礦井污廢水的綜合利用及處置方案研究

李盛開

(山西寧武大運華盛能源集團有限公司，山西 寧武 036700)

引 言

煤礦生產中不可避免地會有大量的地下水涌出，所涌出的水一般都未經處理直接排放至地面，由于礦井污廢水中含有大量的重金屬、硫化物等有害物質，不僅會對周圍環境造成污染，而且還造成了水資源的浪費。為解決礦井污廢水的污染和水資源浪費問題，需加強對礦井污廢水的綜合利用，并根據處理效果應用于不同場所和領域[1]。本文注重研究礦井污廢水的綜合利用和處置方案。

1 礦井污廢水處理現狀分析

以某煤礦為研究對象，經核算可得：該煤礦正常開采生產時所需生活用水量(供職工使用)約為500 m3/d；地面生產用水量(鍋爐、消防以及洗煤廠使用)約為900 m3/d；工作水面生產(降塵使用)約為1 600 m3/d。綜上所述，該煤礦正常生產、生活用量約為3 000 m3/d。

為提高礦井污廢水的使用率，采用相應處理工藝將礦井污廢水處理后可滿足生活飲用水、選煤廠涌水、工作面降塵以及地面灑水的水質標準要求。目前，該煤礦污廢水的處理工藝如圖1所示。

當前礦井污廢水處理系統在實際應用中存在如下問題：

1) 經監測可得，該煤礦在正常生產時排水量為10 080 m3/d，而當前污廢水處理系統的實際處理能力僅為5 280 m3/d，處理能力明顯低于工作面涌水量。

圖1 礦井污廢水處理工藝流程

2) 當前礦水處理系統針對該煤礦高懸浮物礦井污廢水的處理效果不佳，導致處理后水的濁度為40 NTU，遠高于標準所規定的3 NTU。

3) 當前礦井污廢水處理系統的排泥效率較低，且地下調節池容積不能夠滿足礦井污廢水排水與絮凝沉淀池之間的調節容積。

4) 當前礦井污廢水處理系統中的超濾裝置存在堵塞嚴重的問題[2]。

為實現對礦井污廢水的綜合利用，提高其利用率，需對其當前污廢水處理系統進行改造。

2 礦井污廢水綜合利用方案設計

2.1 設計原則

為確保礦井污廢水經處理后能夠滿足礦井生產的需求及礦井污廢水的利用率，所設計的礦井污廢水綜合利用方案需遵循如下原則：

1) 要求礦井污廢水處理系統的處理能力≥工作面正常排水量10 080 m3/d。

2) 針對煤礦生產中正常生活用水的需求量，采用除鹽水出水水質的處理措施。

3) 將礦井污廢水正常脫鹽處理后水主要供洗煤廠、電廠使用。

2.2 礦井污廢水綜合利用方案改造設計

礦井污廢水綜合利用方案包含有礦井污廢水的處理工藝、污泥濃縮工藝、反滲透濃鹽水處理工藝[3]。各個工藝設計如下：

礦井污廢水處理工藝流程：礦井污廢水→調節池→沉淀池→無閥濾池→中間水池→超濾升壓泵→超濾裝置→超濾產水池→升壓泵→高壓泵→反滲透裝置→反滲透產水池。

礦井污廢水污泥處理工藝流程：污泥水→污泥池→污泥提升泵→濃縮機→螺桿污泥泵→脫水機→輸送機→污泥輸送。反滲透濃鹽水處理工藝：反滲透濃鹽水→濃鹽水池→濃鹽水輸送泵→蒸發池。

礦井污廢水綜合利用改造方案：

1) 將原污廢水處理系統中的調節池改造為反滲透產水池，并將原處理系統中的凈水器拆除。

2) 將原污廢水處理系統中的臥式超濾裝置改造為立式超濾系統，所增加超濾系統的臺數為4臺，每臺超濾系統的處理能力為120 m3/h。

3) 由于原污廢水處理系統中反滲透裝置所得水的礦化度為3 729.66 mg/L，遠遠超過生活用水的正常礦化度1 000 mg/L的標準要求。將原發滲透裝置中的壓力容器和膜元件進行更換處理。其中，壓力容器更換為高壓泵。膜元件采用兩段膜元件，一段為120支，二段為80支。預測反滲透裝置經上述改造后所出水的礦化度為240 mg/L。

4) 針對當前處理系統污泥處理效率低的問題，主要原因為污泥濃縮機和箱式壓濾機的處理能力不足所導致[4]。為此，針對污泥處理工藝更換箱式壓濾機、置換污泥輸送泵、置換螺旋污泥輸送機以及增加空壓機的改造措施。

據礦井污水處理及綜合利用工藝，為各個工藝配置如表1所示的設備類型、型號及數量。

表1 礦井污廢水綜合利用系統設備

采用上述改造方案后，該煤礦污廢水的處理工藝流程如第216頁圖2所示。

2.3 礦井污廢水處置方案

經對礦井污廢水處理系統改造后可滿足煤礦生產生活用水、洗煤廠用水、電廠用水以及工作面用水的水質標準要求。對于剩余未處理的礦井污廢水采用反滲透濃鹽水處理工藝達標后將其排放。反滲透濃鹽水處理工藝：反滲透濃鹽水→濃鹽水池→濃鹽水輸送泵→蒸發池。

將未處理礦井污廢水預處理后進行全部脫鹽處理，為保證礦井排水達標，對原反滲透裝置進行改造，并增加兩臺發滲透裝置。改造后，反滲透濃鹽水處理工藝的反滲透裝置共有四臺，采用“三用一備”的使用原則[5]。經核算，改造后外排水量可達3 508 m3/d。此外，為礦井無廢水配置500 m3的鋼筋混凝土外排水池，并為其配置5臺排水泵，排水泵的參數如表2所示。

表2 排水泵參數

經改造后礦井污廢水的綜合處置工藝流程如下：反滲透濃鹽水、多余未脫鹽水→外排水池→排水泵→排水管路→小南湖。

3 結語

煤礦生產中不可避免地會涌出大量礦井水，由于礦井水中含有大量的有害物質，不論是工業中還是生活中都不能夠直接使用。為避免礦井污廢水對周邊環境所造成的污染，提高礦井污廢水的使用率，需對礦井污廢水進行綜合利用和處置。鑒于X煤礦原污廢水處理系統所得水的不能夠滿足生活、生產等水質標準要求且處理能力弱的問題，本文從如下幾個方面進行改造：

圖2 礦井污廢水綜合利用工藝流程

1) 將原污廢水處理系統中的調節池改造為反滲透產水池；

2) 將原污廢水處理系統中的臥式超濾裝置改造為立式超濾系統；

3) 將原發滲透裝置中的壓力容器和膜元件進行更換處理；

4) 為未處理污廢水增設外排水池、排水泵。