礦井排水的處理及回用

周威

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430000)

礦井排水的處理及回用

周威

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430000)

通過絮凝、沉淀預(yù)處理,以及過濾、反滲透脫鹽深度處理,將礦井井下排水處理后回用作井下生產(chǎn)用水,從而有效實(shí)現(xiàn)了水資源的回收與利用,減輕了對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。

礦井排水處理 回收使用 絮凝、沉淀預(yù)處理 反滲透脫鹽處理

1 概述

地下開采的煤礦工程,在開采過程中往往會(huì)產(chǎn)生礦井涌水,其來源是開采煤層鄰近的含水層被礦井井下巷道及采掘工作面揭破之后地下水沿巷道涌出。礦井涌水會(huì)嚴(yán)重影響井下工人的生命安全,破壞井下生產(chǎn)設(shè)備,危害較大,必須及時(shí)排出地面。下面以寧夏紅墩子礦區(qū)紅一煤礦的礦井排水處理工程為例論述礦井排水處理及回用的工藝。

根據(jù)相關(guān)文件規(guī)劃,礦井井下涌水部分深度處理用作井下生產(chǎn)用水,其余部分預(yù)處理后作為附近工業(yè)園區(qū)水源。

2 水文及水文地質(zhì)

2.1 水文

地表水主要為黃河,與礦區(qū)西界相鄰,平水期年流量315億m3,流域面積廣。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)年地表水還有邊溝、兵溝、青土溝等,水量很小,由泉、潛水逕流補(bǔ)給,均自東向西匯入黃河;兵溝在井田北側(cè)向西北逕流,最后在井田外兵溝漢墓群附近注入黃河,長(zhǎng)度約13km,中下游呈“V”型溝谷,高差5-10米,水流主要受大氣降水及古近系泉水補(bǔ)給,流量為218～507m3/d,最大流量一般集中在7、8、9月份。

2.2 水文地質(zhì)

(1)含水層組劃分及其含水特征。根據(jù)含水層的巖性、厚度、埋藏條件、分布范圍等,可分為：第Ⅰ含水層 (第四系孔隙潛水層)、第Ⅱ含水層(古近系及基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙含水層)、第Ⅲ含水層(二疊系孫家溝組、石盒子組裂隙含水層)、第Ⅳ含水層(山西組裂隙含水層)、第Ⅴ含水層(太原組砂巖裂隙含水層)、第Ⅵ含水層(土坡組砂巖裂隙含水層)、第Ⅶ含水層(奧陶系裂隙含水層)。礦區(qū)含水層屬弱～中等富水性,補(bǔ)給條件差,隔水層穩(wěn)定性好,以裂隙充水含水層為主,水文地質(zhì)條件中等。

(2)礦井井下排水。根據(jù)礦井勘探報(bào)告,礦井達(dá)產(chǎn)后,礦井井下小時(shí)正常涌水量為620．8 m3/h,日正常涌水量為14899 m3/d。

井下排水水質(zhì)：溶解性固體2693mg/L左右,含氟一般為2．00mg/L,為弱礦化度的微咸水。

3 水處理工藝設(shè)施

在礦井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)建一座井下排水處理站,水處理工藝流程不詳細(xì)寫。

由于礦井排水含鹽量約為2700mg/L,屬于弱礦化度的微咸水,為滿足井下生產(chǎn)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),需進(jìn)行反滲透脫鹽處理。同時(shí)為了減少最終濃水的排放量,將一次反滲透處理產(chǎn)生的濃水再次進(jìn)行二次反滲透處理,兩次反滲透所得的淡水混合后的出水即可滿足水質(zhì)要求。其中預(yù)處理規(guī)模滿足全部井下涌水量,脫鹽深度處理規(guī)模滿足井下生產(chǎn)用水量。礦井井下日正常涌水量為14899m3/d。根據(jù)相關(guān)資料計(jì)算,井下生產(chǎn)用水最高日用水量為1698m3/h。

水處理站規(guī)模：預(yù)處理段處理規(guī)模為680m3/h,日處理能力14899m3/d,最大處理能力16320m3/d。深度脫鹽處理段的總處理規(guī)模為1836m3/d,總產(chǎn)脫鹽水量為1698m3/d。出水所含溶解性總固體和氟的濃度均可滿足井下消防灑水用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

水處理工藝設(shè)施如下：

(1)沉淀過濾車間：

在之前的文章里，我們強(qiáng)調(diào)過，滬指的2700點(diǎn)是估值的分水嶺線，2500點(diǎn)是估值的底線，2300點(diǎn)則是市場(chǎng)的“砸鍋賣鐵抄底”線！認(rèn)識(shí)清楚這些點(diǎn)位和界線，我們就可以根據(jù)對(duì)市場(chǎng)后市的走向，設(shè)計(jì)出符合自己個(gè)人投資風(fēng)格的策略和計(jì)劃，以及提前建立與投資風(fēng)格相對(duì)應(yīng)的股票池。

設(shè)45．0m×45．0m×8．2m的車間1座,地上式。內(nèi)設(shè)如下設(shè)施。

1)緩沖調(diào)節(jié)池：設(shè)27．00m×10．4m×4．0m的緩沖調(diào)節(jié)池,2座,調(diào)節(jié)容積1000m3,地上式。每座水池頂部設(shè)1臺(tái)桁車式吸泥機(jī)排泥。

2)提升泵：設(shè)臥式離心泵6臺(tái),4用2備,Q=144m3/h,H=16m,配套電動(dòng)機(jī)11kW,380V。將緩沖調(diào)節(jié)池內(nèi)之水均勻抽送到絮凝斜管沉淀池內(nèi)處理。在水泵的出水母管上設(shè)置電磁流量計(jì)。

3)加藥裝置：4套,投加聚合氯化鋁(PAC)至沉淀池進(jìn)水管上的管道靜態(tài)混合器中。

4)絮凝斜管沉淀池：設(shè)12．6m×11．50m×6．5m的絮凝斜管沉淀池,2座,每座分為2格,每格處理能力為170m3/h,總處理能力為680m3/h。斜管沉淀池設(shè)聚丙烯斜管,d=35mm,L=1000mm。絮凝區(qū)反應(yīng)時(shí)間20min,斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷為5．7m3/(m2·h)。

5)重力式無閥濾池：設(shè)2組,共為4格,每格3．3m×3．3m×5．0m,過濾面積為10．89m2,濾速為6．6m/h,每格處理能力72m3/h,總處理能力288m3/h。

(2)轉(zhuǎn)輸水池：

(3)脫鹽車間：

設(shè)30．0m×10．0m×9．6m的脫鹽車間,1座,地上式,內(nèi)設(shè)如下設(shè)施。

1)加壓泵：設(shè)臥式離心泵3臺(tái),2用1備,Q=68m3/h,H=32m,配套電動(dòng)機(jī)15kW,380V。

2)反洗泵：設(shè)臥式離心泵2臺(tái),1用1備,Q=130m3/h,H=22m,配套電動(dòng)機(jī)15kW,380V。在水泵的出水母管上設(shè)置DN200的電磁流量計(jì)。

3)二氧化氯發(fā)生器：采用以Cl2和ClO2為主的復(fù)合消毒劑發(fā)生器2臺(tái),產(chǎn)氣量200g/h。消毒器平時(shí)1臺(tái)工作,投氯量按2mg/L設(shè)計(jì),在細(xì)菌高發(fā)期也可2臺(tái)同時(shí)使用,維持清水池內(nèi)余氯量≥0．3mg/L即可。

4)瓷砂過濾器：直徑Φ2400mm,4臺(tái),同時(shí)使用。內(nèi)裝瓷砂濾料,濾速7．5m/h,出水濁度小于1NTU。

5)一次反滲透裝置：RO-50型,Q=50m3/h,2套,同時(shí)使用。采用一級(jí)兩段式結(jié)構(gòu),回收率按75%計(jì)算。每日工作14．15h,可產(chǎn)脫鹽水1415m3/d。單臺(tái)反滲透裝置包括：5μm保安過濾器：1臺(tái);高壓泵：Q=67m3/h,H=118m,電機(jī)30 kW,380V,1臺(tái);膜元件：一段低壓反滲透膜PROC10型,35支,脫鹽率99．8%,產(chǎn)水量10500gpd;二段低壓反滲透膜ESPA1型,20支;脫鹽率99．3%,產(chǎn)水量12000gpd;玻璃鋼壓力容器： 共11支,其中一段7支,二段4支,每支安裝5個(gè)膜元件。阻垢劑加藥裝置1套;清洗裝置共用1套;管道閥門、滑架及流量計(jì)1套;反滲透控制設(shè)備1套。

(4)井下供水水池：600m3的矩形鋼筋砼水池1座,20．0m×8．0m×4．0m,半地下式,存貯反滲透的產(chǎn)品水,供礦井井下防塵灑水及采煤機(jī)用水。

(5)濃水池：100m3矩形鋼筋砼水池1座,6m×6m×4m,地上式,存儲(chǔ)一次反滲透裝置的濃水并供給二次反滲透裝置再次進(jìn)行脫鹽處理。

(6)污泥池：100m3矩形鋼筋砼水池1座,6m×6m×4m,地下式。內(nèi)設(shè)潛污泵3臺(tái),2用1備,Q=25m3/h,H=30m,附配套電動(dòng)機(jī)5．5kW,380V。

(7)反洗排水池：100m3矩形鋼筋砼水池1座,6m×6m×4m,地下式。內(nèi)設(shè)潛污泵2臺(tái),1用1備,Q=40m3/h,H=15m,附配套電動(dòng)機(jī)4kW,380V。將反洗排水提升至緩沖調(diào)節(jié)池。

(8)污泥脫水機(jī)房：設(shè)15．00×9．00×5．00m的污泥脫水車間,1座。內(nèi)設(shè)帶式壓濾機(jī)2套,壓濾帶寬度1500mm,每套整體功率2．68kW,380V;加藥裝置2套,向壓濾機(jī)投加聚凝劑,每套整體功率2．97kW,380V;皮帶傳送機(jī)1臺(tái),帶寬500mm,將壓濾產(chǎn)生的泥餅送至室外,配套電動(dòng)機(jī)1．5kW,380V。

(9)蒸發(fā)池：設(shè)1座蒸發(fā)池,設(shè)計(jì)庫容7．67萬m3,平均水深2．7m,面積約為28400m2,蒸發(fā)池需結(jié)合實(shí)際地形確定位置。蒸發(fā)池應(yīng)有可靠地防滲措施。

以上主要處理構(gòu)筑物及設(shè)備的工作時(shí)間均留有一定富余,為今后礦井用水量的增加留有余地。

4 存在問題

礦井排水凈化處理工程在設(shè)計(jì)過程中間還存在如下一些有待改進(jìn)的地方：

(1)反滲透脫鹽處理成本較高,本項(xiàng)目中反滲透脫鹽處理噸水成本遠(yuǎn)高于將自來水從13km外的城鎮(zhèn)輸送來的成本,因此給企業(yè)帶來較大負(fù)擔(dān),也不利于環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排政策的推行。期望今后反滲透相關(guān)技術(shù)工藝的發(fā)展能夠降低成本。

(2)反滲透產(chǎn)生的濃水的處理。由于無法像海水淡化項(xiàng)目一樣可以就近排入海中,也沒有適當(dāng)?shù)钠髽I(yè)用水項(xiàng)目可以接收,因此較為可靠地做法是選擇附近低洼的地形新建蒸發(fā)池。而蒸發(fā)池本身造價(jià)也較高,占地面積較大,受地形限制,同時(shí)不可避免對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定的污染。期望今后能找到更為妥善的處置濃水的措施。