紅陽(yáng)二礦礦井水處理系統(tǒng)改造的可行性分析及其技術(shù)途徑

溫明卓+吳冷

【摘 要】針對(duì)沈陽(yáng)焦煤股份有限公司紅陽(yáng)二礦礦井水處理能力偏低與實(shí)際排水量不相匹配的問題，采用混凝實(shí)驗(yàn)、斜管沉淀池實(shí)驗(yàn)、定盤過濾實(shí)驗(yàn)等模擬實(shí)驗(yàn)收集、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)有工藝進(jìn)行對(duì)比，提出一系列的改造方案，同時(shí)將方案進(jìn)行對(duì)比確定與經(jīng)濟(jì)分析，得出最優(yōu)化處理改造方案，使改造后排放出的礦井水符合煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】礦井水；實(shí)驗(yàn)；分析；改造

一、紅陽(yáng)二礦礦井水處理概況

紅陽(yáng)二礦位于沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)紅菱鎮(zhèn)南紅村，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，礦井污水主要來自于井下排水，井下最大排水量7200m3/d，實(shí)際處理能力4000m3/d，與7200m3/d比少3200m3/d。現(xiàn)工藝流程為：礦井水自流進(jìn)入煤泥沉淀區(qū)，經(jīng)過提升泵房進(jìn)入緩沖調(diào)節(jié)區(qū)，由泵輸送至混凝區(qū)，在混凝區(qū)內(nèi)投加藥劑，并與礦井水充分混合反應(yīng)后進(jìn)入斜管沉淀區(qū)。在斜管沉淀區(qū)中的絮凝體沉入池底，上清液達(dá)標(biāo)排放。斜管沉淀區(qū)的污泥排入污泥沉淀區(qū)，經(jīng)由污泥泵回排至煤泥沉淀區(qū)。現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程如圖1.1所示。

二、礦井污水處理存在的問題

隨著礦井采煤生產(chǎn)量的提高，礦井污水量也隨之增加，原有的設(shè)計(jì)工藝流程達(dá)不到要求，無論設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作技術(shù)、處理能力、出水水質(zhì)等方面均不能滿足實(shí)際污水處理量需求。

1.礦井污水由2000年的4000m3/d增加到現(xiàn) 7200m3/d，隨著現(xiàn)代化礦井建設(shè)。礦井污水還有增加的趨勢(shì)，現(xiàn)有凈水設(shè)施和設(shè)備結(jié)構(gòu)理論上可以滿足污水處理要求，但實(shí)際上存在利用問題。

2.隨著井下工作面的延長(zhǎng)，礦井污水的濁度越來越高，而現(xiàn)有設(shè)計(jì)，絮凝沉淀后污泥回排至入水區(qū)，導(dǎo)致入水口的懸浮物濃度更為增大。

3.混凝池藥劑投配不合理或攪拌不充分，達(dá)不到最佳處理狀態(tài)。

4.斜管沉淀池的污泥斗體積不足，起不到預(yù)沉調(diào)節(jié)作用，造成整個(gè)系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，重復(fù)凈水，降低了礦井水處理系統(tǒng)的工作效率。

5.現(xiàn)礦井水呈黑色，感官性差，主要污染物為懸浮物（SS），是典型的無機(jī)礦井水。懸浮物主要是煤屑、巖粉、粘土等細(xì)小顆粒物，其含量為幾十到幾百毫克每升，特點(diǎn)是懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢。

三、礦井污水處理改造方案

（一）改造方案總體原則

1.盡量保留現(xiàn)有工藝，通過優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)系統(tǒng)、應(yīng)用新技術(shù)提升處理能力。

2.盡量利用現(xiàn)有設(shè)施、減少投資，不破壞現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生隱蔽工程。

3.利用現(xiàn)有面積進(jìn)行改造，節(jié)約空間。

（二）礦井水處理技術(shù)選擇

礦井水呈黑色，感官性差，主要污染物為懸浮物（SS），是典型的無機(jī)礦井水，一般采用沉淀的方法去除。目前國(guó)內(nèi)常用的處理技術(shù)有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。

1.改造方案模擬實(shí)驗(yàn)分析。

（1）混凝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

混凝實(shí)驗(yàn)部分以燒杯模擬實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行，利用現(xiàn)生產(chǎn)使用藥劑（PAC和PAM）進(jìn)行不同配比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3.1所示。

由實(shí)驗(yàn)可以看出在PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）比例為2：1、3：1、4：1的條件下水質(zhì)均可達(dá)標(biāo)（國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)）。選擇PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）比例為2：1、3：1進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3.2、3.3所示：

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從經(jīng)濟(jì)上考慮，選擇PAC（聚合氯化鋁）6ml/L和PAM（聚丙烯酰胺）2ml/L為最優(yōu)投配比。

（2）斜管沉淀池實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果如圖3.1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：斜管沉淀池模擬實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行狀況穩(wěn)定，出水水質(zhì)均符合遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)SS的規(guī)定要求（20mg/L）。

（3）定盤過濾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果如圖3.2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：定盤過濾池實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行狀況穩(wěn)定，二次定盤出水水質(zhì)符合遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)SS的要求（20mg/L）。在前三天，隨著進(jìn)水SS濃度的升高，出水SS濃度也呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，從第四天開始進(jìn)水SS濃度開始逐漸下降，但是出水水質(zhì)仍呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。分析原因如下：

①人工添加藥劑出現(xiàn)藥劑添加量不足，導(dǎo)致后期處理能力下降；

②前期進(jìn)水懸浮物濃度的迅速變化導(dǎo)致濾布堵塞，且未啟動(dòng)反洗裝置，使得后期處理能力下降。在實(shí)際工程應(yīng)用中，使用加藥裝置進(jìn)行藥劑添加，同時(shí)定期對(duì)定盤進(jìn)行抽吸，實(shí)際運(yùn)行狀況會(huì)比實(shí)驗(yàn)裝置更加穩(wěn)定可靠。

參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析所得結(jié)論，鑒于此工程為改造工程，根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)要求，擬采用“擴(kuò)容或分流”的方式達(dá)到處理能力。

（三）礦井污水處理改造方案（新技術(shù)分流方案）

根據(jù)紅陽(yáng)二礦目前礦井污水處理的現(xiàn)狀，結(jié)合《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》等要求，將現(xiàn)有煤泥沉淀池隔離出一部分作為定盤過濾區(qū)，通過定盤技術(shù)彌補(bǔ)3200m3/d的能力差距。同時(shí)將斜管沉淀與定盤處理區(qū)串聯(lián)，有助于提高出水水質(zhì)，為下一步環(huán)保提標(biāo)做準(zhǔn)備。

礦井水自流進(jìn)入蓄水區(qū)，經(jīng)緩沖調(diào)節(jié)區(qū)后由泵輸送至混凝區(qū)，在混凝區(qū)內(nèi)與藥劑充分混合反應(yīng)后進(jìn)行分流，分別進(jìn)入斜管沉淀區(qū)和定盤處理區(qū)（也可串聯(lián)：先入斜管區(qū)，后入定盤過濾區(qū)），在斜管沉淀區(qū)中的絮凝體沉入池底后排入污泥沉淀池，上清液達(dá)標(biāo)排放。定盤過濾區(qū)定期進(jìn)行反洗抽吸，反洗水返回混凝區(qū)進(jìn)行處理。污泥沉淀區(qū)的污泥，由泵輸送至壓濾脫水區(qū)，經(jīng)板框壓濾后進(jìn)行外運(yùn)。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析

（一）人工費(fèi)

本套工藝自動(dòng)化程度較高，實(shí)際每班僅需1人，工資平均按4500元/月計(jì)，則噸水費(fèi)用為（4500×3）÷（7200×30）=0.0625元，與現(xiàn)有每班3人比較，節(jié)約3倍。

（二）藥劑費(fèi)

本礦井水處理系統(tǒng)使用藥劑主要有絮凝劑和助凝劑，折合噸水費(fèi)用在0.29～0.45元之間。PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺），與現(xiàn)有藥劑消耗比基本持平。

（三）噸水費(fèi)用

平均噸水處理成本為：0.35～0.51元。

（四）礦井水再利用節(jié)省外購(gòu)費(fèi)

礦內(nèi)冷卻、矸石山滅火、供暖等不再外購(gòu)水，年可省外購(gòu)水費(fèi)64萬(wàn)t，64萬(wàn)t/年×1.1元/t=70.4萬(wàn)元/年。

（五）排污費(fèi)

改造后為0，現(xiàn)每年約1.5～2萬(wàn)元。

累計(jì)年節(jié)約用水成本85萬(wàn)元。

五、環(huán)境效益及社會(huì)效益分析

為保護(hù)渾河水源，促進(jìn)兩岸中下游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)騰飛，省政府一直把渾河水治理工程作為遼寧省環(huán)保工作中的重要一項(xiàng)。本改造項(xiàng)目，在消除了礦井污水排放的同時(shí)，還節(jié)約了水資源。若在全省推廣，實(shí)現(xiàn)礦井水高標(biāo)準(zhǔn)排放及回用，節(jié)約其他地下水的效果將直接體現(xiàn)在下游水資源使用的效益上，具有極大的間接經(jīng)濟(jì)效益和巨大的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李秀全，西曲礦井下污水處理改造。山西建筑，2003年5月.

[2]杜志琴，淺談常村礦礦井污水處理改造。實(shí)用技術(shù)，2014.12.023.

[3]郝兵兵、王守文，屯蘭礦井下污水處理站的改造，山西焦煤科技，2003年10月.

作者簡(jiǎn)介：

溫明卓，男，1983年3月出生，遼寧鞍山市人，遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦物資源工程專業(yè)本科學(xué)歷，學(xué)士。現(xiàn)任沈陽(yáng)市沈陽(yáng)焦煤股份有限公司紅陽(yáng)二礦企管辦主任，工程師。

吳冷，女，1985年1月出生，滿族，遼寧鐵嶺市人。畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦物資源工程專業(yè)，采礦工程碩士。單位：鐵煤集團(tuán)，遼北技師學(xué)院； 職務(wù)：講師；endprint