礦井水處理中混凝沉淀過濾技術(shù)的應(yīng)用
一、 概述
煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占70％以上,，煤炭開采過程中排放大量廢水,，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴(yán)重污染,，同時造成水資源的大量浪費,，無法實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計我國40％的礦區(qū)嚴(yán)重缺水,，已制約了煤炭生產(chǎn)的發(fā)展,。西北礦區(qū)多處于山區(qū)，水資源更為缺乏,，地表水又多為間歇性河流,，枯洪水季節(jié)流量相當(dāng)懸殊，常年流量稀釋能力差,，排入河流的污水造成嚴(yán)重污染,。甘肅華亭礦區(qū)是我國十三個重要能源基地之一，上世紀(jì)八十年代,，擁有很好的水生態(tài)環(huán)境,，水資源較充沛，地表水系水質(zhì)也較好，基本上保證了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水,。但隨著華亭礦區(qū)對煤炭資源大規(guī)模的開發(fā),，地下水嚴(yán)重超采，地下水為大幅下降,，地表水系全面污染,，五大河流（黃河二級支流涇河）的中下游河段幾乎全年都是濁流、黑水,。因此,，開發(fā)、管理,、利用好煤礦水資源,，對煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。礦井廢水經(jīng)治理后綜合利用,，對礦區(qū)與華亭地區(qū)乃至甘肅省經(jīng)濟的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用,。
二、礦井廢水主要處理技術(shù)
我國煤礦礦井水處理技術(shù)起始于上世紀(jì)70 年代末,，大多污水治理工作都只停留在為排放而治理,。然而回用才是當(dāng)今污水治理發(fā)展的必然趨勢，將防治污染和回用結(jié)合起來,，既可緩解水源供需矛盾,，又可減輕地表水體受到污染。現(xiàn)國內(nèi)使用的處理技術(shù)主要有：沉淀,、混凝沉淀,、混凝沉淀過濾等。處理后直接排放的礦井水,，通常采用沉淀或混凝沉淀處理技術(shù),；處理后作為生產(chǎn)用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術(shù),；處理后作為生活用水,，過濾后必須再經(jīng)過除酚等對人體有害物質(zhì)及消毒處理；有些含懸浮物的礦井水含鹽量較高 ,，處理后作為生活飲用水還必須在凈化后再經(jīng)過淡化處理,。
本文主要介紹混凝沉淀過濾法處理煤礦礦井廢水。由甘肅經(jīng)緯環(huán)境工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計,、加工的設(shè)備為GJW－WS 型，華亭煤業(yè)集團新柏煤礦等三對大型礦井廢水處理站,，都成功的應(yīng)用了該項處理技術(shù),，并取得了良好的處理效果。
三、礦井水處理回用的條件
1,、礦井廢水的產(chǎn)生及特點
煤礦礦井廢水包括：煤炭開采過程中地下地質(zhì)性涌滲水到巷道為安全生產(chǎn)而排出的自然地下水,，井下采煤生產(chǎn)過程中灑水、降塵,、滅火灌漿,、消防及液壓設(shè)備產(chǎn)生的含煤塵廢水。因此,，它既具有地下水特征,，但又受到人為污染。礦井廢水的特性取決于成煤的地質(zhì)環(huán)境和煤系低層的礦物化學(xué)成分,，其中井田水文地質(zhì)條件及充水因素對于礦井開采過程礦井廢水的水質(zhì),、水量有決定性的影響。因此,，對礦井廢水處理要考慮開采過程中水質(zhì),、水量的變化。華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井廢水水質(zhì)取礦井正常排水時井口水樣,，結(jié)果見表,。新柏煤礦礦井廢水污染物監(jiān)測表（表1 單位：mg/L）
 |
通過現(xiàn)場調(diào)查和資料查找，收集了多年來華亭礦區(qū)有關(guān)礦井水和地下水的化驗數(shù)據(jù)資料,，以及平?jīng)鍪协h(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)（上表）綜合分析,，該煤礦礦井廢水含煤泥為主要懸浮物，有機物略有超標(biāo),，糞大腸菌群超標(biāo),，揮發(fā)酚超標(biāo)。
2,、礦井廢水回用途徑
煤礦礦井水處理后可作生產(chǎn)用水或生活用水,，礦井生產(chǎn)用水主要是井下采掘設(shè)備液壓用水、消防降塵灑水,，生活用水主要是沖廁,、洗浴水以及深度處理后用于飲用水。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分別為：
1,、防塵灑水《煤礦工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》（GB50215－94）SS≤150mg/L,，粒徑d<0.3mm；PH 值為6～9,；大腸菌群≤3 個/L,。
2、空壓機,、液壓支柱用水水質(zhì)SS≤10～200mg/L,，粒徑d <0.15mm,；硬度（碳酸鹽）2～7mg/L；pH 值為6.5～9,；濁度<20,。
3、礦井洗浴水水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn),。
4,、中水水質(zhì)達到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ/T 48-1999）。
5,、生活飲用水達到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）,。
四、處理工藝
新柏煤礦礦井廢水處理工程的設(shè)計處理能力為800～1000m3/d,，處理后作為生產(chǎn)和生活用水,，采用混凝反應(yīng)、過濾,、活性炭吸附及消毒工藝,，流程見下圖。
礦井廢水處理工藝流程
 |
礦井廢水由井下排水泵提升至灌漿水池,，部分用于黃泥灌漿,，其余廢水自流進入曝氣池，氣浮除油后進入斜板沉淀池進行初步沉淀,，由提升泵提升進入混凝沉淀設(shè)備,，同時加入混凝劑，經(jīng)過斜管沉淀后,，將絮狀物沉淀到底部而被去除,，清水從上部溢流出水自流進入砂濾罐，出水自流進入清水池,，清水池前投加二氧化氯進行殺菌消毒,。砂濾罐的反沖冼水自流進入污泥池，上清液自流進入曝氣池,，以提高礦井廢水資源的利用率,。出水若用作生活用水，則砂濾罐出水進入活性炭吸附裝置處理后流入清水池用作生活用水,。
五,、主要處理單元
1、預(yù)沉池曝氣
礦井廢水中含有少量的有機物,，通過曝氣接觸氧化去除廢水中的有機物,。另外，井下液壓支柱等設(shè)備產(chǎn)生少量油類,，通過氣浮除油,，使廢水中油類達標(biāo),。
2、混凝沉淀
煤礦礦井水主要污染物為懸浮物,，處理懸浮物主要采用混凝沉淀法，用鋁鹽或鐵鹽做混凝劑,，混凝劑混合方式采用管道混合器混合,。混凝沉淀裝置采用倒喇叭口作為反應(yīng)區(qū),，水流在反應(yīng)區(qū)中流速逐漸降低,，使廢水和混凝劑藥液的反應(yīng)在反應(yīng)器中逐漸全部完成。完全反應(yīng)的廢水流出反應(yīng)區(qū)后開始形成混凝狀物質(zhì),，經(jīng)過布水區(qū)進入斜管填料,，由于斜管填料采用PVC 六角峰窩狀填料，利用多層多格淺層沉淀,，提高了沉淀效率,。將絮狀物沉淀到底部而被去除，清水從上部溢流排出,。
3,、砂濾凈化
礦井廢水經(jīng)混凝沉淀后，水中還含有較小顆粒的懸浮物和膠體,，利用砂濾設(shè)備將懸浮顆粒和膠體截留在濾料的表面和內(nèi)部空隙中,，它是混凝沉淀裝置的后處理過程，同時也是活性炭吸附深度處理過程的預(yù)處理,。砂濾罐為重力式無閥濾池,，采用自動虹吸原理達到反沖洗，不需要人工單獨管理,，操作簡便,，管理和維護方便。砂濾罐通常采用不同等級的石英砂多層濾料,。
4,、活性炭吸附
該煤礦礦井廢水主要含有揮發(fā)酚，酚類屬于高毒物質(zhì),，它可以通過皮膚,、粘膜、口腔進入人體內(nèi),，低濃度可使細(xì)胞蛋白變性,，高濃度可使蛋白質(zhì)沉淀。長期飲用被酚污染的水源,，會引起蛋白質(zhì)變性和凝固,，引起頭暈,、出疹、貧血及各種神經(jīng)癥狀,，甚至中毒,。處理中水用作生活飲用水，必須用活性炭吸附裝置處理,?；钚蕴康谋缺砻娣e可達800～2000m2/g，具有很強的吸附能力,。該裝置采用連續(xù)式固定床吸附操作方式,，活性炭吸附劑總厚度達3.5m，廢水從上向下過濾,，過濾速度在4～15m/h,，接觸時間一般不大于30～60min。隨著運行時間的推移,，活性炭吸附了大量的吸附質(zhì),，達到飽和喪失吸附能力，活性炭需更換或再生,。
5,、消毒
廢水中含有一定的病菌、大腸菌群,，處理后回用于洗浴時,，若不經(jīng)過消毒，對人體皮膚傷害嚴(yán)重,。所以礦井廢水處理后作為生活用水必須經(jīng)過消毒處理,，本工藝采用二氧化氯消毒，現(xiàn)場用鹽酸和氯酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化氯,，二氧化氯無毒,、穩(wěn)定、高效,、殺菌能力是氯的5 倍以上,。
六、處理工藝特點
1,、華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井廢水處理工程是根據(jù)礦井水水質(zhì)特點確定工藝技術(shù)參數(shù),，采用一次提升到混凝沉淀裝置，再自流進入后續(xù)各處理構(gòu)筑物,，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠,，動力設(shè)備較少，能耗較低,。
2,、采用混凝沉淀裝置與砂濾罐相結(jié)合的工藝技術(shù),，主要處理構(gòu)筑物采用組合式鋼結(jié)構(gòu)，具有占地面積小,、使用壽命長,、工程投資省、工藝簡單,、操作管理方便,、運行成本低等特點。砂濾罐設(shè)計采用重力式無閥濾池,，反沖洗完全自動，操作管理方便,。
3,、該煤礦礦井廢水處理系統(tǒng)實現(xiàn)了自動加藥、自動反沖洗的全過程監(jiān)控,，包括電控系統(tǒng),、上位監(jiān)控系統(tǒng)和儀表檢測系統(tǒng)。儀表檢測系統(tǒng)包括加藥流量,、處理流量 ,、水池液位和加藥箱液位、進水和出水濁度等連續(xù)自動檢測,。
七,、設(shè)備安裝運行調(diào)試中的問題
1、安裝環(huán)境
設(shè)計并實施的設(shè)備體積不能太大,，若體積太大不便于運輸,，也不利于廢水的均勻分配，故GJW－WS 型系列污水設(shè)備的設(shè)計采用模塊式組合,。設(shè)備置于地面建筑物內(nèi),，易于控制、管理,，操作簡單,。設(shè)備埋于地下不易觀察，不便于檢修,，對配套設(shè)備的質(zhì)量要求高,，故除特殊要求外，一般GJW－WS 型系列產(chǎn)品均置于地面安裝,。
2,、運行中應(yīng)注意的問題
混凝劑發(fā)揮混凝作用的是各種形態(tài)的水解聚合物，在水解過程中不斷產(chǎn)生H+必將使水的pH 值下降,。當(dāng)原水中堿度不足或混凝劑投加量較大時,，水的pH 值將大幅度下降,，影響混凝效果。此時,，應(yīng)投加石灰或重碳酸鈉以保持水中pH 值,。水溫對混凝效果有明顯的影響，當(dāng)水溫低于5℃時,，混凝劑水解速度非常緩慢,，處理效率降低?；炷齽┑耐都訒r計量設(shè)備采用電磁流量計,，可以隨時調(diào)節(jié)投加量?；炷齽┑耐都恿窟^大或水溫低,，混凝劑粘度大，不利于膠粒相互絮凝,，影響混凝劑的混凝效果,。
八、效益分析
1,、經(jīng)濟效益分析
該煤礦礦井水處理工程實施之前,，全礦生產(chǎn)和生活用水主要靠抽取地下深井水，抽取地下水成本為1.6元/m3,，煤礦礦井廢水外排,，噸水排污費為0.30 元/m3。礦井水處理工程實施以后每年可處理回用的礦井水量為30×104 m3/a,，年處理回用礦井水費用27.5 萬元,，水處理成本0.96 元/ m3。礦井水處理設(shè)備運行費用詳見下表,。
 |
年經(jīng)濟效益計算如下：
年經(jīng)濟效益＝年免抽取深井水費用+年免交排污費－年處理回用礦井水費用=46.08 + 9 - 27.5=27.58（萬元）
2,、環(huán)境效益分析
該煤礦礦井水處理后的中水供給井下消防降塵灑水和生活雜用水，節(jié)約了水資源,。每年可減少排放懸浮物115.2t/a,，減輕對地表水環(huán)境的污染，減少水體中污染物總量,，環(huán)境效益良好,。
3、社會效益分析
礦井水凈化處理后作為生產(chǎn)和生活用水可以減少地下深井水的開采量,，節(jié)約地下水資源,，保護礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡；可以解決過度開采地下深井水帶來的環(huán)境問題，避免因污染引起的與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的糾紛,，從而可促進工農(nóng)關(guān)系,，也有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展；可以解決礦區(qū)用水量日益增加和水資源越來越短缺的矛盾,，保證煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)營,，提高煤礦企業(yè)的綜合效益，促進礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展,。因而也有較好的社會效益,。
九、結(jié)語
煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點的污染源,，又是一種寶貴的水資源,。目前我國很多煤礦一方面嚴(yán)重缺水，另一方面未經(jīng)處理直接外排,，造成大量水資源的浪費,，并且污染環(huán)境，在相當(dāng)程度上制約了煤炭生產(chǎn)和礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,。因此，將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業(yè)用水或生活用水,，不僅解決了礦區(qū)缺水問題,，而且充分利用了礦井水水資源，節(jié)省了地下水資源,，具有明顯經(jīng)濟,、環(huán)境和社會效益。甘肅華亭礦區(qū)新柏煤礦礦井水處理技術(shù)經(jīng)過甘肅經(jīng)緯環(huán)境工程技術(shù)有限公司多年研究改進,，其處理技術(shù)在其它煤礦區(qū)應(yīng)用,，會有廣闊的推廣前景。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
