煤礦井下廢水處理與利用

解 毅

(山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300)

煤炭開采時會產(chǎn)生大量的費用，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，井下生產(chǎn)1t煤炭會排出2 m3廢水，生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水由中央水泵房水泵集中排出至地面[1-2]。由于礦井廢水中含有較高的重金屬、固體懸浮物，同時色度較高，若直接排放則會影響礦井生態(tài)環(huán)境[3-4]。煤炭開采企業(yè)應(yīng)根據(jù)礦井廢水特點采取針對性治理措施對礦井廢水進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)礦井廢水綜合利用[5-6]。為此，本文以山西某礦礦井廢水處理為工程實例，對廢水處理過程進(jìn)行探討，并指出綜合利用途徑，以期能在一定程度上提高礦井廢水綜合利用效率。

1 工程概況

山西某礦產(chǎn)能120 萬t/a，主采3#、5#煤層，礦井開采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單?，F(xiàn)階段井下廢水產(chǎn)生量穩(wěn)定在3 500 m3/d～4 200 m3/d，礦井配套建設(shè)有廢水處理廠。廢水處理廠水量處理能力為5 000 m3/d，回水量為2 100 m3/d。具體進(jìn)水水質(zhì)要求見表1所示。

表1 廢水處理廠進(jìn)水水質(zhì)要求

礦井生產(chǎn)廢水處理后排放標(biāo)準(zhǔn)按照《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20426-2006)執(zhí)行，可用于礦井職工洗浴、地表植被澆灌以及景觀用水需要。

2 礦井廢水特點

礦井廢水有酸性、非酸性兩種類型，根據(jù)現(xiàn)場踏勘并對礦井廢水進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該礦生產(chǎn)的廢水屬于酸性廢水，pH值介于4～5，廢水水質(zhì)有下述主要特點：

1)礦井廢水水質(zhì)與井下開采有密切關(guān)系，水質(zhì)一般情況下具有色度較高、渾濁特點，直觀表現(xiàn)為礦井廢水顏色發(fā)黑，污染物主要類型為懸浮物(SS)，懸浮物濃度變化較大，從而導(dǎo)致水質(zhì)變化較為明顯。

2)礦井廢水中懸浮物一般質(zhì)量較輕，自然沉淀耗時長。現(xiàn)場測定發(fā)現(xiàn)該礦礦井廢水懸浮物直徑多處于2 μm～8 μm，直徑>50 μm的懸浮物占比僅為10%。

3)礦井廢水中化學(xué)需氧量(COD)普遍超標(biāo)?，F(xiàn)場測定發(fā)現(xiàn)該礦礦井廢水中含有少量的乳化油、機(jī)油以及腐爛坑木等有機(jī)物，同時，廢水中懸浮的煤屑等懸浮物中含有的碳分子具備的還原性也會增加廢水的化學(xué)需氧量。

4)測定該礦廢水pH值介于4～5，同時廢水中錳、鐵等重金屬離子超標(biāo)嚴(yán)重。

3 礦井廢水綜合處理技術(shù)

3.1 廢水處理技術(shù)

礦井廢水綜合處理工藝較多，但是現(xiàn)階段使用最為普遍的工藝為混凝沉淀+過濾。結(jié)合礦井廢水特點，對廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化。具體選擇采用的廢水處理工藝為：初沉+混凝沉淀+過濾+深度處理。針對礦井廢水中懸浮物含量較高特點，需要對廢水進(jìn)行必要的沉淀處理，初沉是實現(xiàn)礦井廢水中大顆粒懸浮物預(yù)沉淀。

在礦井生產(chǎn)的不同階段礦井廢水水質(zhì)以及排水量等存在較大差異。一般情況下礦井選擇檢修班(此時礦井電力消耗量較低)進(jìn)行集中排水。為此，將調(diào)節(jié)池以及初沉池相統(tǒng)一，從而具備調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量以及初沉作用，同時還在一定程度上提升了礦井廢水處理系統(tǒng)抗負(fù)載沖擊能力。

混凝沉淀中選用的藥品一般為價格便宜、凈水效果顯著以及供貨充足的鐵鹽、鋁鹽混凝劑。廢水在混凝沉淀后再進(jìn)行過濾可進(jìn)一步降低廢水中細(xì)小顆粒物含量，若選用的配料恰當(dāng)，過濾還具備除錳、除鐵等功能。

由于礦井廢水具有懸浮物含量高、可生化性差等特點，因此具體廢水處理思路為：煤炭生產(chǎn)排出的廢水進(jìn)行初沉、混凝、斜板沉淀、過濾等過程。為滿足反滲透處理要求、避免廢水中懸浮物堵塞或者影響反滲透膜使用壽命，需要廢水進(jìn)行預(yù)處理，確保流入至反滲透膜之前的廢水中無易濃縮結(jié)垢或者懸浮成分。具體礦井廢水處理流程見圖1所示。

圖1 礦井廢水處理流程

3.2 礦井廢水處理構(gòu)筑物

礦井廢水處理涉及到的構(gòu)筑物有預(yù)沉調(diào)節(jié)池、混凝反應(yīng)池、斜板沉淀池、多介質(zhì)濾池等。

1)預(yù)沉淀調(diào)節(jié)池

礦井廢水處理廠處理能力為5 000 m3/d，預(yù)沉淀池內(nèi)廢水停留按照6 h確定，則池體有效容積V應(yīng)為1 250 m3，具體池體尺寸為26.0 m×12.0 m×4.5 m(長×寬×深)。預(yù)沉淀調(diào)節(jié)池內(nèi)有2臺提升行程9.0 m、功率15 kW、提升量120 m3/h的提升泵；布置有1臺行程26 m、跨距12 m、功率1.85 kW桁架式吸泥機(jī)。

2)混凝反應(yīng)池

在混凝反應(yīng)前在化學(xué)反應(yīng)池內(nèi)添加NaOH來調(diào)節(jié)廢水pH值，后再使用重金屬捕獲劑進(jìn)行混凝沉淀。池體內(nèi)廢水反應(yīng)耗時為15 min，池體體積為60.8 m3、規(guī)格為4.0 m×4.0 m×3.8 m(長×寬×深)，配套有1臺功率7.5 kW混合攪拌機(jī)。

混凝沉淀時添加PAC混凝劑、PAM助凝劑，用攪拌機(jī)將混凝劑、助凝劑均勻混合?；炷伢w積234 m3、混凝耗時約為60 min，將池體按照1∶2比例具體劃分成2格，池體內(nèi)布置功率分別為1.5 kW、0.75 kW的框式攪拌機(jī)。

3)斜板沉淀池

斜板沉淀池流量210 m3/h，，沉淀的泥漿通過脈沖氣流運輸。單座斜板沉淀池流量為52.5 m3/h，規(guī)格為12.0 m×5.0 m×2.8 m(長×寬×深)。使用的泥漿泵規(guī)格功率為3.0 kW、揚程20 m、流量為15 m3/h。

4)多介質(zhì)濾池

為進(jìn)一步提高井下廢水處理效果，提出使用多介質(zhì)濾池對廢水進(jìn)行深度處理。濾池內(nèi)廢水過濾速度為3 m/h、流量為210 m3/h，池體體積為331.2 m3，分兩格，布置的過濾層厚度為2.0 m。布置2臺反沖洗泵(流量、功率、揚程分別為300 m3/h、30 kW、22 m)，2臺反沖洗風(fēng)機(jī)(流量、功率、風(fēng)壓分別為13.75 m3/h、22 kW、58.8 kPa)。

5)深度處理車間

深度處理車間處理能力為1 800 t/h，車間體積為672 m3, 規(guī)格為16.0 m×6.0 m×7.0 m(長×寬×深)。主要處理設(shè)備包括有石英砂、活性炭、精密過濾器以及反滲率裝置等各1臺。

4 結(jié)語

本文根據(jù)山西某礦井下廢水產(chǎn)生特點對廢水處理技術(shù)進(jìn)行探討，并提出有效的廢水處理技術(shù)。廢水處理廠采用此技術(shù)后，廢水處理各環(huán)節(jié)均穩(wěn)定運行，同時廢水處理成本較低，可滿足礦井廢水處理需要。經(jīng)過處理后的廢水可用于職工洗浴、景觀以及園林澆灌等。