循環(huán)經(jīng)濟視角下岱莊煤礦水資源循環(huán)利用研究

周 洋，宗 科

(山東科技大學(xué)，山東 泰安 271000)

岱莊煤礦于2000年1月移交生產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力150萬t/a。目前，礦井年生產(chǎn)煤炭總量為340萬t。建成投產(chǎn)了礦井洗煤廠及2×12MW的矸石發(fā)電廠。煤礦區(qū)是水污染問題比較集中的區(qū)域，廢水往往經(jīng)過簡單的處理就直接排入了自然水體，處理程度低，重復(fù)利用比例較小，不僅造成水體嚴(yán)重的污染，而且造成水資源的極大浪費[1-2]。為了變廢為寶，近年來，該礦堅定地推動循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)，以循環(huán)經(jīng)濟構(gòu)建合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進資源節(jié)約、清潔生產(chǎn)、環(huán)境友好型企業(yè)建設(shè)，形成了富有自身特色的以水資源綜合利用為核心的循環(huán)經(jīng)濟模式。

1 岱莊煤礦水資源現(xiàn)狀

目前，礦區(qū)廢水主要有礦區(qū)生產(chǎn)、生活廢水和礦井水。主要污染因子為pH值、COD、BOD5、SS、氨氮、石油類等。其中，礦井水產(chǎn)生量大，水質(zhì)較好，是礦區(qū)水資源循環(huán)利用的重要部分。岱莊礦井正常礦井水涌水量設(shè)計為320m3/h，礦井最大涌水量設(shè)計為530m3/h，平均生活污水量2700m3/d。

2 岱莊煤礦水資源循環(huán)利用模式

岱莊煤礦通過對礦井水和生活污水的深度處理，使處理后水質(zhì)達到礦區(qū)工業(yè)生產(chǎn)、生活用水或其他回用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于補充鍋爐循環(huán)水、洗煤廠補充水、井下及地面消防用水、井下注漿、防塵用水、綠化用水及灌溉、作為中水外銷其他企業(yè)等用途，實現(xiàn)礦井廢水綜合利用，為礦區(qū)礦井水的處理和可持續(xù)利用提供合理的模式，為建立水資源節(jié)約和循環(huán)利用的“水和諧”型礦區(qū)做出了貢獻[3-4]。其主要模式如圖1所示。

3 礦井水處理與循環(huán)利用

礦區(qū)所在地屬于富水區(qū)，礦井水產(chǎn)量巨大。礦井水是一種穩(wěn)定的可供利用的礦井水源，經(jīng)過適當(dāng)工藝處理后即可用于礦區(qū)生產(chǎn)和生活系統(tǒng)[5]。特別是能為礦區(qū)坑口電廠、礦井洗煤廠提供穩(wěn)定水源，是礦區(qū)水資源循環(huán)利用優(yōu)先考慮的因素[6]。

目前，岱莊煤礦針對礦區(qū)礦井水水質(zhì)特點，對礦井水在井下和井上同時進行處理，同時，為了提高井上處理效果，在井下水倉口建立礦井水地下處理設(shè)施進行混凝沉淀預(yù)處理，降低SS，使最終出水達標(biāo)[7-9]。礦井水處理回用工藝流程如圖2所示。

圖1 岱莊煤礦水資源綜合利用示意圖

圖2 礦井水處理回用工藝流程

岱莊煤礦在礦井水回用時根據(jù)利用方向按因地制宜、經(jīng)濟方便的原則，適當(dāng)處理后優(yōu)先保證礦區(qū)內(nèi)用水，優(yōu)先考慮井下用水，做到了先井下后井上，先礦內(nèi)后礦外，先生產(chǎn)后生活，充分發(fā)揮礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有水利設(shè)施的潛能，避免了重復(fù)建設(shè)[10-11]。該礦按照循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)工業(yè)的原理，積極拓寬礦井水的利用途徑，在礦內(nèi)及周邊地區(qū)鋪設(shè)中水管網(wǎng)，將礦區(qū)處理之后的礦井水納入濟寧市中水系統(tǒng)，低價外賣與地方，為周邊企業(yè)用水大戶提供優(yōu)質(zhì)中水資源，形成水資源的共享(圖3)。

4 生活污水的處理與循環(huán)利用

岱莊煤礦目前尚沒有居民生活區(qū)，生活污水主要為辦公樓下水道及單身宿舍職工生活污水，浴室廢水，食堂污水、鍋爐房排污及洗澡洗衣廢水等生活污水，生活污水平均COD濃度為155mg/L，BOD5濃度60mg/L，SS在100mg/L左右，屬于低濃度易降解生活污水。

岱莊煤礦利用二級生物處理工藝，采用生物接觸氧化池和消毒等工藝[12]，使處理后的廢水達到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，通過中水管道用于生活沖廁、衛(wèi)生用水、礦區(qū)綠化、景觀和周邊農(nóng)村的灌溉等。目前，岱莊煤礦生活污水成為一種穩(wěn)定的中水水源，也是礦區(qū)水循環(huán)經(jīng)濟的重要組成。

5 電廠水資源循環(huán)利用

岱莊煤礦建有低熱值電廠，熱電廠是礦區(qū)內(nèi)的用水大戶，也是循環(huán)經(jīng)濟研究的重心之一。

該電廠利用礦井、選煤廠洗下的矸石和中煤、煤泥作為燃料，配套2臺75t/h的循環(huán)流化床鍋爐，裝機容量2×12MW。熱電廠每天消耗新鮮水約1500～1800m3，產(chǎn)生的工業(yè)廢水有循環(huán)冷卻水排污水，工業(yè)冷卻水，化學(xué)水處理車間酸堿處理廢水等。

電廠采用循環(huán)供水經(jīng)過冷卻塔冷卻后循環(huán)使用模式，最大循環(huán)水量為6576m3/h，循環(huán)率達到95%以上。循環(huán)水的排污水為30m3/h，一部分作為工業(yè)水源使用，大部分與化學(xué)廢水和工業(yè)冷卻水集中排至洗煤廠。除少量的生活污水進入工業(yè)廣場生活污水處理站處理后用于其他用途，電廠可實現(xiàn)既不增加新鮮水用量，也基本不外排生產(chǎn)廢水。

圖3 礦井水綜合利用及水量平衡圖

圖4 電廠水資源綜合利用及平衡分析圖

由圖4可見，電廠水資源的循環(huán)利用是礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟的重要組成，電廠循環(huán)冷卻水是礦井水的主要用戶，做好電廠的循環(huán)水的更替是能否實現(xiàn)礦區(qū)水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。

6 洗煤廠水資源循環(huán)利用

洗煤廠是礦區(qū)采煤的必要組成，煤炭產(chǎn)品的分級都是要通過選煤廠來實現(xiàn)，在這個過程中會產(chǎn)生大量的洗煤廢水，也是礦區(qū)重要的廢水水源之一。洗煤廢水主要污染物是含有的大量煤粉形成的SS，為節(jié)約水資源，選煤車間煤泥水選用閉路循環(huán)工藝，該工藝為：原生煤泥水經(jīng)過斜板沉淀器進入濃縮池濃縮煤泥，濃縮池上清液溢流入循環(huán)水池，其底流經(jīng)過壓濾機壓濾出的水再進入循環(huán)水池，循環(huán)水池的水再次進行洗煤循環(huán)[13]。在洗煤過程中被產(chǎn)品帶走的水由生產(chǎn)水池補充給洗滌水池，再由洗滌水池補給循環(huán)水池。車間洗滌水直接進入壓濾機，壓出的煤泥由煤泥管道濕式輸送或者汽車運往低熱值熱電廠作為鍋爐燃料[14]。洗煤廠水處理、閉路循環(huán)系統(tǒng)工藝流程見圖5。

圖5 洗煤廠水處理、閉路循環(huán)系統(tǒng)工藝圖

通過圖5可知，洗煤水的閉路循環(huán)和與礦井水處理系統(tǒng)的耦合，能為礦區(qū)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，組成了礦區(qū)水資源循環(huán)利用的重要體系。

7 岱莊礦區(qū)水資源綜合利用效益分析

1)井下礦井水系統(tǒng)產(chǎn)水量為6800m3/d，每年節(jié)約用水量約為200萬t，節(jié)約水資源費用約為130萬元。

2)洗煤廠每年可節(jié)水462000m3，節(jié)約水費30.03萬元。

3)通過銷售處理之后的礦井水用作其他企業(yè)用水和灌溉用水，該部分水量達3126m3/d，每年可為企業(yè)創(chuàng)造效益60.96萬元。

4)電廠循環(huán)冷卻水完全可用礦井水來代替，每年就可節(jié)約水資源110.13萬m3，水資源循環(huán)利用年節(jié)約經(jīng)費71.6萬元。截至2010年，累計利用礦井水(節(jié)水)150萬方，計97.5萬元。

5)每年可節(jié)省管道、排水設(shè)備維修費用51.1萬元，節(jié)省排放污水罰款120萬元，節(jié)約水處理費用約為73.1萬元。

6)通過礦井水井下處理預(yù)計每年可多回收煤泥6000t，煤泥售價按45～50元/t，年創(chuàng)收入約42萬元；每年可節(jié)藥水倉清理費用8.1萬元；以上合計共278.1萬元。

由此可見，岱莊煤礦通過對礦井水進行深度處理后回用于井下、電廠、洗煤廠等生產(chǎn)用水外，還作為補充鍋爐循環(huán)水、灌溉農(nóng)業(yè)、洗車、綠化等，實現(xiàn)廢水了綜合利用，經(jīng)濟效益顯著。

8 結(jié)論

通過以上分析，可得出下列結(jié)論：

1)岱莊煤礦水資源循環(huán)利用主要集中在礦井水、生活污水、電廠循環(huán)冷卻水以及洗煤廠水資源四個方面，其中以礦井水循環(huán)利用最為重要。

2)礦井水經(jīng)處理后主要用于補充鍋爐循環(huán)水、洗煤廠補充水、井下及地面消防用水、井下注漿、防塵用水、綠化用水及灌溉、作為中水外銷其他企業(yè)等用途。

3)生活污水利用二級生物處理工藝，用于生活沖廁、衛(wèi)生用水、礦區(qū)綠化、景觀和周邊農(nóng)村的灌溉等。

4)循環(huán)冷卻水是電廠中的主要用水途徑，循環(huán)冷卻水通過礦井水進行補充，同時循環(huán)水的排污水處理后回收至洗煤廠利用。

5)洗煤廠補充用水主要來源有礦井水和電廠循環(huán)水的排污水，洗煤廢水處理后分為兩部分，其中煤泥回收作鍋爐燃料，煤泥水經(jīng)閉路循環(huán)后再次進行洗煤。

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