尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水及生活污水回收利用

馮校澤

(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司)

尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水及生活污水回收利用

馮校澤

(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司)

針對(duì)太鋼尖山礦生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大后選礦用水不足的問題，對(duì)尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水的水質(zhì)、水量和水位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并進(jìn)行了洪水系統(tǒng)的水力估算和設(shè)計(jì)。將尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水采用4根φ325 mm管道引水，經(jīng)φ426 mm長(zhǎng)2.5 km的管道自流進(jìn)入生活區(qū)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，再泵入選礦生產(chǎn)用環(huán)水系統(tǒng)。補(bǔ)充水量達(dá)380～450 m3/h，且水質(zhì)良好，不但滿足了生產(chǎn)用水的需求，而且解決了尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水和生活區(qū)污水排放造成的環(huán)境污染問題，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著，可為同類礦山企業(yè)尾礦廢水的循環(huán)利用提供參考。

尾礦庫(kù) 排洪隧洞 滲漏水 生活污水

位于太原市水源地——汾河水庫(kù)上游的太鋼尖山鐵礦是太鋼主要的鐵精礦供應(yīng)基地，與該礦山同期建設(shè)的尾礦庫(kù)排洪隧洞產(chǎn)生嚴(yán)重的滲水和漏水，滲漏水排量達(dá)350～400 m3/h，流經(jīng)南川河后進(jìn)入汾河水庫(kù)，對(duì)汾河水源地造成了污染。此外，礦山生活區(qū)污水排放量達(dá)100～120 m3/h，直接排放至尾礦庫(kù)，對(duì)尾礦壩造成了威脅。2012年太鋼尖山礦生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大為330萬t/a后，選礦用水量增加至33 000～35 000 m3/d，最高供水能力僅為1 350 m3/h 的原有供水系統(tǒng)無法保障正常生產(chǎn)。原有的供水系統(tǒng)沿線長(zhǎng)約6 km，系統(tǒng)改造難度大，投資較高，亟待解決補(bǔ)充水源的問題，以保證礦山生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1 方案提出

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，參考國(guó)內(nèi)類似企業(yè)尾礦水利用現(xiàn)狀[1-3]，提出了對(duì)現(xiàn)有的供水系統(tǒng)和工藝進(jìn)行改進(jìn)的方案：將尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水自流回生活區(qū)污水處理站，與生活污水合并后利用原有泵站作為中轉(zhuǎn)加壓泵站，將滲漏水和污水一并輸送至選礦生產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)行二次利用。該方案既解決了企業(yè)供水系統(tǒng)供水不足的問題，又杜絕了企業(yè)外排水給汾河水源帶來的污染，也避免生活區(qū)污水外排給尾礦庫(kù)帶來的安全隱患，同時(shí)也為企業(yè)節(jié)省了排污費(fèi)和供水系統(tǒng)擴(kuò)建經(jīng)費(fèi)。

在具體改造方案的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)合理利用原有的部分廢棄管道和設(shè)備，對(duì)排洪隧洞內(nèi)回水池設(shè)計(jì)增加沉淀隔離墻及排氣系統(tǒng)，增加回水管道約1 000 m。同時(shí)增加雙控閥門及流量計(jì)、回收水系統(tǒng)增設(shè)防氣塞裝置以及設(shè)置事故排水系統(tǒng)。為此，首先需要對(duì)尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水的水質(zhì)和水量，以及新改造系統(tǒng)各個(gè)進(jìn)出水點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，進(jìn)而進(jìn)行供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。尾礦庫(kù)排洪隧洞距離生活區(qū)污水處理站約2.5 km，由尾礦庫(kù)回流至生活區(qū)水池的水量約388.9 m3/h，隧洞出口水位標(biāo)高為1 283.0 m，管道進(jìn)口標(biāo)高為1 282.0 m。生活區(qū)處理后污水出水管流量為100～120 m3/h，生活區(qū)污水管道出口標(biāo)高為1 262.7 m。如此，改造以后的供水系統(tǒng)總供水量可增加488.9～508.9 m3/h，能夠彌補(bǔ)礦山擴(kuò)產(chǎn)后選礦用水的不足。

尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水水質(zhì)分析結(jié)果

由表1可知，經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后的尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水的水質(zhì)能夠滿足選礦要求。

2 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 滲漏水自行回流估算

生活區(qū)污水管道出口標(biāo)高低于尾礦排洪隧洞管道20.3 m，若將管道直徑初步確定為φ426 mm(可利用部分舊管路)，在回水流量為389.4 m3/h時(shí)，水流速為0.89 m/s，可以滿足每米管道阻力損失為2.9 mm水柱的自流條件。尾礦排洪隧洞至生活區(qū)污水處理站管道長(zhǎng)度估算為2 450 m，管道局部阻力損失考慮為沿程阻力損失的15%，則2 450 m長(zhǎng)的回水管道自流水頭總壓力損失為8.17 m 水柱，小于20.3 m 海拔高差，因而可以確定尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水可以自流回生活區(qū)污水處理站。

2.2 回水利用系統(tǒng)估算與方案設(shè)計(jì)

取水口選擇4根φ325 mm，長(zhǎng)1.5 m的鋼管，孔口流量為2 706 m3/h。尾礦壩有部分φ426 mm的舊管路，回水能力為632.5 m3/h，回水系統(tǒng)的取水口流量較大，控制回水系統(tǒng)流量的是回水管，回水系統(tǒng)的回水能力可達(dá)632.5 m3/h。由于從生活區(qū)回收至生產(chǎn)系統(tǒng)的總水量約489.4～509.4 m3/h，管道直徑為φ426 mm，且選礦環(huán)水水池標(biāo)高為1 406.5 m。據(jù)此，污水泵站內(nèi)可選擇4臺(tái)DA1-150×7型水泵進(jìn)行工作，3工1備，水泵流量為160 m3/h，揚(yáng)程為191 m，3臺(tái)水泵并聯(lián)工作即可滿足使用要求，具體方案見圖1。

圖1 尾礦庫(kù)回水系統(tǒng)工藝流程

2.3 回水利用系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化

為了避免生活區(qū)污水池承受較大水量沖擊，在排洪隧洞內(nèi)部安裝了4個(gè)φ150 mm閥門和回收管道，但試運(yùn)行時(shí)僅能回收水量約200 m3，大約一半水量無法自流回生活區(qū)。經(jīng)計(jì)算，每根φ150 mm管道在流速0.81 m/s的情況下，流量為50.4 m3/h，4根φ150 mm管道自流水量約200 m3/h，要增大回水量必須擴(kuò)大回水管道直徑。經(jīng)查表計(jì)算，在自流流速為0.85 m/s的情況下，要保障400 m3/h回水量，4根管道直徑應(yīng)不小于φ200 mm，為了保險(xiǎn)起見，將管道回水口擴(kuò)大至φ250 mm，回收水量可達(dá)320 m3左右，但仍然有少量水無法回收。每根尾礦回水管口的自流回水量在流速為0.82 m/s的情況下可達(dá)到144 m3/h，4根管道至少可以保障560 m3/h以上的回水流，遠(yuǎn)大于388.9 m3/h的排洪隧洞滲水量。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，尾礦庫(kù)到生活區(qū)約2.5 km管路地形高低起伏，在最高點(diǎn)很可能存在氣塞現(xiàn)象，無法使管道滿管過水。針對(duì)該狀況，設(shè)計(jì)并安裝了防氣塞裝置，解決了管道局部氣塞的問題，改造后的排洪隧洞自流回收水量很快達(dá)到了390 m3/h左右，排洪隧洞滲漏水全部回收。

方案實(shí)施中，對(duì)尾礦排洪隧洞內(nèi)部設(shè)置多道隔離墻，對(duì)洞內(nèi)部的回收水池優(yōu)化設(shè)計(jì)了過濾孔板，解決了尾礦排洪隧洞回收水的多級(jí)沉淀過濾問題，保障了滲漏水的回收水質(zhì)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，凈水站出水的水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，符合國(guó)家一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)，滿足選礦用水的水質(zhì)要求。

表2 凈水站進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)的水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

3 應(yīng)用效果

供水系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)回收水量達(dá)380～450 m3/h，2012年10月至今回收利用尾礦庫(kù)回水和生活污水共計(jì)744萬t，大大緩解了供水系統(tǒng)的壓力，水泵運(yùn)行由105臺(tái)時(shí)降低至75臺(tái)時(shí)，僅需運(yùn)行3臺(tái)泵即可保障生產(chǎn)。杜絕了尾礦庫(kù)排洪隧洞滲漏水對(duì)南川河流和汾河水庫(kù)的污染，也排除了生活污水進(jìn)入尾礦壩而存在的重大安全隱患。系統(tǒng)經(jīng)改造后可以節(jié)約水資源量約372萬t/a，按照3.3元/t計(jì)算，可節(jié)約1 228萬元/a，系統(tǒng)運(yùn)行至2014年10月，共為生產(chǎn)系統(tǒng)提供回收水量744萬t，直接經(jīng)濟(jì)效益2 455萬元。

4 結(jié) 語(yǔ)

將尾礦庫(kù)排洪洞滲漏水和生活污水處理后引入選礦用環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行二次利用，不僅避免了污水外排造成的環(huán)境污染和對(duì)尾礦壩安全的威脅，而且可以節(jié)省大筆的供水系統(tǒng)擴(kuò)建費(fèi)，可為國(guó)內(nèi)類似礦山提供參考。

[1] 龐建華，高明國(guó).石人溝鐵礦水資源綜合利用的探討與實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(11)：116-118

[2] 彭艷榮.尾礦綜合利用現(xiàn)狀及尾礦水處理[C]∥2012年中國(guó)稀土資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)研討會(huì)論文集.北京：中國(guó)稀土學(xué)會(huì)，2012.

[3] 樊水龍.論尾礦水回收利用[J].中小企業(yè)管理與科技，2009(6)：287-288.

2014-12-26)

馮校澤(1971—)，男，工程師,030304 山西省太原市婁煩縣馬家莊鄉(xiāng)。