開灤呂家坨礦井水處理工藝及運行效果評價

摘 要：介紹了開灤呂家坨礦的礦井水處理工藝及關鍵環節的機理和影響因素，并對該工藝的凈水效果及經濟效益進行了評價，為現階段煤礦企業開展礦井水處理提供了參考，對實現礦井水利用產業化和保護淡水資源具有重要意義。

關鍵詞：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特點的污染源，又是一種寶貴的水資源[1]，將其處理后作為礦內工業和生活用水，可以在避免污染環境的同時，有效地節約淡水資源。2013年初，發改委和能源局聯合印發《礦井水利用發展規劃》，稱2015年實現礦井水利用產業化以來，桑樹坪、屯蘭和榆林市各煤礦等均開始規劃和實施礦井水處理工程項目。開灤呂家坨礦建設的礦井水處理項目于2008年投入運行，工藝運行穩定，自動化程度高，充分利用了礦井水資源，經濟效益和環境效益顯著。

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鍵環節，其工藝的選擇和運行狀態的好壞直接影響懸浮固體、濁度、細菌、病毒等的去除率，影響出水質量[2]。呂家坨礦根據生產實際，結合礦井水的排出量和礦內生產生活用水的需求量，充分考慮相關法規和環境主管部門的要求，最終確定礦井水處理工藝的關鍵環節采用水利循環斜管沉淀池和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入調節池，礦井水在調節池中有一個預沉過程，沉在調節池底部的淤泥可以用調節池上的桁式車吸泥機排到污泥槽中，預沉后的礦井水由底部的吸水口通過管路自流進入提升泵房，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，一路供井下生產使用，另一路進入V型濾池，通過加二氧化氯消毒后，進入清水池，然后進入供水管網，供井上生產和礦內生活用水。工藝流程如圖所示：

1.2 水力循環斜管沉淀池

水力循環斜管沉淀池是指在沉淀區內設有斜管的沉淀池。在平流式或豎流式沉淀池的沉淀區內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動并分離。根據其相互運動方向分為逆（異）向流、同向流和逆向流三種不同分離方式。每兩塊平行管內相當于一個很淺的沉淀池。

水力循環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，從而縮短了沉淀時間，提高了沉淀池的處理能力和處理效率，過流率可達36m3/（m2/h），比一般沉淀池的處理能力高出7-10倍。

1.3 V型濾池的機理和影響因素

V型濾池對懸浮顆粒的凈化主要涉及顆粒脫離水流流線而向濾料顆粒表面靠近的遷移機理和粘附機理。濾層孔隙中的水流中挾帶的顆粒隨著水流呈層流狀態，在攔截、沉淀、慣性、擴散和水動力等物理作用下，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鍵和某些特殊的化學引力下，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、水質情況和運行參數的設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，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，濾后水質略有提高，且濾池運行周期有縮短現象[4，5]。

2 開灤呂家坨礦井水處理工藝運行效果評價

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性涌滲水匯到巷道的自然地下水，及井下生產過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設備產生的含煤塵廢水。它具有地下水的水質特征，而且流經生產工作面時，會帶入大量的煤粉、巖粒等懸浮物，往往含有較多的細菌。通過混凝、沉淀、V型濾池的過濾作用和消毒工序，出水指標可以達到《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）和《生活飲用水衛生規范》。

2.2 工藝經濟效益評價

與很多煤礦一方面對礦井水不經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距離輸水相比，呂家坨礦的礦井水處理工程的經濟效益和環境效益不言而喻。據統計，該工程2011年上半年礦井水處理量為1847460.6噸，廢水治理設施運行費用86.07萬元，根據唐山市物價局唐價管字（2008）53號文件，工業原水價格為3.69元/立方米（其中含1.49元污水處理費）。按此計算，經濟效益為1847460.6×3.69-860700=5956429.614元，同時避免了大量污染水的處置難題和繳納排污費的問題，并且礦內的生產和生活對自來水公司的依賴程度大大下降。

3 結語

開灤呂家坨礦是國內開展礦井水處理較早的企業，工藝成熟，運行穩定，且經濟效益明顯。為現階段煤礦企業開展礦井水處理提供了參考，對實現礦井水利用產業化和保護淡水資源具有重要意義。

參考文獻：

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

[2]胡文容.煤礦礦井水處理技術[M].上海：同濟大學出版社，1996：73-76.

[3]王彩娟，王曉芳.V型濾池機理的探討[J].青島建筑工程學院學報，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.高雄市澄清湖高級凈水廠處理工藝與效果[J].中國給水排水，2004，（06）：71-78.

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