慈林山煤礦礦井水處理擴(kuò)容提標(biāo)改造設(shè)計(jì)

崔麗芳

（山西潞安化工集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司慈林山煤礦，山西 長治 046600）

慈林山煤礦現(xiàn)有礦井水處理站一座，設(shè)計(jì)處理能力為4500 m3/d。根據(jù)省、市環(huán)保部門的統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，現(xiàn)有礦井水處理站的處理能力不能滿足現(xiàn)有井下排水量及現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此需要進(jìn)行礦井水處理站的擴(kuò)容和提標(biāo)改造。擴(kuò)容提標(biāo)改造后，處理站外排水水質(zhì)達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，排放水量按7500 m3/d 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 擴(kuò)容提標(biāo)改造必要性分析

現(xiàn)有調(diào)節(jié)水池偏小，原有構(gòu)建筑處理能力亦偏小。原有調(diào)節(jié)水池12 m×12 m×5.0 m，有效容積約640 m3，按設(shè)計(jì)規(guī)范，一般調(diào)節(jié)池的容量需達(dá)到設(shè)計(jì)處理量的6～8 倍，而且現(xiàn)9#、15#煤排水的SS有時(shí)會(huì)很高，達(dá)到8000 mg/L，現(xiàn)有調(diào)節(jié)水池不具備調(diào)節(jié)功能，無法滿足煤礦井下排水的要求。9#、15#煤盤區(qū)延伸后，其井水排水量亦將增大，原有處理站更加無法進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理。

原有設(shè)計(jì)高程有出入，進(jìn)水端在最低處，處理車間在最高處，工藝處理需經(jīng)過多級(jí)提升，用電負(fù)荷較大?，F(xiàn)有處理設(shè)備年久失修，加藥裝置腐蝕嚴(yán)重，超濾和反滲透裝置基本沒有運(yùn)行過，所用膜元件已徹底報(bào)廢?，F(xiàn)有處理站的污泥脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)造型不合理，現(xiàn)采用的疊螺機(jī)作為煤礦井下水處理的污泥脫水，脫水后的泥餅含水率在85%以上，而且處理效率低。

煤炭行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)限制要滿足地表水三類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出水要求大大提高，現(xiàn)有處理設(shè)施已不能達(dá)到環(huán)保的要求。

2 擴(kuò)容提標(biāo)改造方案設(shè)計(jì)

2.1 礦井水處理站擴(kuò)容總體設(shè)計(jì)

根據(jù)建設(shè)單位提供資料，新建處理站擬建地位于建設(shè)單位廠區(qū)內(nèi)，利用原有舊學(xué)校，拆除原有建筑物后用于新建處理站。處理站出水口設(shè)置在處理站東南角。處理后清水除回用需要提升外，多余清水可自流進(jìn)入東南側(cè)水庫。處理站新建建筑物包括綜合設(shè)備間、加藥間等。新建構(gòu)筑物包括：預(yù)沉調(diào)節(jié)池、旋流澄清凈水裝置、綜合水池、再生廢液收集池及泵室等。

預(yù)沉調(diào)節(jié)池采用鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，無覆土，建筑耐久年限50 年。占地面積325.74 m2，深5.5 m，高出地面1.15 m。旋流澄清凈水裝置采用鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，無覆土，占地面積136.84 m2，深7.65 m，高出地面6.20 m。綜合處理車間采用單層鋼框架結(jié)構(gòu)，局部夾層，火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為戊類廠房，耐火等級(jí)三級(jí)，建筑耐久年限50 年，抗震設(shè)防烈度6 度，屋面防水等級(jí)Ⅱ級(jí)，建筑面積776.63 m2，室內(nèi)外高差0.15 m，檐口高度8.4 m。綜合水池采用鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，無覆土，占地面積143.36 m2，深4.85 m，高出地面1.95 m。再生廢液收集池及泵室采用鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，無覆土，占地面積33.26 m2，深4.2 m，高出地面0.2 m。加藥間采用一層砌體結(jié)構(gòu)，火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為乙類廠房，耐火等級(jí)三級(jí)，建筑耐久年限50 年，抗震設(shè)防烈度6度，屋面防水等級(jí)Ⅱ級(jí)，建筑面積51.23 m2，層高3.4 m，室內(nèi)外高差0.15 m，建筑總高度3.55 m，外墻為370 厚非粘土燒結(jié)磚，內(nèi)墻為240 厚非粘土燒結(jié)磚。

2.2 污水量預(yù)測及工程規(guī)模確定

根據(jù)《慈林山煤礦生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告》，9#、15#煤最大涌水量為258.28 m3/h，即6 198.72 t/d，取整數(shù)6200 t/d；3#煤排水量為120 m3/h，即2880 t/d，取整數(shù)3000 t/d。

根據(jù)2018 年度慈林山煤礦疏干排水水資源統(tǒng)計(jì)表，全礦2018 年1～11 月份排水量為2 232 612.43 t，即6684 t/d。此排水量包括3#煤直排水1500 t/d（其余1500 t/d 用于礦區(qū)生產(chǎn)用水），計(jì)算得現(xiàn)階段9#、15#煤正常排水量為5300 t/d?？紤]到隨著井下煤開采范圍的擴(kuò)大，15#煤涌水量還會(huì)逐漸增加，設(shè)計(jì)時(shí)需留一定的余量，暫預(yù)計(jì)增加的量按700 t/d考慮。

綜合考慮，并充分利用原有礦井水處理站的處理設(shè)施，結(jié)合實(shí)際，分質(zhì)處理，新建礦井水處理站混凝反應(yīng)沉淀及多介質(zhì)過濾按3000 m3/d 考慮，活性炭過濾、除氟過濾及折點(diǎn)加氯按照7500 m3/d考慮。

2.3 進(jìn)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行污水處理廠的設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)是決定污水處理廠設(shè)計(jì)的主要依據(jù)[1]。污染物濃度如取值偏高，會(huì)造成較大的投資浪費(fèi)，而取值低于實(shí)際濃度，又會(huì)導(dǎo)致水廠處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，達(dá)不到預(yù)期的處理效果。

本項(xiàng)目污水來源為礦井生產(chǎn)廢水。原水水質(zhì)根據(jù)建設(shè)單位提供數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)工程進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，最終根據(jù)本工程的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)取值，見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

2.4 工藝方案

根據(jù)相關(guān)資料及工程經(jīng)驗(yàn)，礦井水的主要污染物為懸浮物（SS）以及溶解性總固體。構(gòu)成SS 的主要是煤塵、巖塵、粘土等細(xì)小顆粒物，尤其是煤塵，其主要特征是濃度高，所含固體顆粒細(xì)，灰分高，顆粒表面多帶負(fù)電荷。本礦井井下排水主要超標(biāo)因素為懸浮物、化學(xué)需氧量（COD）、氟化物（以F-計(jì)）、石油類、氨氮、總磷。處理效率見表2。

表2 處理站主要進(jìn)出水水質(zhì)及相應(yīng)處理效率

（1）一級(jí)處理工藝

設(shè)計(jì)一級(jí)處理規(guī)模為3000 m3/d，同時(shí)考慮到本工程的水質(zhì)特性，一級(jí)處理采用預(yù)沉調(diào)節(jié)池+旋流澄清凈水裝置+多介質(zhì)濾池，用于去除原水中大部分懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、總磷等，同時(shí)可去除部分氟化物、石油類、氨氮等。另外，考慮到遠(yuǎn)期一級(jí)處理規(guī)模的增大，設(shè)計(jì)預(yù)留遠(yuǎn)期2 座旋流澄清凈水裝置用地。

（2）深度處理工藝

本工程深度處理設(shè)計(jì)規(guī)模為7500 m3/d，包括新建處理站一級(jí)處理出水的3000 m3/d 以及舊處理站出水的4500 m3/d。深度處理工藝為“中間水池+活性炭濾池+除氟濾池+折點(diǎn)加氯”，可進(jìn)一步去除懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、總磷等物質(zhì)，同時(shí)針對(duì)進(jìn)水中難去除化學(xué)需氧量、生化需氧量、石油類、氟化物、氨氮等物質(zhì)進(jìn)行有效去除，確保出水主要污染物達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

（3）污泥處理工藝選擇

處理站運(yùn)行過程中，排泥單元排出的污泥含水率較高，需經(jīng)污泥濃縮降低含水率。另外，污泥經(jīng)濃縮后，尚有約95%～97%的含水率，體積仍很大。污泥脫水可進(jìn)一步去除污泥中的空隙水和毛細(xì)水，減少其體積。經(jīng)過脫水處理，污泥含水率能降低到70%～80%，其體積為原體積的1/10～1/4，有利于后續(xù)運(yùn)輸和處理。

污泥機(jī)械脫水方法有過濾脫水、離心脫水和壓榨式脫水等[2]。過濾脫水又有真空過濾與壓力過濾；離心脫水是用離心機(jī)進(jìn)行脫水；壓榨式脫水是用螺旋壓榨機(jī)或滾壓機(jī)進(jìn)行脫水。常用的是壓力過濾和離心脫水方法。污泥過濾脫水是以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動(dòng)力，使污泥水分被強(qiáng)制通過過濾介質(zhì)形成濾液，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上形成濾餅，從而達(dá)到污泥脫水的目的。板框壓濾機(jī)是最先應(yīng)用于化工脫水的機(jī)械，具有過濾推動(dòng)力大、濾餅的含固率高、濾液清澈、固體回收率高、調(diào)理藥品消耗量少等優(yōu)點(diǎn)。

污泥處理工藝為：污泥池+污泥濃縮+機(jī)械脫水+泥餅外運(yùn)。同時(shí)，由于本工程進(jìn)水水質(zhì)中含氟量較高，需要對(duì)進(jìn)水中氟化物進(jìn)行處理。為防止吸附置換出的氟化物經(jīng)處理后含氟污泥再次進(jìn)入系統(tǒng)，將含氟污泥與系統(tǒng)混凝沉淀排出的污泥單獨(dú)儲(chǔ)存處理。

3 工程成本和效益分析

3.1 運(yùn)營成本分析

本方案中的運(yùn)營及管理費(fèi)用僅以2019 年的生活水平及市場材料價(jià)格為依據(jù)，主要包括水費(fèi)、藥劑費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)。

處理站消耗藥劑主要為PAC、PAM、消毒劑、酸、堿等藥劑。藥劑價(jià)格按照目前市場材料價(jià)格為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，處理站藥劑費(fèi)為90.0 萬元/年。污水處理站每天用電1 742.1 kW·h，則電費(fèi)為63.6 萬元/年。

綜上所述，改造后礦井水處理站每年運(yùn)行費(fèi)用約為153.6 萬。

3.2 工程效益分析

隨著井下煤開采范圍的擴(kuò)大，涌水量還會(huì)逐漸增加，如果污水處理設(shè)施不完善，將會(huì)有更多的污水直接排入河道，河道污染日趨嚴(yán)重，將導(dǎo)致水體自凈能力下降，造成水體短時(shí)內(nèi)難以恢復(fù)自凈能力的嚴(yán)重危害，將嚴(yán)重影響人類健康和自然環(huán)境改善。對(duì)礦區(qū)礦井水的治理是改善工作環(huán)境、保護(hù)人類健康和自然環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境持續(xù)發(fā)展的必要條件，對(duì)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)起到一定的保護(hù)作用，具有很好的環(huán)境效益。

工程建成后，將大大降低生產(chǎn)廢水對(duì)環(huán)境的污染，新建處理站預(yù)計(jì)污染物質(zhì)每年的減排量為：化學(xué)需氧量CODCr90 t/a，總懸浮物SS 318 t/a；磷酸鹽（以P 計(jì)）0.5 t/a，氨氮7.7 t/a，氟化物3.3 t/a。

項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)保護(hù)該區(qū)域的水體環(huán)境具有重要意義，將極大地改善人們的生活環(huán)境，有助于促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展，建設(shè)一個(gè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)。由于對(duì)污水進(jìn)行了集中處理，避免了直接排入水體而造成的污染。

4 結(jié)語

為了能更好地對(duì)礦井水進(jìn)行處理，慈林山煤礦對(duì)現(xiàn)有的污水處理站進(jìn)行了擴(kuò)容提標(biāo)改造。首先，對(duì)改造的必要性進(jìn)行了分析；然后，分析了擴(kuò)容提標(biāo)改造方案設(shè)計(jì)，主要有污水量預(yù)測及工程規(guī)模確定、進(jìn)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)以及工藝方案；最后，分析了改造后的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)營成本。研究發(fā)現(xiàn)，改造后有助于改善工作環(huán)境和保護(hù)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。