矿井水处理技术研究与应用

Posted 2023-01-12 水处理

篇首语：只有上不去的天，没有过不去的山。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技术研究与应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

借鉴先进的水处理经验，充分把握国内外、矿内外大势，进行了矿井矿井水处理综合研究，并积极应用，取得了显著成效。建立合理可靠的水处理规划，同时形成操作可靠、合理的矿井水处理技术，促进矿井资源开发，减少了污染物的排放量，有效保护了当地水环境和节约了当地水资源。
1 概况
山东新巨龙能源有限责任公司是新矿集团响应山东省委、省政府提出的“突破菏泽、带动西部，促进全省经济发展"决策，利用菏泽地区的资源优势，综合开发巨野矿区而成立的区域能化公司，负责巨野矿区综合开发项目。龙固矿井位于巨野煤田中南部，东距巨野县城约20km，西距菏泽市约40km。行政区划隶属菏泽市巨野县管辖，是由煤炭工业部济南设计研究院设计，设计能力600万t/a的特大型矿井。龙固井田位于巨野县境内，井田面积142.39km2，含可采煤层6层，其中主采3上煤层平均厚度6.88m。煤种以肥煤和1/3焦煤为主，属低灰、低硫、低磷、高发热量的优质炼焦煤。全井田地质储量16.8亿t，3#煤层的可采储量5.1亿t，煤层赋存稳定，结构简单，适合于综合机械化开采。矿井设计服务年限为82a。
2 矿井水资源现状
煤炭在我国能源结构中占70%以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计，我国40%的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。
根据大量资料显示，由于采煤废水复杂多变，在同一矿井废水中，同时含有铁、锰等重金属，硫、氟、氯等非金属及有机污染物和悬浮物，有的矿井废水呈弱酸性，再就是即使是同一矿井，所采层不同，废水性质也不同，甚至是差别很大。这就给煤矿废水治理技术的选用带来很大的困难。通常情况是某一技术只能有效处理某一污染物，不可能把所有超标的污染物都处理好。一个煤矿不可能投入很多资金对污染物进行单项处理，这就是采煤废水治理在技术上的难点。有的业主自行修了一两个池子，把矿井废水往池子一放，就是对废水进行处理。事实上不是这样简单，可能连悬浮物都不能处理，金属和非金属就更不可能处理。
龙固矿井建矿初期，同样面临着矿井水处理方面资料不完善，高技术难度、高矿化度、高污染、排放水质不达标等技术难题，为确保矿井污水达标排放，查阅大量资料，专门组织人员认真学习并贯彻落实了《山东省环境保护条例》，并强调环保工作纳入工程总体管理，与矿井环境建设同步开展，对参与建设的设计、施工等单位的环境保护工作进行业务指导、监督、检查，与环境建设同步协调开展。
3 矿井水处理的综合研究
为确保生活污水达标排放，本期设计中拟在工业场地内建立一座污水处理站，处理能力为1500m3/d。由水量平衡分析可知，生活污水产生量为1224m3/d，但进入生活污水处理站的废水中还包括260m3/d的工业场地生产废水，因此，实际进入生活污水处理站的废水总量为1484m3/d，设计处理能力几乎没有余地，存在一定的风险。
单纯从生活污水量1224m3/d来看，设计处理能力尚有近276m3/d的余量，比较可靠。因此，从处理后的废水去向分析，有260m3/d用于洗煤系统，而洗选煤用水水质要求较低，对于来自生产系统制冷、热交换站、选煤设备冷却、地面生产系统等污水，其中污染物含量很低，均可以不处理直接用于洗选煤，这样一方面建设了处理费用，另一方面确保了处理能力的可靠性。
山东省内已运行的矿区中，生活污水多采用传统活性污泥法和生物转盘法。但运行时间经验证明，由于污水的浓度较低，难以形成活性污泥和生物膜，给污水处理站的管理和运行造成很大困难，致使部分污水处理站不能正常运转，难以发挥治理污染、保护环境的作用。
随着对煤矿生活污水水质的进一步了解和处理的研究和发展，氧化塘法、土地处理法和生物接触氧化法等处理工艺在我国煤矿生活污水处理中得到了广泛应用，并取得了良好的效果。
氧化塘也称生物塘或稳定塘，其原理是利用水中微生物来分解水中的有机物，分解产物作为水中藻类生长所需的营养物质，藻类进行光合作用放出氧气，又供给好氧微生物之需，从而使污水净化。其特点是工程简易，投资小；处理后水质可以达到《农田水质灌溉标准》，用于灌溉农田，实现污水资源化；处理成本低，能耗小。其缺点是净化效果受季节性气温影响较大，不够稳定，且占地面积较大。
土地处理法也叫污水灌溉。其优点是净化污水，保护环境；给土壤提供水分和肥分，从而改良土壤；具有明显的经济效益和环境效益。其缺点是如果使用不当，反而导致农作物减产、恶化环境、传染疾病、破坏生态平衡。
生物接触氧气法是介于生物活性污泥法和生物膜法之间的污水处理工艺，其原理是在池内设置填料，并浸没于充氧的污水中，污水以一定速度流经填料。填料上长有生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜微生物的作用下得到净化。
前两种方法受到使用条件的限制，目前在土地肥沃的平原地区很少采用。因此，工业场地生活污水处理工艺采用生物接触氧化法。该处理工艺的生物量较大，氧利用率高，具有处理低浓度生活污水的优势。由于工业场地生活污水中的有机物含量偏低，可不设沉砂池和初沉池，污水直接进入二级处理，但需要加细格栅或采用水力筛以拦截污水中的漂浮物。
工业场地污水中以生活污水为主，工业废水比重较小且不含有毒有害物质，污水具有较好的可行性化，设计采用生物接触氧化法处理工艺是合理可行的。工业场地污水处理设计采用2台MDS-AO-15污水处理装置，该装置CODcr、BOD5去除率可达70%～80%和SS去除率可达80%以上，排水水质理论上可符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级排放标准，其处理效果见表1。

MDS-AO-15污水处理装置为一体化污水处理设备。据调查，一体化污水处理装置在山东省新汶矿区、兖州矿区都有使用的实例，但运行结果表明，一体化污水处理装置不切合矿区生活污水的特性，同时存在设备质量可靠性较差、设备不尽合理、耐冲击负荷能力较低、检修维护不方便等不可克服的缺陷，难以保证正常运转而导致污水超标排放，设备均被闲置，造成投资的浪费，因此，工业场地污水处理不宜采用一体化污水处理装置，应采用常规的生物接触氧化工艺。
该项目解决了矿井水高技术难度、高矿化度、高污染、排放水质不达标等的难点，工业性运行结果表明，该项目的设计运行均达到预定指标。将高污染、高矿化度矿井涌水经过处理回用于生产和生活，符合国家可持续发展和节能减排的政策要求，对于建设生态文明型、资源节约型和环境友好型企业，有着非常重大的意义。
4 实践及效益状况
4.1 矿井水处理
矿井水年处理水量720万t，电费88.13万元，人工工资7.75万元，药剂费144万元，折旧57.15万元，其他40.5万元，总计337.53万元，吨水成本0.47元。从水源地开采新水供到矿井工业广场，成本为2.5元/t，矿井生产每年用水327.4万t，节水效益：327.4×(2.5-0.47)=664.6万元。
4.2 生活用水处理
吨水电费1.06元/t，工资0.04元/t，药剂费用0.09元，折旧等0.08元/t，总计1.27元/t。从水源地开采新水供到矿井工业广场总成本为2.5元/t，矿井生活及进口设备冷却年用水160.6万t。节水效益：160.6×(2.5-0.47-1.27)=122.1万元。以上共计节水增效786.7万元。
矿井水经过净化处理后，出水水质可以达到煤矿工业用水要求和中水回用要求，出水可回用于井下、井上生产系统洒水及消防、煤壁注水、防水灌浆用水、选煤厂生产用水、地热空调用水等环节，每年可减少向环境排放COD2996t，SS1813t，减少了污染物的排放量，有效保护了当地水环境和节约了当地水资源，具有良好的社会效益和环境效益。
5 总结
为保护地表水环境避免水资源的浪费，对于不同用途的矿井水应根据涌水水质要求而采取不同的处理工艺。矿井水主要受煤尘、扬尘的污染，水质指标中SS浓度较高，其余污染物浓度较低，因此不需要进行生化处理。
选煤厂生产补充用水和防火灌浆站涌水对水质要求不高，这部分回用的矿井水可采用混凝沉淀的常规方法进行处理就可以满足生产用水的要求。井下消防洒水、工业场地绿化和道路洒水的用水与人体或植物直接接触，对于水质要求较高，尤其是井下消防洒水对SS要求较高以避免喷头堵塞，因此这部分回用地矿井水在采用混凝沉淀后，需采取过滤、消毒等进一步进行净化处理。目前，已广泛采用的矿井水净化处理措施，主要是物理化学方法，通过混凝、沉淀、过滤的处理工艺，使矿井水得到净化，处理效果较好，矿井水平均回用率达35.08%，为企业带来了环境效益和经济效益。