矿井水处理技术在姚桥煤矿的应用

我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代末，目前用于处理能力在每天几万t以下的，处理地表江河、湖泊水的净化处理构筑物，在煤矿矿井水处理工艺中大部分被采用过，如预沉调节池、反应沉淀池（或澄清池）、过滤池等。矿井水净化处理后可作工业用水或生活用水。已投入使用的净化处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤（混凝澄清过滤）等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术。处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤（混凝澄清过滤）处理技术。处理后作为生活用水，过滤后必须再经过消毒处理。有些含悬浮物的矿井水含盐量较高，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。1矿井水处理技术现状（1）混凝剂和混合形式。含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂。目前聚合氯化铝较为常用，也有用聚合铝铁的。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混合较常采用。（2）沉淀和澄清。矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管（板）沉淀，其处理能耗小，但存在处理设施占地面积大，沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅等缺点。机械加速澄清池、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施，水力循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和操作方便等优点。机械加速澄清池占地面积较小，但处理能耗大、设备维护工作量大，实际应用中处理效果不如水力循环澄清池好。气浮池也有应用，但应用较少。（3）过滤。矿井水处理常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂，反冲洗操作繁琐；重力式无阀滤池能自动反冲洗，操作简便，管理和维护方便。滤池通常采用无烟煤和石英砂双层滤料。（4）消毒。矿井水净化处理后作为生活用水必须经过消毒处理，一般采用二氧化氯消毒，次氯酸钠和液氯采用较少。（5)矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物，具有色黑、加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等特点。许多含悬浮物矿井水处理工程，投入运行后，设计水量和水质达不到设计要求，主要是因为反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值较大所致。另一方面，由于提升泵、供水泵、加药设备、消毒设备、控制系统和附属建（构）筑等均按设计处理水量设计，这就造成工程投资的巨大浪费。（6)不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大，决定了投加混凝剂种类和数量不尽相同。由于混凝药剂选择和投加不当，使得一些煤矿矿井水处理后达不到预期效果。由于不能及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控，许多矿井水处理工程只有水泵和简易的加药装置，因此，矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。（7)煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油，油类物质进入矿井水中，采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。2姚桥煤矿矿井水净化处理工艺姚桥煤矿矿井水处理工程的设计处理能力为9000t/d，处理后作为生产和洗澡用水，采用混凝反应、澄清、过滤及消毒工艺，流程见图1。图1矿井水处理工艺流程矿井水由井下排水泵提升至预沉调节池，自流进入吸水井，由提升泵提升进入水力循环澄清池，泵前加入混凝剂、泵后加入絮凝剂，水力循环澄清池出水自流进入重力式无阀滤池，滤池出水自流进入清水池，清水池前投加二氧化氯进行杀菌消毒。无阀滤池的反冲冼水自流进入集水池，由潜污泵提升进入预沉调节池，以提高矿井水资源的利用率。水力循环澄清池内泥斗中的煤泥水定时排放至煤泥浓缩池，浓缩后经渣浆泵提升进入压滤系统处理。3矿井水处理工艺特点姚桥煤矿矿井水处理工程根据矿井水水质特点确定工艺技术参数，采用一次提升到水力循环澄清池，再自流进入后续各处理构筑物，出水水质稳定可靠，动力设备较少，能耗较低。采用水力循环澄清池与重力式无阀滤池相结合的工艺技术，主要处理构筑物采用钢筋混凝土结构，具有占地面积小、使用寿命长、工程投资省、工艺简单、操作管理方便、运行成本低等特点。矿井水中浮化油在投入电解质混凝剂后脱稳，被水力循环澄清池内大量的回流泥渣截留和吸附，得以有效去除。姚桥煤矿矿井水净化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。4效益分析4.1经济效益分析姚桥煤矿矿井水处理工程实施之前，全矿生产和生活用水主要靠抽取地下深井水，矿井水处理工程实施以后每年可净化利用的矿井水量为324万t。（1）抽取地下水成本和年抽水费用。深井水每年抽取量324万t；年抽水费用206.1万元；抽水成本0.636元/t。计算依据是：水资源费0.23元/t；电价0.52元/度；排污费0.08元/t；现有水源井15个，水源井投资28万元/个（其中打井费用15万元/个，土建、设备及安装13万元/个），水源井使用寿命20年；每个水源井提升泵1台，功率15kW，每日运行15h，流量40t/h；每个水源井操作人员2人，人工工资900元/月；每个水源井年维护费用1万元。（2）矿井水处理成本和年净化利用矿井水费用。矿井水年处理水量324万t；年净化利用矿井水费用74.5万元；水处理成本0.19元/t（不包括供水电费）。计算依据是：工程投资253万元，其中土建工程94万元，设备工程106万元，安装工程35万元，其它费用18万元；土建折旧按40年，设备折旧按20年；设备年维修费按设备投资的2%；电价0.52元/度，矿井水处理有效功率42kW，供水有效功率30kW；操作管理人员8人，人工工资900元/月；聚合氯化铝（PAC）2000元/t，投加量30mg/l；聚丙烯酰胺（PAM）20000元/t，投加量0.3mg/l；处理水量9000t/d，年有效生产天数360d。（3）年经济效益。年经济效益=年免抽取深井水费用+年免交排污费-年净化利用矿井水费用=206.1+25.9（0.08元/t×324万t)-74.5=157.5万元。4.2环境效益分析姚桥煤矿矿井水净化处理后，每年可减少排放悬浮物630t，环境效益明显。4.3社会效益分析矿井水净化处理后作为生产和生活用水可以减少地下深井水的开采量，节约地下水资源，保护矿区地下水和地表水的自然平衡；可以解决过度开采地下深井水带来的环境问题，改善煤矿企业和周围村庄之间的关系；可以解决矿区用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾，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。5结语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。我国煤矿企业多分布在干旱和半干旱地区，水资源较贫乏，约2/3的煤矿缺水和严重缺水，生产和生活用水紧张，在相当程度上制约了煤炭生产和矿区经济的可持续发展。姚桥煤矿矿井水净化处理技术为国家“九五”期间重点技术创新项目，其处理技术在其它煤矿区应用，会有广阔的推广前景。参考文献周如禄等.煤矿含悬浮物矿井水净化处理技术探讨.煤矿环境保护,2000（1)