礦井潔凈水閉路循環(huán)系統(tǒng)的探索與應(yīng)用

胡佩東,徐興民,劉仕磊

（山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦,山東 新泰 271204）

礦井潔凈水閉路循環(huán)系統(tǒng)的探索與應(yīng)用

胡佩東,徐興民,劉仕磊

（山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦,山東 新泰 271204）

本文主要介紹了通過在煤礦井下建立礦井水處理系統(tǒng)，礦井水處理中心采用磁分離技術(shù)，采區(qū)工作面水處理中心采用反滲透技術(shù)，對礦井生產(chǎn)污水水進(jìn)行回收循環(huán)利用，解決了礦井廢水污水的凈化回收問題，有效降低礦井生產(chǎn)成本，具有一定的參考和借鑒價值。

礦井污水；水處理中心；循環(huán)利用

1 概況

新汶礦業(yè)集團(tuán)公司翟鎮(zhèn)煤礦1993年投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬噸，經(jīng)過礦井系統(tǒng)和采掘設(shè)備的升級改造，2000年以來產(chǎn)量一直保持220萬噸/年水平。礦井目前為單水平開采，開采水平為-400水平，-400水平有六采區(qū)、七采區(qū)、后組三采區(qū)3個采區(qū)，主要由地面自來水及奧灰水為礦井生產(chǎn)提供水源，平均日用水量在2000m3-2200m3之間。礦井污水經(jīng)各采區(qū)匯入井底中央水倉，經(jīng)中央排水泵輸送至地面，通過地面水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理后排放，隨著奧灰水水源枯竭，自來水購水資金逐年增長，而排水費(fèi)用、排污費(fèi)用一直居高不下，水質(zhì)差造成的排水設(shè)備效率逐年降低。

通過在井底中央水倉前建成200m3/h的超磁礦井水處理中心，處理后的水質(zhì)達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，用于大巷防塵、設(shè)備冷卻等礦井生產(chǎn)用水。在采區(qū)工作面建成5m3/h的工作面反滲透深度水處理中心，處理后的水質(zhì)達(dá)到純凈水標(biāo)準(zhǔn)，用于工作面液壓支架乳化液配比用水。

2 水處理系統(tǒng)工作原理

2.1 礦井水處理中心

礦井水處理中心主要由預(yù)沉系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、混凝系統(tǒng)、磁種投放裝置，磁分離裝置、污泥壓濾系統(tǒng)組成。

礦井水經(jīng)巷道內(nèi)溝渠集水后，匯總至進(jìn)水渠內(nèi)，在進(jìn)水端渠內(nèi)設(shè)置人工格柵，去除來水中生活垃圾及漂浮物，自流進(jìn)入預(yù)沉池，水中大顆粒及大比重物質(zhì)在預(yù)沉池中沉積下來，預(yù)沉池設(shè)潛水渣漿泵，沉淀物定期排入污泥池，由污泥泵送至壓濾機(jī)脫水，干泥外運(yùn)。

經(jīng)過預(yù)沉處理的水自流進(jìn)入磁分離混凝系統(tǒng)，混凝系統(tǒng)通過投加磁種和混凝劑（PAC和PAM），使懸浮物在較短時間內(nèi)（約3～6min）形成以磁種為載體的“微磁性絮團(tuán)”。

經(jīng)過混凝之后的水再自流進(jìn)入磁分離機(jī)進(jìn)行固液分離凈化，磁分離機(jī)通過磁吸附打撈，使出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)出水指標(biāo)后，自流進(jìn)入中央水倉。

磁分離機(jī)分離出的煤泥，由磁分離機(jī)自身的卸渣裝置刮下進(jìn)入磁分離磁鼓；在磁鼓的高速分散區(qū)將磁種和非磁性懸浮物分散，磁鼓對磁種進(jìn)行吸附回收，回收磁種由泵打入前端的混凝投加系統(tǒng)循環(huán)使用；非磁性污泥排入污泥池，和預(yù)沉池污泥一起由泵打入板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后的泥餅通過井下礦車外運(yùn)。

2.2 工作面水處理中心

采區(qū)工作面水處理中心采用膜法反滲透工藝，經(jīng)過礦井水處理中心處理過的達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)的礦井水首先進(jìn)入工作面水處理系統(tǒng)中的氣水分離裝置中，在該裝置中，水中的氣體在裝置內(nèi)聚集在除氣設(shè)備的頂部，一定時間后通過排出閥門排除，使進(jìn)入系統(tǒng)中的氣體大大降低，保護(hù)精密過濾裝置及膜的正常使用。

經(jīng)過脫氣后的水進(jìn)入砂過濾器中進(jìn)行過濾，過濾掉水中的SS，使進(jìn)入后續(xù)過濾的水的SS小于5毫克/升，然后通過二三級過濾使水的SS小于3。

經(jīng)過過濾系統(tǒng)后水的壓力降低0.2-0.3Mpa，出水壓力在1.4-1.5Mpa然后進(jìn)入精密過濾器及RO 系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對礦井水的深度處理。

系統(tǒng)運(yùn)行后，工作面、采區(qū)污水經(jīng)大巷水溝流入礦井水處理中心，經(jīng)過處理的水可達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。中央水倉作為清水蓄水池為井下各采區(qū)提供防塵用水，形成礦井水閉路循環(huán)系統(tǒng)。奧灰水僅作為補(bǔ)充水源，無需購買自來水，解決了需要通過地面向井下提供生產(chǎn)用水的窘狀，使礦井水維持在平衡狀態(tài)，無需向地面排水。工作面乳化泵站安裝反滲透處理系統(tǒng)，深度處理后可達(dá)到純凈水標(biāo)準(zhǔn)，滿足工作面液壓支架乳化液用水需要。通過水處理閉路循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)一步提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境及安全效益。

礦井水循環(huán)利用流程圖

3 運(yùn)行效益分析

通過礦井水閉路循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了礦井廢水污水的凈化回收問題，降低中央泵房運(yùn)行負(fù)荷，減輕對管路的磨損，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。礦井水處理中心采用磁分離技術(shù)，采區(qū)工作面水處理中心采用反滲透技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有效的提高了水處理能力，減小了環(huán)境壓力，提高了礦井廢水污水的回收率，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1 原礦井水成本分析

使用自來水費(fèi)用：1100m3/天×2.17元/m3×330天=85.9萬元/年；泵房排水電力消耗費(fèi)用：92777kwh/月×0.66元/kwh×12月=73.5萬元/年；水倉清挖費(fèi)用：8.5萬元/年；排水設(shè)備維修費(fèi)用：10萬元/年；排污費(fèi)用：2000m3×330天×0.8元/m3=52.8萬元/年。年綜合成本230.7萬元

3.1.2水處理系統(tǒng)投用后成本分析

藥劑投入：每天使用聚合氯化鋁費(fèi)用150kg×1.84元/kg=276元，每天使用聚丙烯酰胺費(fèi)用3kg×16.67元/kg=50元，每天使用磁種費(fèi)用：50kg×2.82元/kg=141元，藥劑使用費(fèi)用15.41萬元/年；設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)：90kw×0.7×24h×0.66元/kwh×330天=32.93萬元/年；設(shè)備維修費(fèi)用：10萬元/年；煤泥回收：0.2t/包×12包/天×330天×200元/t=15.84萬元。年綜合成本42.5萬元。

通過對比，水處理投入運(yùn)行后，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益：230.7 -42.5 =188.2萬元。

3.2 社會效益

井下多級水處理工藝的采用，每日可為礦井井下生產(chǎn)提供充足的可利用水源，余量提升后供地面生產(chǎn)生活使用，減少了外購水量，保護(hù)了地區(qū)地表水的自然平衡；大大減少污染物的排放，有效地減少了原地面水處理過程中所帶來的泥渣對環(huán)境的二次污染，環(huán)境效益顯著，有利于改善煤礦的地企關(guān)系，促進(jìn)了礦區(qū)的可持續(xù)、和諧發(fā)展。

4 應(yīng)用前景

經(jīng)在煤礦井下實(shí)踐應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對同類型行業(yè)的應(yīng)用具有很好的推廣借鑒價值。