礦井水凈化處理技術(shù)研究及應(yīng)用

徐夕嶺，劉建平

(1.開灤集團(tuán)唐山礦業(yè)分公司;2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063000)

礦井水凈化處理技術(shù)研究及應(yīng)用

徐夕嶺1，劉建平2

(1.開灤集團(tuán)唐山礦業(yè)分公司;2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063000)

通過對礦井水成分的分析，提出礦井水凈化為飲用水處理方法，設(shè)計(jì)礦井水處理工藝及流程，既防止了礦井水外排對環(huán)境污染，又節(jié)省了水資源，增加經(jīng)濟(jì)效益和社會環(huán)境效益。

礦井水;工藝;流程;環(huán)境污染

唐山礦業(yè)分公司B區(qū)礦井經(jīng)過多年的開采，現(xiàn)在礦井涌水量基本穩(wěn)定在7m3/min，下一步將開采岳胥區(qū)和南五采區(qū)，預(yù)計(jì)屆時涌水量將增加到12m3/min。如果將該礦井水直接排放，將會造成環(huán)境污染和水資源的浪費(fèi)。因此研究礦井水凈化處理為飲用水工程，既符合當(dāng)前唐山市政府大南湖生態(tài)城市建設(shè)的規(guī)劃要求，也符合充分回收利用水資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求，對環(huán)境保護(hù)和資源利用具有重要意義。

1.礦井水水質(zhì)分析

B區(qū)礦井水主要特點(diǎn)為：含鹽量中等，pH值為中性，COD不高，BOD不高;懸浮物含量較高;氟化物含量較高;總硬度含量較低;其水質(zhì)分析結(jié)果(如表1)。

表1 檢測項(xiàng)目水質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)水質(zhì)分析的結(jié)果，B區(qū)礦井水經(jīng)過系統(tǒng)處理完全可以達(dá)到生產(chǎn)、生活飲用水的需求，達(dá)到環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

2.礦井水凈化處理工藝及流程

2.1 主要污染物的去除分析

根據(jù)礦井水水質(zhì)分析結(jié)果，該項(xiàng)目中流程的選擇上主要考慮懸浮物及氟化物的有效去除。

目前污水處理中，去除懸浮物的工藝主要包括沉淀和過濾等形式，沉淀包括平流沉淀池、輻流式沉淀池、豎流式沉淀池、高密度沉淀池等多種形式。過濾包括石英砂過濾器、無閥濾池、快濾池、均質(zhì)濾料濾池等多種形式。我公司對懸浮物的去除采用沉淀和過濾的組合方式，以期達(dá)到最好的、穩(wěn)定的處理效果。

目前比較流行的除氟工藝主要包括活性氧化鋁法、電滲析法、電凝聚法、絮凝沉淀法等。我公司對氟化物的去除采用絮凝沉淀法，節(jié)省運(yùn)行成本和投資費(fèi)用。

2.2 工藝流程

礦井水(720m3/h)經(jīng)泵從10號礦井提升到地面后進(jìn)入到調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池內(nèi)的礦井水重力流至泥渣循環(huán)高效沉淀池;在泥渣循環(huán)高效沉淀池中投加絮凝劑，利用攪拌、泥渣分離接觸作用去除礦井水中的大部份污染物，如SS、CODcr、BOD5、等，泥渣循環(huán)高效沉淀池上清液重力自流進(jìn)入均質(zhì)濾料濾池，去除水中剩余懸浮物后自流進(jìn)入中間水池。然后經(jīng)泵提升到超濾水車間進(jìn)行凈化處理，最后再進(jìn)入清水池，經(jīng)變頻供水裝置至各用水點(diǎn)。

煤泥部分采用煤泥泵打入煤泥池，進(jìn)入煤泥濃縮池濃縮后提升到煤泥脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理，脫水后的煤泥由全封閉的運(yùn)泥車直接運(yùn)出廠外出售。

處理工藝由預(yù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高效沉淀系統(tǒng)、砂濾系統(tǒng)、煤泥處理系統(tǒng)、超濾飲用水系統(tǒng)組成。其中預(yù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)池等組成;高效沉淀系統(tǒng)由前混凝、泥渣循環(huán)高效沉淀池、后混凝系統(tǒng)組成;砂濾系統(tǒng)由均質(zhì)濾料濾池、中間水池、反洗水收集池等組成;煤泥處理系統(tǒng)由煤泥池及脫水機(jī)房等組成;超濾飲用水系統(tǒng)由超濾車間、加藥清洗車間等組成(如圖1)。

圖1 工藝流程框圖

2.2.1 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)池、潛水?dāng)嚢杵饕约捌渌o助工藝單元組成。調(diào)節(jié)池的作用在于減小新排入的礦井水引起的流量變化，同時使待處理的礦井水均質(zhì)，將下游處理的流量變化減到最低限度，并且還具有預(yù)沉淀雙重功能。待處理礦井水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，水中的部分懸浮物沉于池底，由行車式泵吸泥機(jī)將池底的煤泥水間歇排至煤泥水池;經(jīng)調(diào)節(jié)后的礦井水重力自流至泥渣循環(huán)高效沉淀池。

礦井水進(jìn)入調(diào)節(jié)池以均和水質(zhì)水量，隨后，礦井水重力流進(jìn)入后續(xù)的泥渣循環(huán)高效沉淀池工段。出水總管上安裝有流量計(jì)以對進(jìn)水流量進(jìn)行計(jì)量。

2.2.2 泥渣循環(huán)高效沉淀池

泥渣循環(huán)高效沉淀池是我公司技術(shù)創(chuàng)新引進(jìn)改良的沉淀池。基本原理是在混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)靠攪拌器的提升作用完成泥渣、藥劑、原水的快速凝聚反應(yīng)，然后經(jīng)葉輪提升至推流反應(yīng)區(qū)進(jìn)行慢速絮凝反應(yīng)，以結(jié)成較大的絮凝體，再進(jìn)入斜管沉淀區(qū)進(jìn)行分離。澄清水通過集水槽收集進(jìn)入后續(xù)處理構(gòu)筑物，沉淀物進(jìn)入泥斗通過排泥管排出。

2.2.3 均質(zhì)濾料濾池

國內(nèi)目前常用的濾池形式有：普通快濾池、無閥濾池、虹吸濾池和均質(zhì)濾料濾池等。其機(jī)理都是以石英砂、無煙煤等粒狀濾料截留水中懸浮雜質(zhì)，完成水的澄清過程，使出水達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。我公司采用均質(zhì)濾料濾池。該濾池采用均粒石英砂濾料，不均勻系數(shù)控制在1.2～1.4之間，這一前提大大提高了濾床的截污能力，延長了濾池的過濾周期，使出水水質(zhì)更好;濾池采用氣水反沖洗和表面掃洗。濾池出水采用衡水位過濾，液位由出水管上調(diào)節(jié)閥的開啟度控制。

B區(qū)礦井水凈化達(dá)到飲用水水質(zhì)，需要去除水中含有的小顆粒物，利用均質(zhì)濾料可以達(dá)到去除小顆粒物的目的。

2.2.4 超濾系統(tǒng)

均質(zhì)濾料濾池后為超濾處理階段。超濾系統(tǒng)用于對水進(jìn)行深度處理，消除水中的一些細(xì)菌性物質(zhì)，對于大腸桿菌等微生物具有99.99%以上的去除能力，以及去除熱源體和一些有機(jī)物質(zhì)，以達(dá)到生活飲用水指標(biāo)。此外在泥渣循環(huán)高效沉淀投加鋁鹽形成的礬花粒子AL(OH)3(S)對水中氟離子具有一定的吸附能力，然后借助沉淀池、均質(zhì)濾料濾池和超濾對于鋁鹽水解形成的膠體的截留作用來實(shí)現(xiàn)除氟的目的。超濾分成四組，分組都能單獨(dú)通過PLC控制啟停。根據(jù)飲用水量的不同，啟動不同的組數(shù)。

2.2.5 煤泥處理系統(tǒng)

本工程產(chǎn)生的煤泥主要為懸浮物和加藥形成的煤泥。為使煤泥含固率大于3%，煤泥池后需要設(shè)置煤泥濃縮池。煤泥通過脫水處理后外運(yùn)銷售，產(chǎn)生濃縮排水回流至調(diào)節(jié)池。

式中：TDS—總干泥量(t/d);

DS—水中干煤泥含量(mg/l);

Q—設(shè)計(jì)水量(m3/d);

T—設(shè)計(jì)采用的原水濁度(NTU);

A—濁度與SS的換算系數(shù);

B—設(shè)計(jì)采用的原水色度;

C—鐵鹽混凝劑投加量(以Al2O3計(jì)，mg/l);

F—鐵鹽混凝劑投加量(以Fe計(jì)，mg/l)。

已知原水懸浮物131mg/l，即 T×A=131mg/l;混凝劑 PAC 投加量 C=30mg/l，F(xiàn)=0，B=0。

則：DS=131+1.53 × 30=176.9mg/l;TDS=1000×24×176.9×10－6=4.25t/d，即每日產(chǎn)生的干煤泥量為4.25t/d。

每日排泥量：4.25/(1－97%)=127.5t/d

排泥時間：3小時

2.2.6 絮凝和消毒加藥系統(tǒng)

由于礦井水混凝沉淀需要投加藥劑，出水需要消毒排放，故設(shè)置加藥系統(tǒng)。加藥系統(tǒng)包括PAC投加系統(tǒng)、PAm投加系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)。礦井水采用PAC+PAm進(jìn)行混凝以去除水中的懸浮物。

該自動加藥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。它主要由藥劑貯槽、計(jì)量泵(加藥泵)、自動控制系統(tǒng)、連接管路等組成。除部分加藥管路、取樣管路和加藥濃度檢測儀表外，這些設(shè)備都集中安裝在加藥間內(nèi)。變頻式自動加藥控制裝置采用引進(jìn)的高科技產(chǎn)品——交流變頻器構(gòu)成先進(jìn)的交流調(diào)速系統(tǒng)，對加藥量實(shí)現(xiàn)最佳自動控制，同時采用模糊控制算法替代PID算法，實(shí)時調(diào)整藥劑投加量以保證出水效果。該系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是性能可靠、壽命長、啟動特性好、能耗低。

消毒加藥系統(tǒng)使用次氯酸鈉消毒工藝。

3.研究項(xiàng)目效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

該項(xiàng)目研究預(yù)計(jì)總投資5977.48萬元，噸水運(yùn)行成本0.49 元/噸水，噸水收入 1.5 元/噸(綜合)，噸水盈利1.01元/噸水，每年可盈利628.30萬元。本礦井水的水處理副產(chǎn)品為煤泥，干煤泥量是4.32t/d，以市場底價(jià)100元/噸計(jì)算，每年可盈利46.66萬元。煤礦區(qū)礦井水的綜合利用增加了出售礦井水的水費(fèi)收入，相應(yīng)地降低了煤炭的開采成本，減少了水費(fèi)、排污費(fèi)、礦井水處理費(fèi)的支出，隨著礦井水的深化利用，其經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

3.2 環(huán)境和社會效益分析

就環(huán)境效益而言，礦井水的綜合利用，能從根本上解決礦井水對環(huán)境的污染問題，對防止水源枯竭，維持地下水的良性循環(huán)，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，搞好礦區(qū)的環(huán)境保護(hù)工作有積極作用。

就社會效益而言，礦井水的綜合利用，將有效地緩解礦區(qū)水資源緊張的問題，為煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供盡可能多的水源。同時為職工生活和礦區(qū)農(nóng)業(yè)用水提供重要保證。

4.結(jié)論

通過對唐山礦業(yè)分公司B區(qū)礦井水成分的分析，采取了針對性的礦井水凈化處理措施，將其處理后作為煤礦工業(yè)用水和生活飲用水。不僅解決了礦區(qū)缺水問題，而且充分回收利用了水資源。具有明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。該礦井水凈化處理技術(shù)因地制宜，具有工藝簡單、處理能力強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)，可用于大部分礦井的礦井水凈化處理。

The Research and App lication on the Technology of M ine W ater Purification Treatment

XU Xi－ling1，LIU Jian－ping2
(1.Kailuan Group Tangshan Mining Branch;2.Hebei Energy Institute of Vocation and Technology，Tangshan 063000，China)

Based on the analysis of the components of water in coal mine，this paper puts forward the method of purifying mine water for drinking water，the design of mine water treatment technology and process，which not only prevents the pollution of mine drainage to environment，but also saves water resource，and increase the economic benefit and social environmental benefits.

mine water;technology;technological process;environmental pollution

P641.5+5 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A

1671－3974(2011)04－0055－03

2011－07－25

徐夕嶺(1985－)，男，大學(xué)，唐山礦業(yè)分公司助理工程師，從事地質(zhì)工作。