資源對煤礦的生產、生活都是必須的保障，而污水的處理更是企業經營、社會可持續發展的基礎。如何做好礦井的污水處理及再利用，是每個煤礦企業都應該重點管理的問題。

本文以神東烏蘭木倫礦為案例，具體分析下煤礦項目開采過程中污水的處理和重復利用技術。此礦井開采年限已超過20年，近年來發現附近的地下水位有了明顯的下降趨勢，地表水和地下水也都遭到了不同程度的污染和破壞。并且，隨著開采工程的繼續，還會增加生產污水的排放量，導致項目后續的生產和生活都出現了用水緊張的問題。該礦區內水文條件相對簡單，經分析檢測得出，礦井生產用水主要都排放在一個固定的礦坑內，礦坑每小時排污水量約為110 m3，年均排放量約為960000 m3。經檢測得出，礦井排污水中的主要污染物是以煤粉與巖塵為主的固體懸浮物，并含有少量的有害金屬元素、硫分、無機物以及各種有機碳元素等，其中主要的懸浮物含量為500～560 mg/L，屬于高濁度廢水，常溫狀態下測得pH值約為2.5～3.2，屬酸性。

2 礦井水污染物分類及常規處理方法

礦井水的水質受到水文地質的條件、地質化學以及開采條件的影響等，在開采過程中與煤層、巖層接觸，再加上人類生產活動等影響，形成了一系列的物理、化學反應，使得其水質帶有顯著的煤礦企業特征。礦井水中的污染物根據其特征，主要可以分為懸浮物礦井水、高礦化礦井水、酸性礦井水和特殊污染物礦井水。

2.1 懸浮物的處理

礦井水中的懸浮物主要有煤粉和巖粉構成，它們很難自己沉淀，通常需要借助于一定混凝劑，來提高其混凝沉淀的效率。常用到的混凝劑有硫酸鋁和聚合氯化鋁，如果該類型礦井水中的污染物主要為懸浮物，且礦化度不高的情況下，使用混凝、沉淀以及過濾、消毒等過程，就可以實現礦井水的凈化處理，其出水水質可達到生活飲用水標準。

2.2 高礦化度礦井水處理

高礦化度礦井水是指含鹽量大于1000 mg/L的礦井水，我國的高礦化礦井水其含鹽量通常在1000～3000 mg/L，甚至更高。礦井水中的鹽成分主要來自于水中K+、Na+、SO42-、Mg2+等離子，其硬度要高于生活飲用水標準，更不適合礦業生產過程中的鍋爐用水。因此，高礦化度礦井水的處理，主要是除去水中的上述離子。

現在常用到的方法有離子交換法，即利用陰陽離子的交換來除去水中的離子，以降低其含鹽量。但該方法僅限于低礦化度礦井水，含鹽量小于500 mg/L時處理效果比較明顯。此外，還有電滲析法在我國高礦化度礦井水中應用較多。電滲析法是通過外加直流電場，利用離子交換膜對于溶液中離子的選擇透過性，使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。但該方法對于污水的利用效率不高，通常待處理的礦化水經過電滲析器凈化后，可以得到濃縮液和淡化水，淡化水為總進水量的60%左右。

2.3 酸性礦井水處理

酸性礦井水處理最普遍的方法是酸堿中和法。主要的中和劑有石灰石、大理石、石灰等堿性物質，價格都比較便宜，其中尤以石灰石及石灰最為常用。在具體的酸性污水處理過程中，可以根據中和劑的價格、運輸的便利以及中和劑的反應性能來選擇合適的中和劑。

酸性礦井水的處理裝置，最簡單的有滾筒法，即以滾筒為載體，將酸性水與石灰石進行中和反應，出水經沉淀后可達到排放標準。其次，常用到的還有石灰石升流膨脹過濾中和法。該方法是以小顆粒的石灰石為濾料（直接小于3 mm），待處理的酸性水從濾池底部進入濾池內，使石灰石濾料膨脹，從而使得中和反應沿著流線方向連續不斷的進行，其出水經過沉淀處理后便可以排放。

3 礦井污水處理工藝流程

根據煤礦項目的特征，在施工過程中需要用到生活用水和生產用水兩部分。而目前國內的礦井污水處理及回用體系，也僅是供給生產用水。生活用水部分則需要根據實際情況自行解決。因此，案例中神東烏蘭木倫礦井企業為了滿足工人生活需求，在礦區中打了一口生活井，井深約120 m，其水質經過相關部門檢查，可作為飲用水使用。而在礦井內則設置了一套污水處理系統，處理過的污水一部分用于礦井開采的生產用水；另一部分用泵抽至地表作為工業用水或者其它雜用水，余額部分則直接排至地表。

3.1 調節池

該礦井污水屬于工業廢水，水量和水質都會隨著礦業開采有不同的變化，污水中有機物或煤粉等含量也有較大差異，這就為后續環節中污水處理增加了困難。為了更好的達到污水處理效果，在細格柵之后要設置調節池，讓污水能夠在調節池內有充分的混合時間，確保調節池出水的水質和水量穩定。因此，調節池的作用可以歸納為兩部分，一是調節水質，使得不同時間、不同濃度的污水在調節池內混合，達到均勻水質排出；二是調節水量，使得不同時間、不同流量的污水在調節池內混合，達到均勻流量流出。

該項目中，水力停留時間設為3小時，根據第一章中每小時平均污水流量110 m3，得出設計流量Q=110 m3/h×24 h=2640 m3/d= 0.03 m3/s，

調節池的有效容積為：V=QT=110 m3/h×3 h=330 m3，其中假設池子高4.5 m，實際有效水深為4 m，則調節池的面積為330 m3/4 m=82.5 m2，根據面積以確定池子的長度和寬度。

3.2 一步凈水器

一步凈水器相當于豎流式沉淀池，又稱立式沉淀池，是池中廢水豎向流動的沉淀池。池體平面圖形為圓形或方形，水由設在池中心的進水管自上而下進入池內（管中流速應小于30 mm/s），管下設傘形擋板使廢水在池中均勻分布后沿整個過水斷面緩慢上升（對于生活污水一般為0.5～0.7 mm/s，沉淀時間采用1～1.5 h），懸浮物沉降進入池底錐形沉泥斗中，澄清水從池四周沿周邊溢流堰流出。堰前設擋板及浮渣槽以截留浮渣保證出水水質。池的一邊靠池壁設排泥管（直徑大于200 mm）靠靜水壓將泥定期排出。豎流式沉淀池的優點是占地面積小，排泥容易，缺點是深度大，施工困難，造價高。常用于處理水量小于20000 m3/d的污水處理廠。

3.3 重力式無閥過濾器

鋼制重力式無閥過濾器系列產品廣泛應用于地表水凈化、地下水除鐵除錳、循環水旁流過濾、生產廢水除懸浮雜質、有機污水經生化處理和二次沉淀池處理之后的后續過濾以及室內游泳池水的過濾是一種理想的水處理設備。

重力式無閥過濾器是一種不需要閥門的快濾池，在運行的過程中，出水的水位保持恒定不變，進水的水位則隨著濾層水頭損失閥增加而不斷在吸管內上升，當水位上升到虹吸管管頂，并形成虹吸時，就開始自動濾層反沖洗，沖洗掉廢水沿虹吸管排出池外。

重力式無閥過濾器的進水、出水、沖洗及排水均不用閥門，靠水力作用自動運行，運行費用低，管理方便，安全自動化，設備一體化，進水箱、過濾器、反沖洗水箱等組裝一體，結構緊湊，用戶只需按要求做設備基礎和接通進出水管即可投入運行。同時，該過濾器系列產品均裝有頂蓋，衛生防護條件好，可以露天設置，與鋼筋混凝土濾池相比自重小，采用瀝青砂柔性基礎。

3.4 污泥濃縮脫水一體機

污泥濃縮脫水一體機的使用是利用重力脫水，擠壓脫水原理脫掉污泥中的水分，能夠按照不同的分類有帶式污泥濃縮脫水一體機、轉鼓式污泥濃縮脫水一體機和臥式污泥濃縮脫水一體機等，用于沉淀池污泥消化處理，省去污泥濃縮池，減少占地，節約費用。

3.5 復用水池

復用水池的作用是讓過濾后的潔凈澄清的濾后水沿著管道流往其內部進行貯存，并在清水中再次投加入液氯進行一段時間消毒，對水體的細菌、大腸桿菌等病菌進行殺滅以達到滅菌的效果。另外，清水池作為礦井污水處理后的儲存容器，其主要用途在于供給礦井開采過程中的生產用水。在滿足生產用水的基礎上，清水池內多余的水源可以作沖洗廁所、消防、綠化等其它用途。

本案例中，項目采用保證生產用水量，多余的水作為其他用途（包括直接排放）的模式。在清水池內設置隔墻和溢流墻，首先算出生產用水的需求量，在清水池內設置生產用水的體積和水位線（水池內溢流墻以內部分水源即是生產用水量）。隔墻的上部封閉，和清水池頂端一平，下端則是敞口或者底部帶孔，方便水從下部流通。這樣，清水池內的水通過隔墻進入到溢流墻內，為生產用水提供水源。而當水池內的水作它用時，溢流墻內的水則需要通過隔墻底部進行流通，便能夠保證貯水池底部不會出現死水的現象，同時有溢流墻的存在也能保礦井開采的生產用水不做它用?？梢钥吹?，在平時用提升泵將池內多余的水（除去煤礦開采生產用水之外多余的水）提升至礦井上，別做它用。同時，提升泵吸水管不需要開孔，吸水井的平面尺寸比貯水池平面尺寸小得多，空氣能很快進入吸水管，破壞吸水管真空，水泵停止吸水，挾氣運行時間短，大大減輕氣蝕現象；而且也不致提升泵空轉，導致水泵軸承及連接件發熱損壞。

本案例中該系統的設置是設計人員參照消防、生活用水合用一個貯水池，怎樣保證消防用水不做它用的措施設計出來的。而根據實際情況，針對不同的項目，也可以在保證生產用水的基礎上，利用這套系統原理不變，有針對性的利用清水池中的水源。

4 污水處理后指標分析

該礦井項目的廢水經過以上環節的處理之后，水質較以前有了明顯的改善，從清水池中流出的水質在感官上、氣味以及各項指標都能滿足生產用水以及排放的要求。處理前后水質中各指標對比見表1。

5 經濟效益分析

據不完全統計，我國不同地區的近100個重點礦區中，有73%的煤礦開發項目處于缺水狀態，其中40%屬于嚴重缺水的情況。而項目也不例外，在沒有進行污水處理之前，煤礦企業每年光是上交給市政部門的平均排污費用就高達40萬元，等于是委托污水處理廠進行礦井廢水處理，而且還有少部分的水因管理不到位，直接排入了地下水資源中，嚴重污染了生態環境。在建設了自己的污水處理系統之后，為礦山企業帶來的經濟效益主要體現在以下幾個方面。

（1）污水處理系統運行的第一年，企業的污水排放費用就從原來的40萬元驟減至11萬元，節省的29萬元幾乎平衡了污水處理設備的購置及安裝費用，而后面幾年的生產經營中，該部分節省的資金則大大減緩了企業的開支。

（2）該項目原生產用水是采取大功率提升泵抽取井水的方式，尤其是近年來地表水位下降，增加了生產用水的成本。在完成了污水處理系統之后，在井下實現了廢水處理的二次利用，直接用于生產用水，無需再從井口地面供應井下的生產用水，為節省打井費用和水井維護、運行費用以及生產用水供給費用約30萬/年。

（3）神東烏蘭木倫礦井中原有的排水設備系統，常年承受污水中固體懸浮物的沖擊磨損嚴重，經過污水處理之后，使得原排水系統設備使用壽命平均延長5年以上，水泵、排水管道購置及安裝、維護等綜合費用，平均節省8萬元/年。

（4）經過處理后的污水，提升至礦井上，作為綠化、道路清洗、建設施工用水（如混凝土攪拌用水等）、沖廁所及員工洗衣服等用水，節省了原來使用自來水的水費約15萬元/年。

（5）該污水處理系統設置在采煤形成的廢棄巷道中，充分利用了剩余資源，減少了在地表設置構筑物的一些必要措施成本投入，如冬季的采暖設施、屋面的結構設施等。

6 結語

本工程案例中神東烏蘭木倫礦礦井的污水處理系統設置，實現了工業廢水的處理與二次利用，在很大程度上緩解了礦山開采項目中缺水的問題。污水的處理及重復利用，不光為礦山企業帶來了明顯的經濟效益，節約了項目成本，而且更是有利于周邊環境的保護，符合社會可持續發展的政策。同時，鑒于礦山建設項目投入資金大，回收成本慢的特點，在項目中建立完善的污水處理及回收利用系統，可以有效降低礦山企業的項目開發成本，增強企業的核心競爭實力和環境適應能力。這樣，企業即使到了在更為惡略的環境中開發礦山項目，也不會過多的為水資源的問題而擔憂。

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