唐山礦業分公司B 區礦井水處理技術及應用

楊廷超

（河北省煤田地質局 水文地質隊，河北 邯鄲 056001）

1 概 況

開灤（集團） 唐山礦業分公司B 區（以下簡稱“唐山礦”） 工業廣場，也稱風井工業廣場，是一個既有沖積層孔隙水，又有基巖裂隙水和奧陶系灰巖卡斯特巖溶水的充水礦井，水文地質條件復雜。唐山礦的生產過程中，礦井平均涌水量約為12 m3/min。考慮到水資源的循環利用、環境治理與水資源化相統一，唐山礦外排礦井水約56%經處理后作為生態補水補充至南湖自然水體，改善當地生態環境，提高當地生態質量；另一部分深度處理后進行回用。

2 水量、水質和處理要求

唐山礦礦井水外排水量為720 m3/h，部分水質要求達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》 (GB/T 18921-2019)“觀賞性景觀環境用水水質”中的“湖泊類”水質標準；深度處理產水量320 m3/h，其水質要求達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)水質標準。唐山礦礦井水進水水質指標與出水水質要求見表1。

表1 礦井水水質一覽表Table 1 List of mine water quality

3 工藝技術

3.1 工藝流程

根據“觀賞性景觀環境用水水質”和“生活飲用水衛生標準”的要求，礦井水可檢出BOD5 和CODMn，但含量并不高，該現象是井下生產生活所造成的。水中含有的少量有機物是造成BOD5 檢出的原因，水中含有大量處于懸浮狀態的煤粉和微小粒子，煤炭顆粒表面具有一定的還原性，是造成CODMn 檢出的原因。因此，礦井水中有機物和懸浮物的去除是降低礦井水“可生化性”的關鍵。不需要設置專門的生化處理單元，通過在預處理調節池中設置曝氣系統，可增加調節池內礦井水中溶解氧，在少量有機物和溶解氧的作用下，調節池內會存在一定濃度的好氧微生物，從而可對水中少量的有機物實現去除。對于水中懸浮物的去除，目前礦井水處理中相關工藝較為豐富與成熟，且具有長時間穩定運行的實用案例與成功經驗，其中，最穩定高效的方式就是加藥混合—沉淀—過濾，高效沉淀工藝是保證懸浮物去除效果，降低過濾單元負荷的核心。該系統采用調節池的曝氣氧化作用，高密度澄清池的沉淀作用及V 型濾池的過濾截留作用，可保證出水符合排入自然水體水質標準。

為了進一步達到“生活飲用水衛生標準”，還需對水中的色度、濁度、CODMn 等做深度處理，深度處理采用超濾裝置，超濾對濁度去除效率高，抗沖擊負荷能力強，對濁度的去除幾乎是100%的去除率。此外，超濾單元對微生物、細菌的去除可達到99.99%的去除，從而保證出水效果微生物的去除，在流程中在濾池及超濾產水均會投加一定濃度的殺菌劑，保證管網末端的最低有效氯含量。

根據上述分析及關鍵處理技術對比，唐山礦礦井水工藝流程如圖1 所示。

圖1 唐山礦礦井水工藝流程Fig.1 Mine water process in Tangshan Mine

工藝流程主要由調節系統+ 高密度澄清系統+V 型濾池系統+超濾系統組成，與該流程配套的處理工藝主要為煤泥處理系統，該系統由濃縮池和脫水機房組成。

采煤過程中所產生的礦井水經井下提升泵泵送至地面，調節池起到暫存礦井水、平滑水質波動的作用。調節池內礦井水經加壓泵加壓后進入高密度澄清系統，高密度澄清池由絮凝池、反應池和沉淀池構成，采用PAC 加藥裝置和PAM 加藥裝置分別向絮凝池和反應池內投加藥劑，分別在攪拌槳的作用下使水中的懸浮物形成較大絮體，并采用泥渣分離的方式去除水中的大部分污染物。高密度澄清池出水采用重力自流的方式進入V 型濾池，通過表面絮凝的作用以進一步去除水中剩余的懸浮物。高密度澄清池上清液重力自流進入中間水池，以彌補不同處理流程之間的處理效率差異。中間水池一部分中水經檢測合格符合外排標準后外排至南湖及進行井下靜壓供水，一部分出水采用水泵加壓后進入超濾系統。超濾系統進一步去除水中的懸浮物，最后進入清水池，經水泵泵送至用水點。水泵轉速由變頻器控制，變頻器頻率根據供水端水壓要求自動變化。高密度澄清池內的沉淀池底部會沉積大量煤泥，該煤泥經煤泥泵泵送至煤泥池，煤泥池中的煤泥在重力作用下逐步濃縮，濃縮后的煤泥進入煤泥脫水機房進行脫水處理，脫水后的煤泥外售。

3.2 工藝先進性

（1） 占地面積小。該礦井水處理項目占地面積為7 700 m2，低于給水規范中規定用地指標0.5~0.7 m2/（m3×d），占地面積的減少主要由于工藝的選擇合理及參數的優化設計，主要表現：①高密度澄清池水力負荷高于常規沉淀澄清池；常規沉淀澄清池（平流式、豎流式及輻流式） 的水力負荷在4~6 m3/（m2×h），而高密度澄清池水力負荷可達10 m3/（m2×h），無論使在單體造價上還是占地面積上，均節省一半的投資費用；②平面整體布置緊湊，在平面布置中，將具有相同屬性或不產生相互影響的建（構） 筑物盡量合建，不僅能降低工程投資，還可以減少項目的占地面積。本項目將中間水池、清水池及廢水排放水池合建。

（2） 產水水質穩定，保證供水安全。高密度澄清池+V 型濾池工藝可以完成水中大部分懸浮物的去除，超濾工藝作為把關工藝可保證因煤炭生產和地質條件的不穩定性條件下的處理效果。

4 主要構筑物、設備及設計參數

（1） 調節池。單格尺寸為25 m×24 m×5.5 m，1 座2 格，總有效容積6 000 m3，鋼筋混凝土結構。調節池設置鼓風機進行預曝氣，風量保證溶解氧量大于2.0 mg/L。

（2） 高密度澄清池。設計規模720 m3/h，鋼筋混凝土結構，包括混凝區、絮凝區、沉淀區及污泥泵間。混凝區1 格尺寸為4.5 m×4.5 m×7.2 m，混凝攪拌器為二葉三層折漿式（下壓），槳葉直徑1 800 mm；絮凝區2 格尺寸為4.5 m×4.5 m×7.1 m，混凝攪拌器為二葉三層折漿式（提升），槳葉直徑1 800 mm；沉淀區2 格尺寸為7.6 m×9.3 m×7.1 m，水力負荷10 m3/m·h；污泥泵間1 格尺寸為8.88 m×5.72 m×7.1 m。

（3） V 型濾池。單格尺寸為8.0 m×6.4 m×5.3 m，1 座3 格，半地下式鋼筋混凝土結構。

（4） 超濾系統。超濾前設置疊片過濾器，過濾精度100 μm，超濾單套設計產水量160 m3/h，2套，每套膜原件48 支，運行通量65 L/m2·h，反洗通量120 L/m2·h，化學清洗每支1.5 m3/h。酸堿加藥系統含變頻器、計量泵、加藥罐、磁翻板液位計及相關配套管路等。

（5） 中心傳動刮泥機。型號φ7.6 m，外圍線速度1.5 m/s，功率1.1 kw，材質ss304。

（6） PAC/PAM 智能加藥系統。含全自動干粉溶解和投加系統，溶藥制備濃度范圍為5%~10%，制備量為3 000 L/H。主要由溶解箱、熟化箱、加藥箱、料斗、喂料減速電機、溶藥減速電機、自動除濕加熱器、自動液位檢測裝置、在線隔膜計量泵、PLC 等組成。尺寸3 150 mm×1 165 mm×1 350 mm，2 套，材質ss304。

（7） 煤泥處理系統。煤泥池后設有濃縮池與脫水間，脫水間1 座2 層，尺寸為15.6 m×9 m×10.5 m，設置板框壓濾機2 臺，單臺處理能力7 m3/h（煤泥濃度3%）。濕煤泥產量19.32 t/d，干煤泥為4.83 t/d。每日排泥量4.83/（1-97%） =161 t/d，排泥時間3 h。煤泥年產量7 051.8 t/a。市場上煤泥定價波動較大，以市場底價100 元/t 計算，則煤泥收入每年可盈利70.52 萬元。

5 運行成本

經穩定運行，年度核算，該礦井水處理噸水成本為0.60 元/t，詳見表2。

表2 運行費用明細Table 2 Details of operating costs

6 結 語

唐山礦礦井水經高密度澄清池+V 型濾池處理后，部分排入南湖自然水體，解決了礦井水外排污染問題，深度處理工藝經超濾系統后，清水由廠區自用，出水完全可以達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006） 的水質要求，有效解決了廠區生產和生活缺水的問題，一年可減少市政供水約315.36 萬t。礦井水處理副產物煤泥濕煤泥產量19.32 t/d，干煤泥產量4.83 t/d，保守估計煤泥外售每年可盈利70.52 萬元，礦井水處理成本0.60 元/t。