矿井水处理工艺在彬东煤矿的应用

Posted 2023-01-12 水量

篇首语：书到用时方恨少，事非经过不知难。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了矿井水处理工艺在彬东煤矿的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

在煤炭资源开采的同时伴随有大量的矿井水外排，这既造成了水资源的大量浪费，又对周围的环境造成了污染。文章对国内矿井水回用技术的现状进行了阐述，并重点根据彬东煤矿的矿井水水质特征，提出了具体的治理工艺，并对工艺可行性以及治理后的效益进行了分析。
煤炭在开采和利用过程中会带来一系列的环境和生态问题，其中，煤矿开采产生的矿井水就是具有煤炭工业典型特点的污染源，具有量大面广的特点。我国煤矿矿井水年排放量约为22亿t，而矿井水的资源化利用率仅在20%左右，大量未经处理的矿井水直接排放，不仅污染了环境，而且还浪费了宝贵的矿井水资源。矿井水经处理达标后循环使用，既可减少废水排放量，减轻环境污染，又能降低洁净水需求，节省水资源，从而实现矿区经济、社会、环境的可持续发展。因此，对矿井水进行处理，使其资源化，具有十分的重要意义。
1.矿井水分类
矿井水是由于在煤炭开采过程中，破坏了开采煤层以上地表水和地下水的赋存条件，而使这些水通过裂缝和断层泄漏到采煤工作面，为了不影响采煤生产，需将这些废水排放到地面而产生的。根据矿井水污染物的种类和化学成分，一般将矿井水分为洁净矿井水、含一般悬浮物矿井水、高矿化度矿井水(苦咸水)、酸性矿井水和其他矿井水等5类。
1)洁净矿井水大多来源于矿区煤系地层中的奥灰水，pH值一般呈中性，低矿化度，不含有毒有害离子，各项理化指标符合国家饮用水卫生标准或渔业水质标准。如果能保证其在排出过程中不混入其他矿井水，可直接作为生产生活用水，或经过简单的消毒处理作为饮用水。
2)含一般悬浮物矿井水的水质呈中性、矿化度小于1000mg/L、金属离子微量或未检出、基本上不含有毒有害离子、主要污染物为粒径大小不等的悬浮物(主要为煤粉和岩尘)。含悬浮物矿井水的排放量约占我国北方部分重点国有煤矿矿井涌水量的60%。一般采用常规的混凝、沉淀过滤、消毒工艺，即可满足生活饮用水要求。
3)高矿化度矿井水也称含盐矿井水，主要含有SO2-4、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、HCO-3等离子，可溶性固体总含量大于1000mg/L，水质多数呈中性和偏碱性，且带苦涩味，因此也称苦咸水，此类水主要因含盐量高而不宜饮用。处理高矿化度矿井水时，若回用水方向为井下消防洒水或选煤厂补水、制浆用水等要求较低的工业用水时，可按悬浮物矿井水处理，若要回用于生活用水，除了要进行混凝、沉淀等预处理外，还要进行脱盐处理。
4)酸性矿井水即呈酸性，这类矿井水pH值较低，一般在2～5之间，水中Fe2+、SO2-4的浓度很高，酸性水可使煤和岩石中的金属元素溶出，重金属含量增加，游离酸还可以与部分碳酸盐矿物反应，因此水的硬度和矿化度也偏高。中和法是处理酸性矿井水的主要方法。
5)其他矿井水是指含有特殊污染物的一类矿井水，如含氟矿井水、含铁及重金属离子的矿井水及含放射性物质的矿井水等，目前这类矿井水发现量还不多。此类矿井水根据所含污染物的不同，分别有与其相对应的处理方法。
2.彬东煤矿矿井水水质与回用情况
2.1矿井水水质特征
彬东煤矿的水量检测数据表明，其涌水量较为稳定。矿井井下水正常涌水量为5280m3/d(220m3/h)，最大涌水量为9600m3/d(400m3/h)。彬东矿井水的主要污染物为悬浮的煤与岩的微粒。具体水质指标见表1。由表1可以看出，彬东矿井井下水为中性矿井水，主要污染物是悬浮物(SS)和COD，矿化度偏高。

2.2矿井水回用情况
彬东井下水处理站出水除排放外，主要用于矿井井下消防洒水、选煤厂洗煤补充水，各用水项目的用水水质要求分述如下：
1)井下消防洒水应符合《煤矿井下消防洒水设计规范》(GB50383-2006)的要求，主要指标见表2。

2)选煤厂洗煤补充水水质执行《煤炭洗选工程设计规范》(GB50359-2005)中的选煤用水水质标准，主要指标见表3。
3)外排水水质需达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)中新建生产线的排放标准，主要指标见表4。

由于井下水处理回用方向为井下消防洒水和选煤厂补充用水，对水质的要求较低，因此，彬东矿井井下水采用“沉淀+过滤+消毒"工艺就能满足出水要求。在工业场地设井下水处理站一座，采用混凝、沉淀、过滤、消毒后回用，除去井下排水处理站自用水量(133.5m3/d)与不可预见折减水量(1584m3/d)后，可供回用水量为3562.5m3/d，其中，回用于井下消防洒水水量为2286.5m3/d，回用于选煤厂生产补充水水量为620m3/d，多余达标排放水量为656m3/d。
3.矿井水处理工艺设计
根据彬东矿井水的水质特性以及处理后的水质要求，处理的重点是水中的悬浮物(SS)、COD等，采用物化方法去除比较经济可行。
3.1去浊工艺
目前国内矿井水去浊主要采用以下2种模式：①沉淀+过滤法，工艺流程为矿井水→调节预沉池→反应沉淀池→无阀过滤池→清水池；②一体化净水器，工艺流程为矿井水→调节预沉池→一体化净水器→清水池。
由于彬东矿井处理水量较大，采用一体化净水器虽然能够节省占地面积，但是运行费用较高，对出水水质的适用性不高。因此采用“沉淀+过滤"的工艺，利用钢筋混凝土构筑物进行水处理的工艺对原水的浊度适应性强，产水潜力大，出水水质稳定，管理方便，适用于水量较大的煤矿；通过沉淀池处理的矿井水仍含有少量悬浮物，过滤的目的就是去除剩余的少量悬浮物，使处理后的水澄清透明。3.2加药及消毒工艺
1)矿井水在进入反应沉淀池之前通常要加混凝剂和絮凝剂。混凝剂通常采用铝盐或铁盐混凝剂，絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。彬东矿井的加药设备选择JY型PAM、PAC自动加药设备。
2)矿井水在去浊处理后通常要进行过滤，去除水中的大肠杆菌等。二氧化氯消毒法是目前普遍采用的一种消毒方法，具有消毒效果好、消毒效果持久、不生成三卤甲烷、消毒成本低的优点，此外还具有脱色、灭藻、除臭、降浊等作用。
3.3矿井水处理工艺流程
经过上述工艺的选择，彬东矿井水处理流程如图1所示。

井下排水首先由井下排水泵提升至调节预沉池，调节预沉池主要是为了调节水量，并把一些沉降速度较大的悬浮物除去。井下排水经预沉淀处理后由一级提升泵通过管道混合器提升进入高密度迷宫斜板净水器。在管道混合器中向原水中投加混凝剂和助凝剂。高密度迷宫斜板净水器由两部分组成：高效网格反应设备和高密度迷宫斜板沉淀设备。矿井水中的悬浮物在混凝剂、助凝剂和网格反应器的共同作用下，形成较大稳定的矾花，在沉淀段的迷宫斜板的作用下，沉淀在斜板上，慢慢滑入沉淀池污泥斗中，通过电动排泥阀将沉积的污泥自流排至污泥池。经过高密度迷宫斜板净水器设备处理后的出水进入中间水箱，一部分水通过二级提升泵提升至重力无阀过滤器进行过滤、消毒后进入井下消防洒水水池和清水池后回用；多余水直接从中间水箱排放。
4.彬东煤矿矿井水处理特点
1)彬东煤矿矿井水处理站采用高密度迷宫斜板净水器和重力无阀过滤器。依次完成高速混合、凝聚、絮凝、澄清、沉淀过滤及污泥回流等过程，从而实现了对井下污水的净化处理。高密度迷宫斜板净水器是一种高效率的净水设备，处理效率可以达到99%以上，从反应、絮凝、破乳除油、沉淀、集泥、排泥、排污等一系列运行程序，都采用自动运行的模式，避免了机械运转耗费的资源，同时，节省了人力。高密度迷宫斜板净水器占地面积小，与一般净水构筑物相比，可节省占地50%以上。此外，新型独创的集水系统及最低集水水头，使集水更均匀有效，累积的节能效果十分可观。
2)彬东煤矿矿井水处理系统实现了自动加药、自动排泥、自动反冲洗的全过程监控，包括电控系统、上位监控系统、PLC系统和仪表检测系统。仪表检测系统包括加药流量、处理流量、水池液位和加药箱液位、进水和出水浊度等连续自动检测。
5.效益分析
1)彬东矿井矿井水处理工程实施后，彬东矿井每年可以净化利用的矿井水量为96万t。经粗略计算，每吨水的处理成本约为0.72元。
2)彬东煤矿矿井水净化处理后，每年可减少矿井水排放96万t，减少排放悬浮物192～960t，环境效益明显。
3)矿井水净化处理后作为井下消防洒水、选煤厂补水。合理有效的回用矿井水，最大限度的减少了废水的排放，保护了当地的自然环境；可以改善过度开采地下深井水带来的环境问题，保证煤矿企业的正常生产和经营，提高煤矿企业的综合效益，促进矿区的可持续发展。
6.结语
彬东煤矿矿井水处理站采用“高密度迷宫斜板净水器+重力无阀过滤器+消毒"工艺，能够有效地去除矿井水中的悬浮物和COD等主要污染物，处理后的水达到回用和排放的标准，每年可减少排放96万t，且运行成本较低，具有很好的推广价值。