采煤礦井污泥固化工程實例分析

于繼圖 劉紅麗 韓 超 李 骎 朱 倩 龐云平

(1.陜西正通煤業有限責任公司，陜西省咸陽市，713600；2.北京高能時代環境技術股份有限公司，北京市海淀區，100095)

煤炭資源的大規模開發，在促進經濟快速發展的同時，也極易造成礦區和礦井周邊環境破壞，煤礦區污染通常包括水污染、土壤污染以及大氣污染等。其中煤礦開采對水體污染的影響是最為巨大的，其主要原因在于煤礦區污水體量大且成分復雜，若不正當處置極易影響煤礦安全生產。因此礦區水資源化利用是維持煤礦安全生產重要的一環，對礦區生態環境保護也起著至關重要的作用。遵循國家的可持續發展建設要求，保護煤礦區生態環境對節約建設資源、創建環境友好型煤化工產業必不可少。

山東能源集團陜西正通煤業有限公司高家堡煤礦在建設初期井下礦井水處理系統尚不完善，含有大量污泥的礦井水升井后先在沉淀池沉淀，運行后造成沉淀池內污泥淤積，為維持設備正常運轉，保障礦內生產、生活以及環境安全，對礦內沉淀池污泥進行了處理。首先將沉淀在污泥上層的水樣抽出至礦區原有礦井水處理站進行處理，然后將污泥抽出脫水做資源無害化處理，本工程可以處理沉淀污泥共1.5萬m3。本文主要就礦井水污泥抽出固化及處置方案進行了介紹。

1 礦井水污泥污染情況分析

本工程所在的高家堡煤礦為一大型現代化煤礦，礦區現已建成相應的生產廢水及生活廢水污水站，并均已投產運行。通過對沉淀污泥上層水樣進行取樣檢測，結果顯示水樣中無重金屬等污染物超標，僅部分水樣檢測顯示懸浮物、化學需氧量等指標超出《煤炭工業污染物排放標準》(GB 20426-2006)排放限值。因此廢水經礦區礦井水處理站處理達標后可排放至附近流域。

通過現場對礦井水污泥取樣并送至第三方檢測，污泥浸出液監測結果見表1，經檢測監測項目的監測結果均符合《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)浸出液污染物濃度限值。

表1礦井水污泥浸出液監測結果mg/L

監測項目監測結果標準限值六價鉻0.0101.5鉛0.075ND?0.25鎘0.0075ND?0.15銅0.18140鋅0.514100總鉻0.1184.5鎳0.0780.5鈹4.56×10-30.02鋇2.3625砷0.2170.3汞0.748×10-30.05硒7.02×10-30.1

*注：檢出限后加“ND”表示未檢出

2 污泥治理工藝選擇

由表1的檢測結果可以看出，污泥中無重金屬污染，各項指標均未超出垃圾填埋標準限值，本工程項目污泥中主要是礦井水攜帶涌出的煤粉顆粒，還有一定的利用價值，可以根據對脫水后的污泥進行熱值檢測，決定是否進一步回收利用。其余污泥可送至當地垃圾填埋場進行填埋處置。

目前污泥脫水的方法主要有自然干化、機械脫水、土工管袋快速脫水固結技術等。傳統自然干化法處理效率較低，易造成施工現場環境惡劣，淤泥四溢令人難以進入；而機械脫水(板框壓濾、臥式壓濾等)一次性設備投資大，處理電費也較高，因此運行成本較高；土工管袋快速脫水固結技術是指用特制的工程土工布來滲透和裝填回填料以及污染物的技術。這種特制的土工布能讓水滲透出去的同時截留固體物質，包括回填料以及其中的污染物。土工管袋快速脫水固結技術用來裝污泥并進行脫水，致力于對污泥進行減容并轉化為固體穩定的狀態。無需較大電量消耗和常人看管，只需要定時查看，操作簡便，土工膜還可以重復利用，項目結束后場地可恢復原狀。土工管袋快速脫水固結技術為污泥方量較大的工程提供了一個簡單且低成本的脫水方法。結合工程實例與本項目實際情況，采用土工管袋快速脫水固結技術對礦井水污泥進行固化處理。

3 土工管袋快速脫水處理過程

3.1 土工管袋處理工藝流程

土工管袋處理工藝流程如圖1所示。

圖1 土工管袋處理工藝流程

由圖1可以看出，土工管袋脫水分為填充-脫水-固結這3個階段，在處理污泥時，首先需要在底部墊一層土工布做防滲層，防止流出的水滲入地下污染環境；然后需鋪上礫石做導排層把出水引流到指定的地點；繼而鋪設土工管袋，污泥(含水率90%左右)通過淤泥泵打入土工管袋，并在管道上設三通加入化學藥劑；最后土工管袋自行沉淀脫水，污泥固結。脫水后污泥含水率達到60%左右。

3.2 土工管袋計算

根據項目周邊產地情況，選用MDGT70/95PP 型土工管袋，長度為15.3 m；橫截面周長為8.8 m，最大充填高度為1.8 m，此時容積為最大容積為80 m3；單條土工管袋充填 5～6 次后固結高度約為1.2 m，此時容積約為65 m3。本工程類型原泥含水率約在 92%～96%左右，脫水后預計可達 60%左右。污泥體積減少比大約為3∶1，也就是1 m3原泥脫水后體積約為0.3 m3。因此15000 m3原泥脫水后的體積大約為 5000 m3。故本工程消耗的管袋總數約為5000/65=77條。

3.3 脫水平臺及排水處理

土工管道脫水平臺需水平設置，特別是寬度方向坡度必須為 0，否則有袋體翻滾的可能性。因為土工管袋脫水過程會產生大量濾液，為了避免濾液影響周邊環境，需要設置導排溝或者擋水壩。根據當地地形分析，采用四周挖排水溝的形式排水，排水溝、防滲和導排系統如圖2所示。土工管袋堆放平臺為多個切割成10 m寬、50 m長面積的晾曬平臺。平臺中鋪設兩層土工布，一層HDPE 土工膜，以及一層20 cm厚的卵石層用作濾液防滲和導排。

圖2 脫水平臺示意圖

3.4 管道及加藥設計

本工程中采用鋼管進行污泥輸送，確保輸送安全。管道末端通過分支的方式多條軟管同時連接到土工管袋中，脫水藥劑通過變徑三通的方式進入淤泥管道中，通過設置蛇形管道混合器來促進藥劑與淤泥的混合。前期使用微型管袋模擬土工管袋進行小試實驗，確定脫水調理藥劑采用絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)和高分子聚凝劑聚丙烯酰胺(PAM)，投加量為污泥干重的3‰，藥劑投加采用一體化加藥裝置(藥劑儲罐、加藥泵、攪拌機)。本工程設置4個10 m3的加藥罐體，絮凝劑和助凝劑各2個。

3.5 土工管袋填充和運行

礦井水污泥采用淤泥泵進行輸送，土工管袋充填口一般位于頂端，根據不同需求設置 2～3 個，開口內徑為400 mm 的袖口式連接。可通過一段硬管插入袖口內，再用鐵絲固定。該段硬管通過軟管與進泥主管路進行連接。打開泵送裝置及閥門后，脫水過程則基本可以自動進行了。

污泥和藥劑混合后充填入土工管袋內，藥劑在較短的時間內使混合物中的固體成分下沉，清潔的水流從土工管袋壁中滲透排出，超過 99%的固體顆粒將被存留在土工管袋中。脫水過程中有大量濾液產生，運行過程可人工清洗或拍打土工管袋的表面加快其脫水速度。

3.6 運行效果

對運行過程濾液進行取點分析，濾液出水清澈，表明固體物質截留率高，出水水質滿足《煤炭工業污染物排放標準》(GB 20426-2006)的排放限值，污水處理站總排水口水質檢測結果見表2。

表2 污水處理站總排水口水質檢測結果

經過一段時間的沉淀和排水，固體顆粒逐漸固結，整個土工管袋構成了一個巨大的固體膠囊。所有土工管袋的脫水周期都完成后，將袋體割開，檢測固化后污泥含水率均小于60%。固化污泥分情況處理，因污泥中含有煤礦污水中攜帶涌出的煤粉顆粒，煤粉顆粒含量較高的，可進行熱值檢測，進一步回收利用。剩余固化污泥則送至垃圾填埋場進行填埋處置。

4 總結

本工程采用土工管袋快速脫水固結技術對采煤礦井水污泥進行脫水固化處理，固化后的污泥穩定安全，完全滿足需求。土工管袋技術具有投資規模相對較小、對現場破壞小、便于運輸組裝、自動化程度高、處理效率高以及固體截留率高等優點，將在污泥固化處理工程中發揮更大的作用。