煤矿矿井水处理工艺与效益分析

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1、煤矿矿井水处理工艺与效益分析马立新;王勇;吴丽;王雪冬;张铁严【摘 要】针对阜新矿区水资源短缺的问题,以阜新某煤矿为例,提出了矿井水处理的 一般原则,阐述了矿井水初步处理和深度处理工艺流程,核算了矿井水利用的成本,分 析了矿井水资源化的综合效益。研究表明,矿井水处理应遵循先易后难、由浅入深 的原则,再根据回用目标和水质特征,设计处理工艺;通过混凝、沉淀、消毒等工艺初 步处理矿井水,水质可达到煤炭工业污染物排放标准,并满足矿区工业用水需求;通过 反渗透等工艺深度处理矿井水,水质可达到生活饮用水卫生标准,并满足矿区生产生活用水需求;矿井水初步处理运行成本约为1元/m3,深度处理运行成本约为2元 /

2、m3;矿井水处理及综合利用可有效节约地下水资源，减少污染物排放緩解水资源供 求矛盾,具有显著的综合效益。期刊名称】能源与环保年(卷),期】2017(039)009【总页数】5页(P61-65) 【关键词】 阜新矿区;矿井水;初步处理;深度处理;综合效益【作 者】 马立新;王勇;吴丽;王雪冬;张铁严【作者单位】 1内蒙古通辽市水利规划设计研究院,内蒙古通辽 028000;2辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 123000【正文语种】 中 文中图分类】 X703 Abstract:For the purpose of solving the shortage of water resources

3、in Fuxin mining area，the general principles of mine water treatment were put forward based on a case study of a coal mine in FuxinThe preliminary treatment process and deep treatment process were introducedThe costs of mine water utilization were accounted in order to analyze the comprehensive benef

4、its of the mine water reclamationThe studies demonstrated that the mine water treatment should follow the principle of easy-to-difficult and shallow-to-deep，and then the treatment processes were designed according to the reuse target and water qualityBased on the preliminary treatment of mine water

5、through such processes as coagulation，sedimentation and disinfection，the water quality of mine water can reach coal industry pollutant discharge standards and meet the demand of industrial water in the mining areaFurthermore，based on the deep treatment of mine water through such processes as reverse

6、 osmosis，the water quality of mine water can reach the health standards for drinking water and meet the demand of production and living water in the mining areaThe operating cost of the preliminary treatment is about 1 yuan per ton，and the operating cost of deep treatment is about 2 yuan per tonFina

7、lly，the treatment and utilization of mine water，which can save groundwater resources，reduce pollutant emissions and ease the contradiction between water supply and demand effectively，has significant comprehensive benefits Keywords:Fuxin mining area;mine water;preliminary treatment;deep treatment;com

8、prehensive benefit在煤炭开采条件下，地下水渗流的同时与煤层和岩层接触，并伴随着一系列的物理 化学和生物化学反应，进而形成矿井水1。矿井水是一种宝贵的地下水资源， 它的任意排放不仅造成矿区水资源紧缺，而且会产生地表、地下水污染。目前，水 资源紧缺和水环境污染已成为抑制矿区经济发展的主要问题，尤其是严重缺水的阜 新矿区经济发展异常缓慢。因此，开发矿井水资源化技术，综合利用矿井水，对于 缓解矿区水环境污染和水资源紧缺问题具有显著的环境、经济和社会效益 2-4。 近年来，国内外学者在矿井水处理方面开展大量研究工作。戚鹏等采用中和、曝气、 絮凝、沉淀、过滤、消毒工艺处理兴旺煤矿矿井水5

9、。赵曙光等6采用中 和、絮凝、沉淀、过滤工艺和反渗透工艺处理高矿化度矿井水。张红芳等7采 用“预沉、澄清、过滤”工艺处理郭屯煤矿矿井水。Schoeman等8研究替代 水处理技术处理赫鲁特弗莱控股煤矿矿井水的效果。Sivakumar等9 提出采用 真空膜蒸馏系统处理矿井水的工艺。矿井水处理工艺种类繁多，其中预沉、絮凝、 沉淀、过滤、反渗透等工艺处理效果较好，具有推广价值，对于提高我国矿井水的 利用效率大有助益。本文以阜新某煤矿矿井水为研究对象，提出了矿井水处理的一 般原则，阐述了矿井水初步处理和深度处理的工艺流程，核算了矿井水利用的成本， 分析了矿井水资源化的综合效益。根据矿井水原水水质的差异，

10、经处理后回用目标的不同，以及考虑基建投资和运行 成本等因素，矿井水处理的一般原则:先易后难，由浅入深。矿井水首先经简易 处理后水质符合煤炭工业污染物排放标准的排放要求，然后由浅入深、循序渐 进，增加适当的处理工艺，提高相应的出水水质，实现不同的回用目标。按照回 用目标，设计处理工艺。依据矿井水的回用目标，采用恰当的处理工艺，达到相应 的水质标准。若矿井水回用水质要求较低，如用于井下注浆和防尘，地面矸石山冲 刷防尘和选煤厂洗煤，再如用于锅炉房冲渣和冲灰及热电厂冷却水等，应采用预沉、 絮凝、沉淀、消毒等主要工艺处理，需满足城市污水再生利用工业用水水质中 有关“洗涤用水”、“锅炉用水”、“冷却用水”

11、等水质要求;若矿井水回用水质 要求中等，如用于冲厕、消防、绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工等，须经深 度处理，达到城市污水再生利用城市杂用水水质中有关“消防”、“绿化”等 水质要求;若矿井水回用水质要求较高，如用于洗衣房、浴室、饮用等，须经进一 步深度处理，达到生活饮用水卫生标准。依据水质特征，设计处理工艺。若 矿井水属于洁净矿井水，即矿井水水质指标基本符合国家生活饮用水卫生标准， 便不必采用复杂的处理工艺，只需稍作处理或消毒即可饮用;若矿井水属于含悬浮 物矿井水，即水质含有杂质、超标项目较多，污染物浓度较高，则只有采用复杂的 处理工艺、提高相应的运行成本，才能去除矿井水中的污染物质，进而达

12、到生活 饮用水卫生标准，因此不宜普遍应用，而应根据煤矿区饮用水源缺水程度和煤矿 经济承受能力而定，即可以适量处理作为饮用水，弥补饮用水源供水量的不足 10-12。2.1 矿井水初步处理流程阜新某煤矿矿井水处理厂设计能力为4 000 m3/d。矿井水初步处理的关键技术为 钢筋混凝结构的水力循环澄清池和重力式无阀滤池的组合工艺，前者依靠水力循环 使活性泥渣不断与原水中脱稳微粒进行接触絮凝作用达到快速澄清的目的，后者依 靠水的重力自动流入滤池进行周而复始的过滤或反洗水过程。该组合工艺主要处理 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

13、。矿井水初步处理流程:先将矿井水原水引 入预沉调节池，使部分煤泥等悬浮物静止沉淀，后添加适量的混凝剂PAC（聚合氯 化铝） ，使水中的胶体微粒子相互粘结聚集在一起，由提升泵注入水力循环澄清池， 再添加适量的助凝剂PAM（聚丙烯酰胺）13-15 ,辅助提升混凝效果;水力循环 澄清池中的矿井水经历混凝、沉淀、澄清等过程注入重力式无阀滤池，经过滤的清 水（浊度S3NTU）进行二氧化氯（CIO2）消毒处理后再注入清水池，即可作为工业用 水满足矿井注浆、井下防尘、选煤厂洗煤等需求。另外，根据矿井水处理效率，定 期将水力循环澄清池泥斗中的污泥排到煤泥池，再经煤泥泵提升注入压滤系统进行 处理，压滤后的废水流

14、回预沉调节池，再次净化处理。初步处理矿井水工艺流程如 图1所示。2.2 矿井水深度处理工艺 在矿井水初步处理基础上，逐渐增加处理工艺，对矿井水进行深度处理，提高矿井 水的利用效率。矿井水深度处理的关键技术为反渗透技术，即利用反渗透膜对溶液 的选择透过性以及外界推动力的作用而克服渗透压以使溶剂通过渗透膜的逆向分离 过程。因反渗透膜的膜孔径极小，故对溶解盐类、微生物、有机物及胶体等物质具 有极高的去除率。矿井水深度处理流程:先将初步净化处理的矿井水由原水泵提升 （水量Q0=85 m3/h）注入多介质过滤器，添加适量的絮凝剂和氧化剂，经多介质 过滤过滤后，添加适量的还原剂，再依次注入活性炭过滤器、精

15、密过滤器、保安过 滤器等过滤装置，一部分出水经高压泵注入（水量Q1=64 m3/h）反渗透装置，添 加适量的除垢剂，反渗透淡化出水（水量Q2=45 m3/h）经消毒后流入成品水池， 反渗透浓水出水（水量Q3 = 19 m3/h）排放。另一部分出水作为淡化出水的配水（水 量Q4=21 m3/h），与反渗透淡化出水（水量Q2=45 m3/h）起进入成品水池（水 量Q5=66 m3/h）。另外，根据矿井水的处理效率，由反冲泵定期对多介质过滤器 和活性炭过滤器进行反冲洗，反洗水排放。深度处理矿井水工艺流程如图 2 所示2.3 处理效果矿井水原水质SS v 200 mg/L , COD v 120 mg

16、/L，氨氮v 3 mg/L，石油类v 3 mg/L，全盐量350 mg/L。矿井水经初步处理后要求满足:SSS20 mg/L,去除率 达90% ,COD25 mg/L,去除率达80%，其他指标达到GB204262006煤 炭工业污染物排放标准中新建（扩、改）生产线排放限值。根据阜新环保局的最新 监测报告，矿井水处理后的SS为20 mg/L , COD为32 mg/L , SS浓度由200 mg/L下降到20 mg/L，减少180 mg/L，每年减少SS排放1 200余t;COD浓度 由原来的130 mg/L下降到32 mg/L，减少98 mg/L，每年减少COD排放600 余t，减排效果十分明

17、显。3.1 成本核算矿井水初步处理的运行费用(混凝沉淀)。用电费为300元/d;药剂费为416 元/d; 人工费为360 元/d;折旧费为432元/d;维修费为548元/d。合计2 056元/d。由计算知，水运行成本约1元/m3。矿井水深度处理运行费用(反渗透)。用电费405元/d;药剂费234元/d;人工费270 元/d;折旧费284元/d;维修费219元/d。合计1 412元/d。由计算知，水运行成本约2元/m3。3.2 效益分析(1) 经济效益。矿井水经初步、深度处理后作为矿区生产、生活用水可有效提高经 济效益。阜新某煤矿矿井水处理利用项目投入运行后，用于井下防尘水量70余万 m3/a，

18、节约水资源成本40余万元/a、减少用电成本100余万元/a、排污成本20 余万元/a，间接经济效益高达160余万元/a，扣除矿井水处理系统运营成本80余 万元/a，直接经济效益可达80余万元/a，对于萎靡不振的阜新经济和煤炭行业来 说是一笔可观的经济收入。因此，投资建设矿井水处理利用项目对于阜新矿区经济 发展具有拉动作用16-17。(2) 环境效益。矿井水经初步、深度处理后排放或回用可有效减轻环境污染、节约 地下水资源、维护生态平衡。阜新某煤矿矿井水经初步处理后可达污染物排放标准， 污染物的排放量大幅减少，可有效减轻对周围水环境、土壤环境的污染，保障地表、 地下饮用水环境安全18-19。矿井水

19、经深度处理后综合利用，可逐步减少地下 水的开采量，有效节约地下水资源，防止因超量开采地下水而造成的地面沉降、地 表塌陷、海水入侵等环境问题，保护矿区地表、地下水资源的自然平衡。此外，矿 井水处理及利用还可消除对矿区附近河流、周边农田的污染和影响，对于保护或恢 复生态环境起到显著的促进作用。(3) 社会效益。矿井水经初步、深度处理后排放或回用可有效调节矿区人企纠纷、 缓解水资源供求矛盾、促进社会发展。首先，矿井水处理及综合利用可避免因矿井 废水排放而引发的诸多矛盾和经济纠纷，逐步改善煤矿企业与附近村镇居民的紧张 关系，为构建和谐社会奠定良好的基础。其次，可改善矿区附近农业、林业、渔业 的生态环境

20、和发展环境，提升农副产品的产量、质量，提高农民的经济收入。再次 可缓解或解决矿区日益增加的水需求量和严重紧缺的水资源量之间的矛盾，保证矿 区工业企业正常的生产和运营，推动矿区的持续健康发展。最后，经深度处理的矿 井水除煤矿的综合利用外，盈余矿井水可储存备用或作为工业用水供给附近的工业 企业，对于阜新矿区经济发展和社会进步起到积极的推进作用20 。(1) 矿井水处理应遵循“先易后难、由浅入深”的原则，即先通过简易初步处理使 矿井水水质满足煤炭工业污染物排放标准的排放要求，再根据回用目标的不同和水 质特征的差异，适当增加相应的深度处理工艺，逐步提高矿井水的出水水质，进而 满足矿区生产生活用水需求。

21、(2) 矿井水初步处理是采用水力循环澄清池和重力式无阀滤池相互结合的方法，主 要处理工艺为混凝、沉淀、过滤等，可使矿井水达到煤炭工业污染物排放标准，并 满足矿区工业用水需求;进而对矿井水进行深度处理，主要工艺为反渗透等，可使 矿井水水质提高并达到生活饮用水卫生标准，并满足矿区生产生活用水需求。(3) 广井水初步处理运行成本1元/m3，深度处理运行成本约2元/m3;矿井水处理 及综合利用可有效节约地下水资源、促进矿区经济发展，减少污染物排放、保护矿 区生态环境，缓解水资源供求矛盾、积极推动社会进步，具有显著经济、环境和社 会效益。相关文献】1 何绪文，李福勤煤矿矿井水处理新技术及发展趋势J.煤炭

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