井下污水處理循環(huán)利用項(xiàng)目簡(jiǎn)析

于文華，趙立榮

(首鋼通鋼集團(tuán)板石礦業(yè)公司，吉林 白山 134304)

板石礦業(yè)有限責(zé)任公司在礦井開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生和排放大量的礦井污水，礦井廢水主要是開(kāi)采過(guò)程中排出的自然地下水和井下采礦生產(chǎn)過(guò)程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設(shè)備冷卻產(chǎn)生的含塵污水。礦井污水中污染物的主要污染成分是SS、pH、CODCr、石油類、部分金屬和非金屬元素，這些污水如果直接排放到環(huán)境中，對(duì)農(nóng)業(yè)、土地、森林等資源降會(huì)造成不同程度的破壞。

《冶金行業(yè)綠色礦山建設(shè)的要求》明確提出：“提高水循環(huán)利用率。建設(shè)規(guī)范完備的水循環(huán)處理設(shè)施和礦區(qū)排水系統(tǒng)。充分利用礦井水，循環(huán)使用選礦廢水，重復(fù)利用率不低于85%。”礦山目前在井下采用沉淀池沉淀，但現(xiàn)有設(shè)施存在處理能力小、設(shè)備老化等問(wèn)題，造成處理效果低，不能滿足礦井污水排放的需要，加之國(guó)家環(huán)保形勢(shì)的發(fā)展、污水排放的要求越來(lái)越高，因此根據(jù)國(guó)家對(duì)于綠色礦山的建設(shè)要求，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的理念，決定對(duì)現(xiàn)有污水處理設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)容改造，實(shí)現(xiàn)礦井污水的達(dá)標(biāo)排放[1]。

1 建設(shè)規(guī)模與目標(biāo)

污水處理站設(shè)計(jì)選用井下污水處理量時(shí)，參照礦山現(xiàn)有水泵實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)近三年水泵運(yùn)行記錄取值，污水處理能力要滿足平時(shí)正常運(yùn)行時(shí)井下實(shí)際排水量，不考慮汛期及特殊情況（五年一遇，十年一遇洪水），但設(shè)計(jì)時(shí)包含洪汛期井下排水處置方案。

建設(shè)目標(biāo)：建設(shè)地下水循環(huán)處理設(shè)施并完善原有排水系統(tǒng)，同時(shí)將廢水污染控制系統(tǒng)納入礦山在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)、新增水泵房納入無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)，從而確保生產(chǎn)過(guò)程中廢水應(yīng)得到有效處置。生產(chǎn)用水及溢流水達(dá)到可排放要求；生活用水（主要用于浴池、鍋爐等）經(jīng)凈化處理后達(dá)到生活用水標(biāo)準(zhǔn)。

2 井下污水水量估算

2.1 非汛期最大排水量

根據(jù)4-6 號(hào)礦組近三年水泵排水記錄，不考慮汛期因素，4-6 號(hào)礦組400 m 中段近三年正常排水季節(jié)最大排水量為107 640 m3/月（即3 588 m3/d）。

2.2 設(shè)計(jì)采用的污水排水量

由于4-6 號(hào)礦組目前排水中段為400 m 中段，考慮將來(lái)深部開(kāi)采接續(xù)工程，4-6 號(hào)礦組排水按160 m 中段考慮，根據(jù)原4-6 號(hào)礦組初步設(shè)計(jì)地下水涌水量估算公式，開(kāi)采深度降至160 m 中段后，增加排水量為235.2 m3/d。本項(xiàng)目對(duì)4-6 礦組井下排水量按 3 823.2 m3/d 取用。7-8 號(hào)礦組目前處于設(shè)計(jì)階段，其正常排水季節(jié)最大排水量參照4-6 號(hào)礦組執(zhí)行，即 3 588 m3/d。綜上，上青礦地表污水處理站處理能力按7 411.2 m3/d 取用。

3 上青礦地表污水處理站水量平衡圖

4-6 號(hào)礦組通過(guò)井下泵站直接送至地表污水處理站，7-8 號(hào)礦組井下污水通過(guò)648 m 平硐自流至地表污水處理站。污水經(jīng)凈化后，一部分用于7-8 號(hào)礦組648 m 以下中段生產(chǎn)、消防用水（泵送），一部分經(jīng)再凈化后，與原有生活管網(wǎng)對(duì)接，用于浴池、鍋爐、辦公及其他用水，多余部分溢流排放。地表處理站處理能力為7 411.2 m3/d。

根據(jù)7-8 礦組初步設(shè)計(jì)，井下生產(chǎn)耗水量為 187.5 m3/班，小時(shí)最大耗水量83.2 m3/h，考慮消防用水216 m3/d，7-8 礦組井下生產(chǎn)、消防用水量為1 041 m3/d （187.5×2+83.2×8=1 041）。上青礦污水處理水量平衡圖如圖1所示。

圖1 上青礦污水處理水量平衡圖

4 礦井水質(zhì)指標(biāo)及處理標(biāo)準(zhǔn)

從礦井污水產(chǎn)生的原因可知，礦井污水既具有地下水特征，又具有受到人為污染的特點(diǎn)。礦井污水特性取決于礦山的地質(zhì)環(huán)境，其中礦井水文地質(zhì)條件及充水因素對(duì)于礦井開(kāi)采過(guò)程礦井污水的水質(zhì)、水量起產(chǎn)生重要的影響。根據(jù)企業(yè)提供的資料，并結(jié)合同類礦山礦井廢水排放情況得知，該礦井廢水具有以巖粉為主要懸浮物、可溶性鹽和有機(jī)物較少、重金屬離子含量低的特征，是一種較為清潔的工業(yè)廢水。礦山礦井污水的水質(zhì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

根據(jù)《鐵礦采選工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28661- 2012）的規(guī)定，處理后水質(zhì)應(yīng)滿足表2要求。

表1 上青礦污水水質(zhì)

表2 出水指標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)有水質(zhì)資料和《鐵礦采選工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28661-2012）中規(guī)定指標(biāo)對(duì)比，井下涌水主要處理對(duì)象為水中懸浮物（SS）。

因此，確定處理設(shè)施，礦井水進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如下：SS為100 ～700 mg/L，最高1 000 mg/L，pH 為7.0 ～9.0。設(shè)施出水水質(zhì)指標(biāo)如下：SS ≤70 mg/L，pH 為7.0 ～9.0。

5 礦井污水工藝流程

本項(xiàng)目將去除污水中SS 和CODCr作為主要控制指標(biāo)。對(duì)于含有兩類污染物的污水，尤其是礦井污水，目前常用的處理方法為混凝沉淀處理工藝，本項(xiàng)目采用的方案如圖2所示。

圖2 礦井污水工藝流程

6 生活、生產(chǎn)、消防供水水泵選擇

6.1 上青礦浴池、鍋爐、辦公生活用水

小時(shí)最大耗水量20 m3/h。水泵所需揚(yáng)程為：

式中，K為揚(yáng)程損失系數(shù)，取1.25；H1=698-648= 50 m；5 m 為水泵吸水高度。選用水泵CDL20-6 型多級(jí)離心泵2 臺(tái)，流量20 m3/h，揚(yáng)程70 m，功率7.5 kW。 1 臺(tái)工作，1 臺(tái)備用。

排水管路直徑計(jì)算：

式中，n為水泵工作臺(tái)數(shù)；Q為水泵流量，m3/h；v為水流經(jīng)濟(jì)流速，取2 m/s。

選用DN68、壁厚4 mm 無(wú)縫鋼管1 條。

6.2 上青礦7-8 號(hào)礦組生產(chǎn)、消防用水

648 m 平硐內(nèi)新副井附近設(shè)生產(chǎn)、消防水池，距離648 m 平硐口1 900 m，供水水源由地表污水處理站供應(yīng)。根據(jù)7-8 礦組初步設(shè)計(jì)，井下生產(chǎn)耗水量為187.5 m3/班，小時(shí)最大耗水量83.2 m3/h，水泵選型按83.2 m3/h 考慮。

水泵所需揚(yáng)程為：

式中，K為揚(yáng)程損失系數(shù)，取1.25；H1為主要由巷 道坡度造成的高差，約10 m；5 m 為水泵吸水高度。

選用水泵6110B-2 型潛水泵2 臺(tái)，流量90 m3/h，揚(yáng)程31.4 m，功率P=12 kW。1 臺(tái)工作，1 臺(tái)備用。

排水管路直徑計(jì)算：

式中，n為水泵工作臺(tái)數(shù)；Q為水泵流量，m3/h；v為水流經(jīng)濟(jì)流速，取2 m/s。

選用DN150、壁厚5 mm 無(wú)縫鋼管1 條。

7 水耗指標(biāo)分析

本項(xiàng)目實(shí)施后，上青礦除飲用水（食堂）外，其余用水均采用本次污水處理系統(tǒng)循環(huán)水。

上青礦：生產(chǎn)用水量1 200 m3/d，生活用水量480 m3/d， 生產(chǎn)用水+生活用水量合計(jì)1 680 m3/d，年總用水量為554 400 m3/a，全部來(lái)自污水處理循環(huán)水，循環(huán)水利用率100%。

根據(jù)上青礦近三年井下水排放記錄，非汛期正常排水量平均1 906 m3/d，年總排放量628 980 m3/d，本項(xiàng)目實(shí)施后，井下水循環(huán)利用率為88.1%。

8 結(jié)論

加快綠色礦山建設(shè)進(jìn)程，形成符合生態(tài)文明建設(shè)要求的礦業(yè)發(fā)展新模式，是綠色礦山建設(shè)的目標(biāo)。礦井污水處理循環(huán)利用項(xiàng)目是創(chuàng)新資源節(jié)約集約和循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式，該項(xiàng)目的成功實(shí)施，提高了礦山生態(tài)環(huán)境治理能力，開(kāi)辟了礦山綠色建設(shè)的新格局。