礦井污廢水的綜合利用及處置方案研究

李盛開

(山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)有限公司，山西 寧武 036700)

引 言

煤礦生產(chǎn)中不可避免地會(huì)有大量的地下水涌出，所涌出的水一般都未經(jīng)處理直接排放至地面，由于礦井污廢水中含有大量的重金屬、硫化物等有害物質(zhì)，不僅會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染，而且還造成了水資源的浪費(fèi)。為解決礦井污廢水的污染和水資源浪費(fèi)問(wèn)題，需加強(qiáng)對(duì)礦井污廢水的綜合利用，并根據(jù)處理效果應(yīng)用于不同場(chǎng)所和領(lǐng)域[1]。本文注重研究礦井污廢水的綜合利用和處置方案。

1 礦井污廢水處理現(xiàn)狀分析

以某煤礦為研究對(duì)象，經(jīng)核算可得：該煤礦正常開采生產(chǎn)時(shí)所需生活用水量(供職工使用)約為500 m3/d；地面生產(chǎn)用水量(鍋爐、消防以及洗煤廠使用)約為900 m3/d；工作水面生產(chǎn)(降塵使用)約為1 600 m3/d。綜上所述，該煤礦正常生產(chǎn)、生活用量約為3 000 m3/d。

為提高礦井污廢水的使用率，采用相應(yīng)處理工藝將礦井污廢水處理后可滿足生活飲用水、選煤廠涌水、工作面降塵以及地面灑水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，該煤礦污廢水的處理工藝如圖1所示。

當(dāng)前礦井污廢水處理系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在如下問(wèn)題：

1) 經(jīng)監(jiān)測(cè)可得，該煤礦在正常生產(chǎn)時(shí)排水量為10 080 m3/d，而當(dāng)前污廢水處理系統(tǒng)的實(shí)際處理能力僅為5 280 m3/d，處理能力明顯低于工作面涌水量。

圖1 礦井污廢水處理工藝流程

2) 當(dāng)前礦水處理系統(tǒng)針對(duì)該煤礦高懸浮物礦井污廢水的處理效果不佳，導(dǎo)致處理后水的濁度為40 NTU，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的3 NTU。

3) 當(dāng)前礦井污廢水處理系統(tǒng)的排泥效率較低，且地下調(diào)節(jié)池容積不能夠滿足礦井污廢水排水與絮凝沉淀池之間的調(diào)節(jié)容積。

4) 當(dāng)前礦井污廢水處理系統(tǒng)中的超濾裝置存在堵塞嚴(yán)重的問(wèn)題[2]。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井污廢水的綜合利用，提高其利用率，需對(duì)其當(dāng)前污廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 礦井污廢水綜合利用方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

為確保礦井污廢水經(jīng)處理后能夠滿足礦井生產(chǎn)的需求及礦井污廢水的利用率，所設(shè)計(jì)的礦井污廢水綜合利用方案需遵循如下原則：

1) 要求礦井污廢水處理系統(tǒng)的處理能力≥工作面正常排水量10 080 m3/d。

2) 針對(duì)煤礦生產(chǎn)中正常生活用水的需求量，采用除鹽水出水水質(zhì)的處理措施。

3) 將礦井污廢水正常脫鹽處理后水主要供洗煤廠、電廠使用。

2.2 礦井污廢水綜合利用方案改造設(shè)計(jì)

礦井污廢水綜合利用方案包含有礦井污廢水的處理工藝、污泥濃縮工藝、反滲透濃鹽水處理工藝[3]。各個(gè)工藝設(shè)計(jì)如下：

礦井污廢水處理工藝流程：礦井污廢水→調(diào)節(jié)池→沉淀池→無(wú)閥濾池→中間水池→超濾升壓泵→超濾裝置→超濾產(chǎn)水池→升壓泵→高壓泵→反滲透裝置→反滲透產(chǎn)水池。

礦井污廢水污泥處理工藝流程：污泥水→污泥池→污泥提升泵→濃縮機(jī)→螺桿污泥泵→脫水機(jī)→輸送機(jī)→污泥輸送。反滲透濃鹽水處理工藝：反滲透濃鹽水→濃鹽水池→濃鹽水輸送泵→蒸發(fā)池。

礦井污廢水綜合利用改造方案：

1) 將原污廢水處理系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)池改造為反滲透產(chǎn)水池，并將原處理系統(tǒng)中的凈水器拆除。

2) 將原污廢水處理系統(tǒng)中的臥式超濾裝置改造為立式超濾系統(tǒng)，所增加超濾系統(tǒng)的臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，每臺(tái)超濾系統(tǒng)的處理能力為120 m3/h。

3) 由于原污廢水處理系統(tǒng)中反滲透裝置所得水的礦化度為3 729.66 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生活用水的正常礦化度1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)要求。將原發(fā)滲透裝置中的壓力容器和膜元件進(jìn)行更換處理。其中，壓力容器更換為高壓泵。膜元件采用兩段膜元件，一段為120支，二段為80支。預(yù)測(cè)反滲透裝置經(jīng)上述改造后所出水的礦化度為240 mg/L。

4) 針對(duì)當(dāng)前處理系統(tǒng)污泥處理效率低的問(wèn)題，主要原因?yàn)槲勰酀饪s機(jī)和箱式壓濾機(jī)的處理能力不足所導(dǎo)致[4]。為此，針對(duì)污泥處理工藝更換箱式壓濾機(jī)、置換污泥輸送泵、置換螺旋污泥輸送機(jī)以及增加空壓機(jī)的改造措施。

據(jù)礦井污水處理及綜合利用工藝，為各個(gè)工藝配置如表1所示的設(shè)備類型、型號(hào)及數(shù)量。

表1 礦井污廢水綜合利用系統(tǒng)設(shè)備

采用上述改造方案后，該煤礦污廢水的處理工藝流程如第216頁(yè)圖2所示。

2.3 礦井污廢水處置方案

經(jīng)對(duì)礦井污廢水處理系統(tǒng)改造后可滿足煤礦生產(chǎn)生活用水、洗煤廠用水、電廠用水以及工作面用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于剩余未處理的礦井污廢水采用反滲透濃鹽水處理工藝達(dá)標(biāo)后將其排放。反滲透濃鹽水處理工藝：反滲透濃鹽水→濃鹽水池→濃鹽水輸送泵→蒸發(fā)池。

將未處理礦井污廢水預(yù)處理后進(jìn)行全部脫鹽處理，為保證礦井排水達(dá)標(biāo)，對(duì)原反滲透裝置進(jìn)行改造，并增加兩臺(tái)發(fā)滲透裝置。改造后，反滲透濃鹽水處理工藝的反滲透裝置共有四臺(tái)，采用“三用一備”的使用原則[5]。經(jīng)核算，改造后外排水量可達(dá)3 508 m3/d。此外，為礦井無(wú)廢水配置500 m3的鋼筋混凝土外排水池，并為其配置5臺(tái)排水泵，排水泵的參數(shù)如表2所示。

表2 排水泵參數(shù)

經(jīng)改造后礦井污廢水的綜合處置工藝流程如下：反滲透濃鹽水、多余未脫鹽水→外排水池→排水泵→排水管路→小南湖。

3 結(jié)語(yǔ)

煤礦生產(chǎn)中不可避免地會(huì)涌出大量礦井水，由于礦井水中含有大量的有害物質(zhì)，不論是工業(yè)中還是生活中都不能夠直接使用。為避免礦井污廢水對(duì)周邊環(huán)境所造成的污染，提高礦井污廢水的使用率，需對(duì)礦井污廢水進(jìn)行綜合利用和處置。鑒于X煤礦原污廢水處理系統(tǒng)所得水的不能夠滿足生活、生產(chǎn)等水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求且處理能力弱的問(wèn)題，本文從如下幾個(gè)方面進(jìn)行改造：

圖2 礦井污廢水綜合利用工藝流程

1) 將原污廢水處理系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)池改造為反滲透產(chǎn)水池；

2) 將原污廢水處理系統(tǒng)中的臥式超濾裝置改造為立式超濾系統(tǒng)；

3) 將原發(fā)滲透裝置中的壓力容器和膜元件進(jìn)行更換處理；

4) 為未處理污廢水增設(shè)外排水池、排水泵。