金龍鐵礦給排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

張乃豐 王向陽

隨著我國采礦業(yè)不斷發(fā)展，礦坑涌水作為非常規(guī)水源加以利用取得了較大的進(jìn)展。但是，如何循環(huán)高效地利用礦坑涌水，發(fā)掘礦區(qū)給排水系統(tǒng)中水進(jìn)一步回收利用空間的研究還較少。礦坑涌水作為礦區(qū)給排水系統(tǒng)中重要的新水補(bǔ)充來源，在礦區(qū)特定的水文地質(zhì)條件下，研究礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高礦坑水資源高效重復(fù)利用是一個(gè)值得深入探討的課題。

本文以金龍鐵礦為例，以模擬預(yù)測的礦坑正常涌水量，作為礦山給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)和前提，應(yīng)用城市給排水技術(shù)中計(jì)算設(shè)計(jì)需水量的方法預(yù)測礦區(qū)需水量，結(jié)合地面生產(chǎn)用水，對(duì)礦山給排水系統(tǒng)中的各參量進(jìn)行相應(yīng)分析，為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

一、需水量與用水量計(jì)算

1.需水量

采用鐵礦用水定額標(biāo)準(zhǔn)為1.8m3/t，計(jì)算得到采選礦生產(chǎn)用水為5478m3/d；礦區(qū)生活用水量包括職工生活用水、食堂用水、淋浴用水和環(huán)境綠化用水。根據(jù)《建筑給水排水規(guī)范》，取食堂用水15L/人·餐，用水量為24.8m3/d；沐浴用水60L/人·班，用水量為33m3/d；職工宿舍用水200L/人·d，用水量為110m3/d；得到用水量Q2為167.8m3/d。研究區(qū)建筑總面積400畝，綠化面積占總面積的10%，綠化用水1.5m3/d，綠化用水量為40m3/d，礦區(qū)地表沖洗、道路灑水抑塵等用水量 50 m3/d。計(jì)算得 Q3為90m3/d。本文取消防用水定額35L/s，同一時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)次數(shù)為2次，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為2h，合計(jì)總用水量為8.4m3/s。

2.用水量

礦區(qū)采選工程生產(chǎn)過程中循環(huán)回用水量為16776.5m3/d，采選工程生產(chǎn)用水新水取水量為5478m3，礦區(qū)生產(chǎn)總用水量為22254.5m3/d，生活用水量257.8m3/d（10.7m3/h）。

礦區(qū)采選工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)用水（新水）5478m3/d，新水水源為礦坑排水。如礦坑排水不足由裕溪河補(bǔ)給，生活用水的水源為淺層地下水。

二、用水水質(zhì)分析

本礦區(qū)礦坑充水水源主要是三疊系中統(tǒng)徐家山組大理巖、白云巖及角礫巖中的裂隙巖溶水，另外有少量來自三疊系中統(tǒng)黃馬青組基巖裂隙水與上覆的松散孔隙水。徐家山組裂隙巖溶水水質(zhì)檢測結(jié)果見表1。

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶含水層受巖漿侵入和礦化、蝕變作用影響，地下水中SO42-含量和礦化度較高，水化學(xué)類型較復(fù)雜，總硬度141～568mg/L，屬軟～極硬水；三疊系中統(tǒng)黃馬青組裂隙含水層受巖漿侵入的影響，水化學(xué)類型為SO4-HCO3-Ca·Na型，礦化度1.28g/L，總硬度212.3mg/L，屬微硬水。上述水質(zhì)條件作為礦山企業(yè)的采、選礦等生產(chǎn)用水，是可行的。

鍋爐用水包括第四系松散巖類孔隙水、三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶水，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2，第四系松散巖類孔隙水水質(zhì)屬鍋垢多～很多、具有軟沉淀的、不起泡～半起泡的非腐蝕性水；三疊系中統(tǒng)徐家山組裂隙巖溶水屬鍋垢多的、具有軟沉淀～硬沉淀的、不起泡的～起泡的非腐蝕性水。因此，可作為鍋爐用水使用。

生活用水為第四系全新統(tǒng)孔隙含水層易于接受降水硬度補(bǔ)給，水化學(xué)類型主要為 HCO3-Ca 型、HCO3-Ca·Mg型，礦化度為0.189～0.944g/L，一般為0.50g/L左右，總硬度 168～487mg/L，屬微硬～極硬水。除局部地段地下水偏高外，一般物化指標(biāo)均符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可以作為居民較好的生活用水水源。三疊系中統(tǒng)黃馬青組基巖裂隙水和徐家山組裂隙巖溶水，水化學(xué)類型較復(fù)雜，不宜作生活用水。

表1 徐家山組裂隙巖溶水水質(zhì)檢測報(bào)告表

表2 鍋爐用水水質(zhì)評(píng)價(jià)表

表3 方案效益對(duì)比分析表

三、礦區(qū)用水保證程度分析

項(xiàng)目生產(chǎn)用水首先利用4857m3/d的礦坑排水量，再從裕溪河補(bǔ)充621m3/d；礦區(qū)取水量是裕溪河多年平均徑流量的0.01%，是最枯年份的0.3%；相對(duì)當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量而言，該用水量僅占95%年份當(dāng)?shù)氐乇硭Y源量的0.79億m3的0.2%左右；因此礦區(qū)生產(chǎn)用水在水量上是有保證的。

生活用水257.8m3/d依靠當(dāng)?shù)販\層地下水，僅占95%年份當(dāng)?shù)販\層地下水資源量0.12億m3的0.7%左右；研究區(qū)內(nèi)第四系松散孔隙水水質(zhì)優(yōu)良，單井出水能力500～1000m3/d。因此，就近建井供生活用水是可行、可靠的。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.給水系統(tǒng)的優(yōu)化

圖1 優(yōu)化前的水量平衡圖

對(duì)礦區(qū)給水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容是優(yōu)先回用選礦廠中鐵精礦和采礦廠等車間的生產(chǎn)排水混凝沉淀處理后的污水，還要優(yōu)先回用尾礦庫處理后的污水，當(dāng)以上水量不滿足時(shí)，用礦坑涌水量來補(bǔ)給。停用原裕溪河的水源，裕溪河地表水僅作為應(yīng)急備用水源，當(dāng)尾礦庫回水系統(tǒng)故障或涌水發(fā)生突變時(shí)，裕溪河的水源可以及時(shí)補(bǔ)給，確保礦山生產(chǎn)用水安全。礦區(qū)的生產(chǎn)用水一般對(duì)水質(zhì)要求不高，混凝沉淀后的采選礦回水和自然凈化后的尾礦庫回水可滿足礦山生產(chǎn)工藝用水水質(zhì)要求。對(duì)于給水系統(tǒng)優(yōu)化的重點(diǎn)是只需適當(dāng)提高尾礦庫污水回用系統(tǒng)回水能力，圖1為優(yōu)化前的水量平衡圖。

2.排水系統(tǒng)的優(yōu)化

對(duì)礦區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是將以尾礦庫的合流制系統(tǒng)改為分流制系統(tǒng)。主要改造內(nèi)容為選礦廠中鐵精礦和采礦廠等車間的生產(chǎn)排水混凝沉淀處理后全部回用外，剩余均隨尾砂排入尾礦庫，尾礦庫除接納選礦廢水外不再另行接納生活污水。進(jìn)入尾礦庫的選礦廢水回用水由原來的220.64m3/h增加到現(xiàn)在的264.1m3/h，因此，尾礦庫收納的選礦廢水循環(huán)利用水量得到了很大提高。生活污水經(jīng)過處理后所形成的中水，可以直接用于礦區(qū)綠化（40m3/d）和礦區(qū)地表沖洗、道路灑水抑塵等（50 m3/d），剩余116.2 m3/d中水，可用到充填站水處理設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步處理，再進(jìn)入選礦工藝用水環(huán)節(jié)循環(huán)利用（見圖2）。

圖2 優(yōu)化后的水量平衡圖

3.方案優(yōu)化前后的效益對(duì)比

通過對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)圖1和圖2統(tǒng)計(jì)了優(yōu)化前和優(yōu)化后兩種不同方案的用水量指標(biāo)，重復(fù)利用率指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化后，新水用量減少了621m3/d，礦坑涌水量減少了539m3/d，即剩余的涌水量經(jīng)過相應(yīng)的處理排入到裕溪河。全礦水重復(fù)利用率提高了5.2%，尾礦庫污水回用率提高了13.8%，實(shí)現(xiàn)了選礦廢水串聯(lián)使用。將廢水分配和消納各級(jí)生產(chǎn)工序中，實(shí)現(xiàn)了水資源的高效利用。

五、結(jié)論

現(xiàn)有供水水源地和各類地面水體，水質(zhì)檢測結(jié)果基本符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。礦區(qū)水質(zhì)分析結(jié)果表明：裕溪河和礦坑涌水的水質(zhì)良好，均可滿足生產(chǎn)用水要求，淺層地下水水質(zhì)滿足礦區(qū)生活用水要求。

經(jīng)過優(yōu)化，礦區(qū)生產(chǎn)用水全部由礦坑涌水供給，裕溪河地表水只作為應(yīng)急備用水源。生產(chǎn)用水水源的這一優(yōu)化，是對(duì)“優(yōu)水優(yōu)用、劣水劣用”號(hào)召的積極響應(yīng)，是對(duì)水污染防治法、安徽省節(jié)約用水條例的貫徹落實(shí)。

通過對(duì)礦區(qū)給排水系統(tǒng)優(yōu)化，新水用量減少了621m3/d，全礦水重復(fù)利用率提高了5.2%，尾礦庫污水回用率提高了13.8%。也可以達(dá)到清污分流、分質(zhì)處理、一水多用的環(huán)境保護(hù)要求，可以實(shí)現(xiàn)選礦廢水和尾礦庫污水全部回用，避免了因其他廢水排入尾礦庫導(dǎo)致尾礦庫污水不能全部回用外排的現(xiàn)象■