唐山礦業(yè)分公司B 區(qū)礦井水處理技術(shù)及應(yīng)用

楊廷超

（河北省煤田地質(zhì)局 水文地質(zhì)隊(duì)，河北 邯鄲 056001）

1 概 況

開灤（集團(tuán)） 唐山礦業(yè)分公司B 區(qū)（以下簡稱“唐山礦”） 工業(yè)廣場，也稱風(fēng)井工業(yè)廣場，是一個(gè)既有沖積層孔隙水，又有基巖裂隙水和奧陶系灰?guī)r卡斯特巖溶水的充水礦井，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。唐山礦的生產(chǎn)過程中，礦井平均涌水量約為12 m3/min。考慮到水資源的循環(huán)利用、環(huán)境治理與水資源化相統(tǒng)一，唐山礦外排礦井水約56%經(jīng)處理后作為生態(tài)補(bǔ)水補(bǔ)充至南湖自然水體，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，提高當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)質(zhì)量；另一部分深度處理后進(jìn)行回用。

2 水量、水質(zhì)和處理要求

唐山礦礦井水外排水量為720 m3/h，部分水質(zhì)要求達(dá)到《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》 (GB/T 18921-2019)“觀賞性景觀環(huán)境用水水質(zhì)”中的“湖泊類”水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；深度處理產(chǎn)水量320 m3/h，其水質(zhì)要求達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。唐山礦礦井水進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)與出水水質(zhì)要求見表1。

表1 礦井水水質(zhì)一覽表Table 1 List of mine water quality

3 工藝技術(shù)

3.1 工藝流程

根據(jù)“觀賞性景觀環(huán)境用水水質(zhì)”和“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”的要求，礦井水可檢出BOD5 和CODMn，但含量并不高，該現(xiàn)象是井下生產(chǎn)生活所造成的。水中含有的少量有機(jī)物是造成BOD5 檢出的原因，水中含有大量處于懸浮狀態(tài)的煤粉和微小粒子，煤炭顆粒表面具有一定的還原性，是造成CODMn 檢出的原因。因此，礦井水中有機(jī)物和懸浮物的去除是降低礦井水“可生化性”的關(guān)鍵。不需要設(shè)置專門的生化處理單元，通過在預(yù)處理調(diào)節(jié)池中設(shè)置曝氣系統(tǒng)，可增加調(diào)節(jié)池內(nèi)礦井水中溶解氧，在少量有機(jī)物和溶解氧的作用下，調(diào)節(jié)池內(nèi)會(huì)存在一定濃度的好氧微生物，從而可對水中少量的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)去除。對于水中懸浮物的去除，目前礦井水處理中相關(guān)工藝較為豐富與成熟，且具有長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)用案例與成功經(jīng)驗(yàn)，其中，最穩(wěn)定高效的方式就是加藥混合—沉淀—過濾，高效沉淀工藝是保證懸浮物去除效果，降低過濾單元負(fù)荷的核心。該系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)池的曝氣氧化作用，高密度澄清池的沉淀作用及V 型濾池的過濾截留作用，可保證出水符合排入自然水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

為了進(jìn)一步達(dá)到“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”，還需對水中的色度、濁度、CODMn 等做深度處理，深度處理采用超濾裝置，超濾對濁度去除效率高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，對濁度的去除幾乎是100%的去除率。此外，超濾單元對微生物、細(xì)菌的去除可達(dá)到99.99%的去除，從而保證出水效果微生物的去除，在流程中在濾池及超濾產(chǎn)水均會(huì)投加一定濃度的殺菌劑，保證管網(wǎng)末端的最低有效氯含量。

根據(jù)上述分析及關(guān)鍵處理技術(shù)對比，唐山礦礦井水工藝流程如圖1 所示。

圖1 唐山礦礦井水工藝流程Fig.1 Mine water process in Tangshan Mine

工藝流程主要由調(diào)節(jié)系統(tǒng)+ 高密度澄清系統(tǒng)+V 型濾池系統(tǒng)+超濾系統(tǒng)組成，與該流程配套的處理工藝主要為煤泥處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由濃縮池和脫水機(jī)房組成。

采煤過程中所產(chǎn)生的礦井水經(jīng)井下提升泵泵送至地面，調(diào)節(jié)池起到暫存礦井水、平滑水質(zhì)波動(dòng)的作用。調(diào)節(jié)池內(nèi)礦井水經(jīng)加壓泵加壓后進(jìn)入高密度澄清系統(tǒng)，高密度澄清池由絮凝池、反應(yīng)池和沉淀池構(gòu)成，采用PAC 加藥裝置和PAM 加藥裝置分別向絮凝池和反應(yīng)池內(nèi)投加藥劑，分別在攪拌槳的作用下使水中的懸浮物形成較大絮體，并采用泥渣分離的方式去除水中的大部分污染物。高密度澄清池出水采用重力自流的方式進(jìn)入V 型濾池，通過表面絮凝的作用以進(jìn)一步去除水中剩余的懸浮物。高密度澄清池上清液重力自流進(jìn)入中間水池，以彌補(bǔ)不同處理流程之間的處理效率差異。中間水池一部分中水經(jīng)檢測合格符合外排標(biāo)準(zhǔn)后外排至南湖及進(jìn)行井下靜壓供水，一部分出水采用水泵加壓后進(jìn)入超濾系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)進(jìn)一步去除水中的懸浮物，最后進(jìn)入清水池，經(jīng)水泵泵送至用水點(diǎn)。水泵轉(zhuǎn)速由變頻器控制，變頻器頻率根據(jù)供水端水壓要求自動(dòng)變化。高密度澄清池內(nèi)的沉淀池底部會(huì)沉積大量煤泥，該煤泥經(jīng)煤泥泵泵送至煤泥池，煤泥池中的煤泥在重力作用下逐步濃縮，濃縮后的煤泥進(jìn)入煤泥脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理，脫水后的煤泥外售。

3.2 工藝先進(jìn)性

（1） 占地面積小。該礦井水處理項(xiàng)目占地面積為7 700 m2，低于給水規(guī)范中規(guī)定用地指標(biāo)0.5~0.7 m2/（m3×d），占地面積的減少主要由于工藝的選擇合理及參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要表現(xiàn)：①高密度澄清池水力負(fù)荷高于常規(guī)沉淀澄清池；常規(guī)沉淀澄清池（平流式、豎流式及輻流式） 的水力負(fù)荷在4~6 m3/（m2×h），而高密度澄清池水力負(fù)荷可達(dá)10 m3/（m2×h），無論使在單體造價(jià)上還是占地面積上，均節(jié)省一半的投資費(fèi)用；②平面整體布置緊湊，在平面布置中，將具有相同屬性或不產(chǎn)生相互影響的建（構(gòu)） 筑物盡量合建，不僅能降低工程投資，還可以減少項(xiàng)目的占地面積。本項(xiàng)目將中間水池、清水池及廢水排放水池合建。

（2） 產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定，保證供水安全。高密度澄清池+V 型濾池工藝可以完成水中大部分懸浮物的去除，超濾工藝作為把關(guān)工藝可保證因煤炭生產(chǎn)和地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性條件下的處理效果。

4 主要構(gòu)筑物、設(shè)備及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 調(diào)節(jié)池。單格尺寸為25 m×24 m×5.5 m，1 座2 格，總有效容積6 000 m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)曝氣，風(fēng)量保證溶解氧量大于2.0 mg/L。

（2） 高密度澄清池。設(shè)計(jì)規(guī)模720 m3/h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括混凝區(qū)、絮凝區(qū)、沉淀區(qū)及污泥泵間?；炷齾^(qū)1 格尺寸為4.5 m×4.5 m×7.2 m，混凝攪拌器為二葉三層折漿式（下壓），槳葉直徑1 800 mm；絮凝區(qū)2 格尺寸為4.5 m×4.5 m×7.1 m，混凝攪拌器為二葉三層折漿式（提升），槳葉直徑1 800 mm；沉淀區(qū)2 格尺寸為7.6 m×9.3 m×7.1 m，水力負(fù)荷10 m3/m·h；污泥泵間1 格尺寸為8.88 m×5.72 m×7.1 m。

（3） V 型濾池。單格尺寸為8.0 m×6.4 m×5.3 m，1 座3 格，半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（4） 超濾系統(tǒng)。超濾前設(shè)置疊片過濾器，過濾精度100 μm，超濾單套設(shè)計(jì)產(chǎn)水量160 m3/h，2套，每套膜原件48 支，運(yùn)行通量65 L/m2·h，反洗通量120 L/m2·h，化學(xué)清洗每支1.5 m3/h。酸堿加藥系統(tǒng)含變頻器、計(jì)量泵、加藥罐、磁翻板液位計(jì)及相關(guān)配套管路等。

（5） 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)。型號φ7.6 m，外圍線速度1.5 m/s，功率1.1 kw，材質(zhì)ss304。

（6） PAC/PAM 智能加藥系統(tǒng)。含全自動(dòng)干粉溶解和投加系統(tǒng)，溶藥制備濃度范圍為5%~10%，制備量為3 000 L/H。主要由溶解箱、熟化箱、加藥箱、料斗、喂料減速電機(jī)、溶藥減速電機(jī)、自動(dòng)除濕加熱器、自動(dòng)液位檢測裝置、在線隔膜計(jì)量泵、PLC 等組成。尺寸3 150 mm×1 165 mm×1 350 mm，2 套，材質(zhì)ss304。

（7） 煤泥處理系統(tǒng)。煤泥池后設(shè)有濃縮池與脫水間，脫水間1 座2 層，尺寸為15.6 m×9 m×10.5 m，設(shè)置板框壓濾機(jī)2 臺，單臺處理能力7 m3/h（煤泥濃度3%）。濕煤泥產(chǎn)量19.32 t/d，干煤泥為4.83 t/d。每日排泥量4.83/（1-97%） =161 t/d，排泥時(shí)間3 h。煤泥年產(chǎn)量7 051.8 t/a。市場上煤泥定價(jià)波動(dòng)較大，以市場底價(jià)100 元/t 計(jì)算，則煤泥收入每年可盈利70.52 萬元。

5 運(yùn)行成本

經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行，年度核算，該礦井水處理噸水成本為0.60 元/t，詳見表2。

表2 運(yùn)行費(fèi)用明細(xì)Table 2 Details of operating costs

6 結(jié) 語

唐山礦礦井水經(jīng)高密度澄清池+V 型濾池處理后，部分排入南湖自然水體，解決了礦井水外排污染問題，深度處理工藝經(jīng)超濾系統(tǒng)后，清水由廠區(qū)自用，出水完全可以達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006） 的水質(zhì)要求，有效解決了廠區(qū)生產(chǎn)和生活缺水的問題，一年可減少市政供水約315.36 萬t。礦井水處理副產(chǎn)物煤泥濕煤泥產(chǎn)量19.32 t/d，干煤泥產(chǎn)量4.83 t/d，保守估計(jì)煤泥外售每年可盈利70.52 萬元，礦井水處理成本0.60 元/t。