老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理工程實施應用

班 健

(老虎臺礦選煤廠，遼寧 撫順 113001)

0 引 言

我國作為煤炭開采和洗選生產的大國，在煤炭洗選加工的過程中，礦井水和煤泥水的循環利用至關重要。我國許多礦區水資源匱乏，近70%的礦區面臨缺水而其中40%礦區嚴重缺水[1]，因此礦井水的綜合利用成為解決礦區缺水問題的關鍵所在，同時也是實現環境、社會和經濟效益統一的有效途徑。遵循“資源循環利用與節能環保”的原則，減少或避免長距離輸水則可緩解或解決礦區嚴重的缺水問題并改善職工的生活條件，滿足煤炭行業持續發展對水資源的需求則對提高社會效益和資源循環利用及環境保護具有重要意義。

老虎臺礦選煤廠主要負責對其井下原煤進行洗選加工，但近年由于原煤煤泥含量增加而導致選煤廠的煤泥水洗煤循環水質量濃度提升，循環水已不能重復使用故需對其進行進一步處理。井下生產產生的礦井污水也需對其進行深度處理，即先將礦井水與選煤廠煤泥水匯集至總容積為2 500 m3的調節池，經混合、攪拌后再用泵送至高效濃縮機內進行濃縮、沉淀，濃縮機底流進入選煤廠處理，溢流進入1 000 m3中間水池作為選煤廠生產補充水使用或經過濾后外排。工程處理的具體設計水量、水質及出水標準如下：① 設計水量。礦井水水量為8 000 m3/d，質量濃度為2～5 g/L(設計時取最大值)；選煤廠水量、質量濃度、煤泥真密度分別為5 496 m3/d、204 g/L、1.6 g/cm3；② 設計要求。入水量16 000 m3/d，質量濃度小于100 g/L；③ 出水標準。出水為外排達標水,懸浮物含量小于20 mg/L;④ 項目建設用地:老虎臺礦供應科院內。

工程以國家建設部、國家環保部等部門的有關文件、規范、標準為依據進行設計，嚴格執行國家及地方的現行有關建設、環境保護的各項環保法規及經濟技術政策，工藝流程科學合理，確保各項出水指標達到規定標準。結合廢水水質、水量特點，借鑒和汲取類似行業廢水治理的成功案例和實踐經驗[2-12]，老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理工程本著“技術上先進、運行上安全可靠、經濟上合理可行”的原則，建設工藝科學、流程簡單、運行費用低、占地面積小、處理效果穩定的廢水處理系統，確保污水治理裝置出水水質和水量的穩定，滿足老虎臺礦和選煤廠連續生產要求。

1 煤泥水治理項目技術要求與自動化系統

1.1 老虎臺礦煤泥水治理項目技術要求

依據國家環保部門提出的相關要求，老虎臺礦煤泥水處理廠出水水質指標要達到GB/T 50335—2002《污水再生利用工程設計規定》中“循環冷卻系統補充水”標準要求設計[13-14]，施工標準應高于該標準，以便國標要求提高后可確保該系統還能夠滿足要求；系統應設置足夠容積的事故池，停留時間按國家相關要求設定；系統配制藥劑可采用生活水，設備內部清洗等采用老虎臺礦工業水；煤泥水水質存在一定的波動性，甚至超出設計時提供的煤泥水水質指標，煤泥水處理廠要有一定的適應能力，避免由于煤泥水的質量濃度波動或煤泥水質超出給定范圍而造成煤泥水處理廠停運、處理量達不到設計要求或出水水質不達標。礦井水和煤泥水治理工程的主要工藝為高效濃縮機加過濾器，工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井水和煤泥水治理工程工藝流程

圖2 礦井水綜合利用示意

圖3 后續計劃實施后礦井水綜合利用示意

1.2 工程自動化系統

該工程自動化系統采用目前工業領域非常成熟、先進的全廠計算機管理控制系統(簡稱SCADA)，是用工業以太網為系統網絡并配以高性能與高可靠的管理計算機、具有服務器功能的中央監控操作站、PLC現場控制站組成的以選煤廠集成自動化為概念的生產過程自動化系統[15]。該自動化系統是由現場控制站、中央監控操作站和工廠計算機管理級組成的3級計算機管理控制系統。場控制站由現場儀表、執行器和PLC組成，中央監控操作站由監控計算機、故障和圖表打印機組成。預留通訊接口，可將煤泥水治理計算機系統與工廠管理級計算機連接并進行遠程數據通訊，控制方式如下：① 手動模式。通過手動模式可就地控制箱或MCC上的按鈕實現對設備的啟停操作；② 軟手動模式。即遠程手動控制方式，操作人員通過操作面板或操作站的監控畫面用鼠標器或鍵盤以控制現場設備；③ 自動方式。設備的運行完全由PLC根據各檢測儀表傳送的信號、煤泥水治理系統的工況及工藝參數來完成對設備的啟停控制，而不需要人工干預。

上述3種方式的控制級別由低到高排序為手動控制、軟手動控制、自動控制。對于設備自帶的控制單元、電氣系統提供給監控系統信號的信號單元等，其接口點為各自所在區域的現場控制站。

煤泥水治理裝置整套系統工藝及設備應滿足以下要求：① 采用先進、成熟、可靠的技術，造價經濟、合理，力爭節省能源、水和原材料，降低建設費用和運行費用；② 系統設備的可利用率不低于上游設備，且裝置操作簡便并降低崗位員工勞動強度，便于運行維護及確保人員和設備安全；③ 系統安全、環保，達到無任何形態物質泄漏的要求；④ 系統的調試、啟/停和運行應不影響上下游生產工序設備的正常使用；⑤ 系統應能快速啟動投入，在負荷調整時有良好的適應性，在運行條件下能可靠和穩定地連續運行；⑥ 在調節池的使用、停用、檢修及負荷變動等過程中，該煤泥水系統要有充分的適應性，并能夠穩定運行；⑦ 在設計和安裝上留有足夠的空間，包括施工、檢修需要的吊裝及操作空間；⑧ 嚴格執行國家有關化工防腐質量標準；⑨ 在確保煤泥水治理裝置穩定運行、出水指標經環保部門監測達到設計指標的前提下，運行費用不得高于投標書中報價；⑩ “三廢”處理滿足環保要求，不能有新的污染物和二次污染產生，充分做到除臭和防噪，達到《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996)、《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—1993)的要求。

2 礦井水與煤泥水綜合治理工程實施應用

老虎臺礦礦井水主要分凈水和渾水2個部分組成，凈水主要為地下水及地表水下滲，而渾水是井下生產過程中摻雜的水，老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理1期時已實現對礦井水中的渾水與選煤廠生產產生的洗煤用水進行回收利用。其中，渾水先經選煤廠西山圓池排至礦井水處理工藝系統，經濃縮、過濾后符合環保達標標準再外排至東露天礦西南泵站，也可將渾水處理達標后用以自用。

老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理 2 期工程主要處理井下水中凈水部分與選煤廠過濾后的外排水集中回收利用，其中凈水供給主要包括千金油廠用水、選煤廠生產用水、礦區生活用水、暖氣廠鍋爐用水 4 個部分，凈水總量約為10 000 m3/d，分配比例約為3∶3∶3∶1。千金油廠每天的凈水需求量為7 000 m3左右，而老虎臺礦的供給量每天約為3 000 m3，差額水量需要東露天西北泵站供給。在 1 期工程的基礎上增設水泵、供水管線改設等工藝環節，將過濾后外排水充分回收至西山水池后并與井下凈水集中利用供給千金油廠，老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理 2 期工程調整井下凈水供給方式，實現過濾水再利用，不僅供選煤廠自己生產用水使用，更有效實現對千金油廠的供水補給。

2.1 改造背景及方案可實施性確定

在工程改造前期，集團公司提出利用老虎臺礦選煤廠處理后的外排水供給千金油廠的設想，由選煤廠落實該設想的可實施性。選煤廠經過實地勘察后，一致認為若將外排水供給千金油廠則工程量大、資金投入多。基于以上考慮并結合生產實際，調整西山水池井下凈水的供給方式，凈水部分按千金油廠需求量供給，每天增加4 000 m3清水，多余的部分仍可作為礦區生活用水和鍋爐用水使用，而選煤廠洗煤生產用水利用礦井水處理系統工藝處理后的外排水。該種方式只需對選煤廠內部供水管網進行調整，所有施工選煤廠可自行處理，充分利用閑置舊設備和水池、管路，具備改造量少、工期短、投資少的特點。為了確定方案的可實施性，選煤廠對生產用水供給方式變化可能產生的影響因素進行逐項分析，基于采用外排水加藥不會影響藥劑溶解和作用發揮，甚至考慮到40 m濃縮機加藥用水水性變化是否會影響藥性，綜合所有因素以確保改造方案的可實施性。

改造方案的重點在于保證外排水供給選煤廠生產的穩定性，確定將閑置的6DA月牙池的南部水池清理干凈作為緩沖水池。從φ40 m濃縮機外排水管路引出 1 條線路至6DA月牙池內，在月牙池外底部增設 1 臺水泵，將泵的出水口與原211號供水管線對接，形成φ40 m外排水→月牙池→底流泵→211號沖水系統完整線路以供應選煤廠的生產用水，沿途將老廠加藥用水、烘干脫硫噴淋用水、崗點清掃用水等用水點連接至該管線，實現選煤廠生產用水全部使用外排水的目的，如圖 2 所示。

2.2 改造方案實施

改造方案從2022-03-28立項前期材料準備開始，于2022-04-18結束，歷時工期17 d。工程量包括增設S系列雙吸水泵(配套電機)1臺；φ425 mm、φ273 mm等各種型號管路共計65 m，各種型號水門4臺，彎頭12個。改造投入檢修作業人員及現場管理人員共計60 余人次。經過生產過程中實踐驗證，新改造的供水系統基本能滿足生產需要。同時，6DA區域今后將作為選煤廠生產用水供給的樞紐站，集中力量對現場的標準化進行治理，拆除廢棄的管路、平臺等，規范整治區域內的樓梯、護欄、走臺、平臺，在使用的管路外部重新刷油，設置流向標識牌以提高現場標準化水平。

2.3 效益測算

老虎臺礦礦井水與煤泥水綜合治理工程改造實施后可為企業增加經濟效益和節省生產成本。在資金投入方面，選煤廠提出的改造方案一次性材料投入共計6.48 萬元，相比之前方案可節省材料費45.5 萬元(未考慮外委施工費)，此外供給方式的調整可產生長期效益。

(1)調整前4 000 m3的差額水需要東露天礦西北泵站供給，供給距離遠，泵的功率大(功率560 kW及流量625 m3/h)；調整后仍由選煤廠西山水泵供給，泵功率小(功率75 kW及流量486 m3/h)，若按照每天4 000 m3水量、電價0.7元/(kW·h)計算，年可節省電費75.8 萬元。

(2)調整前選煤廠的外排水排往東露天西南泵站，現在一部分水截留選煤廠自用，排往西南泵站總體水量減少。西南泵站使用泵功率560 kW，流量1 181 m3/h，按照每天4 000 m3水量計算，年可節省電費48.5 萬元。綜上計算，共計年節省資金169.8 萬元，其中一次性投入年節資45.5 萬元，年節省電費124.3 萬元。

2.4 后續實施計劃

前期改造形成后，考慮到千金油廠可能增加兩部爐作業，用水量仍會增加。且東露天礦西南泵站有可能因為南擴拆除，建議將選煤廠處理后的外排水全部回收，一部分作為選煤廠生產用水，余下的部分排至西山水池以作為凈水供油廠使用，不再往東露天西南泵站排水。月牙池分南部池(小)和北部池(大)，目前將南部池作為選煤生產用水緩沖池，北部池收集大車道來水，池滿后排往西山渾水池。

由于月牙北部池有成熟的西山排水管線，后續實施計劃將調換南北部池的作用，以南部池作為大車道匯水池，通過泵排至選煤廠水處理系統中。外排水進北部池，保證在不出溢流的前提下，一部分作為選煤廠生產用水，余下部分全部排往西山凈水池，供給千金油廠或集團內其他用水單位。如圖 3 所示。

在設備投入上需新購置 2 臺高揚程水泵(一開一備)，實現廠內各生產區域所使用的清水全部由北部池供水。鑒于目前北部池供西山水泵由局內調劑而得，泵的狀態不佳，且無備用泵，目前間斷性開啟而今后運行率將大幅增加，需購置 2 臺高揚程水泵(一開一備)，泵的選型目前選煤廠正在試驗中。上述改動形成后，可實現往西山多供凈水的設想。

3 結 語

近年來，老虎臺礦選煤廠經過多次技術改造升級，通過跳汰機改造升級后提高精煤產率，有效增加單位時間的商品煤產量。通過板框壓濾機改造升級、煤泥烘干深加工等改造工程，增加煤泥回收產量并實現煤泥的深加工，濕煤泥經烘干加工成烘干粉進行銷售，企業收入得以增加。通過增設 40 m凈化水車間對選煤廠煤泥水和礦井水濃縮過濾處理從而實現煤泥的高效回收，過濾后的水質達到國家外排標準。

由上可知，通過礦井水與煤泥水綜合利用改造工程，可實現過濾后外排水自身回收利用，同時成功實現對有用水需求的其他單位之供水嘗試，踐行企業的綠色發展理念。

目前老虎臺礦選煤廠的洗煤工藝更加優化，產品結構更具多樣性，通過技術改造可為企業增加效益，同時符合國家能源綠色發展的戰略，為國家雙碳目標的實現作出微小貢獻。