煤礦疏干水處理利用實例及效益分析

于詠梅

(河南黃河水文勘測規(guī)劃設(shè)計院有限公司，鄭州 450000)

1 煤礦疏干水處理利用的背景

陜西省榆林市煤礦較多，省煤管局所管轄的大中型煤礦共計39座，年生產(chǎn)原煤4200萬t，在井下原煤開采的過程中，必須先將礦井涌水疏干，以保證煤礦開采過程的順利進(jìn)行[1]。統(tǒng)計資料顯示，全省煤礦礦井涌水量平均為2.5-3.0m3/t，則全省僅省煤管局所管轄的39座煤礦每年礦井涌水量就可達(dá)8679萬m3，若再將其他煤礦統(tǒng)計在內(nèi)，則每年實際發(fā)生的礦井涌水量規(guī)模更大。

當(dāng)前各大煤礦及管理部門并未充分重視對煤礦疏干水的利用，大多采用直接外排的做法，少數(shù)煤礦處理后外排或利用，導(dǎo)致水資源浪費的同時，還造成了天然水體及環(huán)境的污染，各煤礦被迫繳納的礦井水超標(biāo)排污費金額巨大。

與此同時，礦區(qū)集中用水大戶較多，對水資源的需求量較大，僅榆陽區(qū)小紀(jì)汗鄉(xiāng)礦區(qū)2013年的需水量就達(dá)1.9萬m3，2014年增加至7.8萬m3，2015年以來年需水量從12.1萬m3增加至2019年的16.9萬m3。用水量快速增大導(dǎo)致地下水位開采規(guī)模持續(xù)增大，地下水位急劇下降，抽水成本飆升，水質(zhì)惡化，部分煤礦甚至被迫到遠(yuǎn)距離之外購水、取水、引水?？梢姡瑢τ诘V區(qū)而言一方面其礦井水大量外排，另一方面又面臨日益嚴(yán)峻的缺水局面，所以，按照不同用途對礦井疏干水進(jìn)行處理回用，對于水資源充分利用、有效緩解礦區(qū)水資源供需不均、遏制對天然水體的污染，節(jié)省煤礦企業(yè)排污費用等具有積極意義。

2 煤礦疏干水處理利用實例

2.1 煤礦涌水規(guī)模

根據(jù)小紀(jì)汗礦井初步設(shè)計，井下正常涌水量為50400.0m3/d(包括灌漿和井下灑水析出水量)，最大涌水量為72000.0m3/d(包括黃泥灌漿和井下灑水析出水量)，生活污水量為1078.3m3/d(此水量已去除生活處理站自用水量)。在正常涌水情況下，小紀(jì)汗礦井每天產(chǎn)生的污廢水總量為17677.6m3/d；在最大涌水情況下，小紀(jì)汗礦井每天產(chǎn)生的污廢水總量為24637.6m3/d。其中， 1389.5m3/d的水量用于黃泥灌漿系統(tǒng)，130.5m3/d的水量用于綠化及澆灑道路，2487.3 m3/d的水量用于井下消防灑水，1515.2m3/d 的水量用于選煤廠補充用水，2520.0m3/d的水量用于井下水處理站自用水。最終，小紀(jì)汗煤礦總外排水量在正常涌水情況下為43435.8m3/d；最大涌水情況下為65035.8m3/d。

當(dāng)前，小紀(jì)汗煤礦開采過程中所產(chǎn)生的礦井涌水和疏干水未利用量較大，這部分水基本上通過暗涵排走；隨著煤礦開采方向進(jìn)一步的延伸，礦井涌水量將持續(xù)增大，如果所產(chǎn)生的煤礦疏干水全部通過暗涵排入白石河，勢必對流域環(huán)境造成嚴(yán)重污染，每年還必須向環(huán)保部門繳納巨額的排污費。

2.2 周邊企業(yè)用水概況

根據(jù)對小紀(jì)汗煤礦及周邊商業(yè)區(qū)生產(chǎn)、生活用水的調(diào)查，小紀(jì)汗煤礦及小紀(jì)汗煤礦周邊的商業(yè)區(qū)、周邊新區(qū)、榆林空港新區(qū)、榆陽芹河新區(qū)、榆橫工業(yè)園區(qū)、華電榆橫電廠、華電榆天化凱越、陜西未來煤潔凈項目(兗礦煤制油)、中煤榆林煤化工、延長醋酸、延長益業(yè)、華電榆橫芳烴等用水客戶企業(yè)主要集中在榆林城西北的兩個開發(fā)新區(qū)。從這些企業(yè)目前的現(xiàn)狀來看，企業(yè)生產(chǎn)和生活用水主要有三個渠道供給，即：王圪堵水庫日供給量為20000m3，自備水井約2250m3，礦井奧灰層水日供水量約1200m3，共計日供水量約23750m3。

僅上述企業(yè)正常生產(chǎn)，用水量達(dá)6700m3/h(不含榆橫電廠二期)，即0.67億m3/年。王圪堵水庫年可提供工農(nóng)業(yè)用水總計1.4億m3，其中供榆橫工業(yè)園0.634億、魚米綏工業(yè)園0.246億和農(nóng)業(yè)及河流生態(tài)灌溉0.52億，以上企業(yè)投產(chǎn)后已基本飽和。同時因無定河上游內(nèi)蒙地區(qū)新建水庫截留，王圪堵水庫蓄水量將大幅度減少。榆橫工業(yè)園區(qū)閆莊則污水處理廠一期已投入運行，處理規(guī)模4萬m3/d，回用率60%，日提供2.4萬m3/d中水(年876萬m3)，納污面積30 km2，但因市政污水回收管道建設(shè)嚴(yán)重滯后，目前提供中水量很少，不足1萬m3/d。榆林水資源短缺，以煤化工等為代表的重能源化工項目蓬勃發(fā)展，決定著礦井水綜合回用的迫切性與必然性。

礦區(qū)生活用水采用分時段式供水(一天早、晚各供一小時)來解決供水不足的問題。為避免榆陽區(qū)地下水位繼續(xù)下降，榆林市和榆陽區(qū)要求關(guān)閉各單位自備井，到時企業(yè)缺水量將更大。缺水現(xiàn)狀已是擺在東于煤礦面前制約生產(chǎn)發(fā)展、影響職工群眾生活極其嚴(yán)重的問題。

綜合上述情況，應(yīng)當(dāng)盡快將礦井涌水經(jīng)過技術(shù)處理達(dá)到工農(nóng)業(yè)、生活、景觀等雜用水標(biāo)準(zhǔn)來解決地區(qū)和企業(yè)缺水的問題。

2.3 水質(zhì)分析

2.3.1 井下涌水水質(zhì)

小紀(jì)汗煤礦礦方監(jiān)測的井下涌水水質(zhì)情況詳見表1，并進(jìn)行了小紀(jì)汗煤礦礦井疏干水原水水質(zhì)與城市自來水、工業(yè)用水(循環(huán)冷卻水)、王圪堵水庫供水等水質(zhì)的比較。

表1 井下涌水水質(zhì)對比表

從表1知，小紀(jì)汗礦井原水在電導(dǎo)率、硫酸鹽、硬度等指標(biāo)上都不滿足一般工業(yè)用水或城市用水標(biāo)準(zhǔn)，無法直接利用或排放環(huán)境水體，必須進(jìn)行凈化處理且達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后復(fù)用[2]。

2.3.2 回用水水質(zhì)

礦井疏干水主要來自煤礦開采過程破壞煤系上覆含水層后所形成的井下涌水，初始流入井筒的涌水因未受到污染而較為清潔，在煤礦開采過程中才受到污染。根據(jù)對小紀(jì)汗礦井水水質(zhì)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該礦井水屬于中性水質(zhì)，有毒重金屬含量低，但硫酸鹽、溶解性總固體及總硬度較高，由煤粉所引起的COD量、大腸桿菌數(shù)及細(xì)菌總數(shù)也較高[3]。其中，由水中還原性碳元素所導(dǎo)致的COD隨懸浮物去除后會隨之去除。根據(jù)出水水質(zhì)及回用水水質(zhì)相關(guān)要求，主要采取反滲透工藝措施進(jìn)行礦井水處理，工藝流程如圖1所示。

圖1 小紀(jì)汗礦井疏干水反滲透工藝凈化處理流程

經(jīng)反滲透工藝措施處理后的小紀(jì)汗礦井疏干水水質(zhì)pH值、SO42-、F-、Ar-OH、總硬度、Cr6+、Cl-、As、Pb、細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群、溫度等各項指標(biāo)均已滿足全國節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 442)歸口的《煤礦礦井水利用-城市雜用水》、《煤礦礦井水利用-景觀環(huán)境用水》、《煤礦礦井水利用-工業(yè)用水》及《煤礦礦井水利用-生活用水》等四項國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，凈化效果良好。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 經(jīng)營收入

3.1.1 售水收入

小紀(jì)汗礦井疏干水深度處理廠處理能力960m3/h，回收率90%，即年處理礦井水840萬m3，回收淡水757萬m3。暫分配煤礦214m3/h、園區(qū)企業(yè)350m3/h和芹河新區(qū)300m3/h，煤礦和園區(qū)企業(yè)以工業(yè)用水4.8元/t計，新區(qū)以2.8元/t居民用水計，同時園區(qū)企業(yè)和新區(qū)分別考慮1.5和1.2元/t管道輸送成本。年收入計算如下：①煤礦：214m3/h×24h×365d×4.8元/t=900萬元；②園區(qū)企業(yè)：350m3/h×24h×365d×(4.8-1.5)元/t=1012萬元；⑶新區(qū)：300m3/h×24h×365d×(2.8-1.2)元/t=420萬元，總計2332萬元。

3.1.2 排污費收入

參考榆橫煤化工園區(qū)排污費收取情況，以2元/t計取煤礦排污費，即960m3/h×24h×365d×2元/t=1682萬元。

榆林為水資源短缺地區(qū)，參考周邊地區(qū)和榆橫工業(yè)園污水處理廠的投資收益分析，近期工業(yè)用水價將提高到7元/t，遠(yuǎn)期達(dá)到10元/t。當(dāng)工業(yè)水價7元/t時，深度處理廠年售水收入3420萬元，總經(jīng)營收入5102萬元；當(dāng)工業(yè)水價10元/t時，深度處理廠年售水收入4902萬元，總經(jīng)營收入6584萬元。

3.2 經(jīng)營成本分析

小紀(jì)汗礦井疏干水處理利用的經(jīng)營成本包括人員工資、運行消耗、生產(chǎn)管理費、資產(chǎn)折舊費、維檢費等。污水處理廠在編員工40人，人均年工資8萬元(含福利)，年工資總額320萬元，折合噸水成本為0.385元/t。參照榆橫工業(yè)園區(qū)同類型處理廠，以3.43元/t水計入，年消耗2847萬元。以0.015元/t計，年管理費12.45萬元/年。土建部分資產(chǎn)折舊費為2.14億元×5%=1070萬元；設(shè)備部分折舊費為1.34億元×5%=670萬元。大修提成1.34億元×4.45%=596.3萬元；維修費1740萬元×15%=261萬元。以上各項費用所構(gòu)成的總經(jīng)營成本為5776.75萬元。

通過比較年度總經(jīng)營收入和經(jīng)營成本發(fā)現(xiàn)，小紀(jì)汗礦井疏干水處理回用具有較強的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

4 結(jié) 論

通過文章對陜西省榆林市榆陽區(qū)小紀(jì)汗礦井疏干水處理利用的分析可知，礦井疏干水為行業(yè)特點顯著的污染源，其水量穩(wěn)定、污染物去除和水質(zhì)凈化過程簡單，通過采取有效措施凈化處理后可作為區(qū)域供水的可靠水源，既能為煤礦企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)收益，還能帶來不可估量的社會效益和環(huán)境效益。