水資源是人類(lèi)生存不可缺少的自然資源，也是企業(yè)實(shí)現可持續發(fā)展的必要保證。煤礦企業(yè)每開(kāi)采1t煤，約產(chǎn)生2t礦井水。煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的大量礦井水若直接排放，將會(huì )嚴重污染周邊環(huán)境，不僅給礦區生態(tài)環(huán)境保護帶來(lái)極大的壓力，還造成了水資源的浪費。有數據表明，西北地區已探明的煤炭資源量占全國的70.8%，而水資源總量?jì)H占全國的3.7%。盡管我國礦井水資源利用率逐漸逐漸提高，但全國煤礦排水量與缺水量之間的矛盾越來(lái)越受關(guān)注。
一般來(lái)說(shuō)，煤礦井下廢水富含固體懸浮物、有機物和重金屬元素，色度較高。煤礦企業(yè)要科學(xué)處理井下廢水，推進(jìn)水資源的綜合利用，保護礦山生態(tài)環(huán)境。井下廢水處理達標后可以回用于煤礦企業(yè)，服務(wù)生產(chǎn)與生活，同步提高環(huán)境效益、社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。本文結合江西省某煤礦企業(yè)井下廢水處理工程實(shí)例，詳細論述了煤礦井下廢水處理工藝及其設計參數，以期提升水資源綜合利用率。
1、工程概況
該煤礦井下廢水處理工程的處理規模為：井下廢水處理量Q=5000m3/d，回用水量Q=1800m3/d。設計的廢水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。
井下廢水經(jīng)處理后執行《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426-2006)，達標后外排，回用水質(zhì)要求達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求，回用至澡堂供職工洗浴使用。
2、井下廢水處理工藝的選擇
2.1、井下廢水的水質(zhì)特點(diǎn)
井下廢水一般分為酸性礦井水和非酸性礦井水。根據現場(chǎng)踏勘和水質(zhì)檢測，該煤礦井下廢水屬于酸性礦井水，pH=4～5，具有大多數煤礦企業(yè)井下廢水的顯著(zhù)特征。水質(zhì)特點(diǎn)如下。
一是井下廢水多數時(shí)候比較渾濁，色度高，污染物主要為懸浮物(SS)，水質(zhì)變化較大，懸浮物濃度變化大，其懸浮物含量遠高于地表水，感官較差。二是懸浮物顆粒直徑小、比重較小、沉降速度較小。礦井廢水中懸浮物顆粒直徑一般只有2～8μm，超過(guò)85%的懸浮物粒徑在50μm以下;煤粉密度一般只有1.3～1.5g/cm3，遠遠小于地表水系中泥砂顆粒物的密度(2.4～2.6g/cm3)。三是化學(xué)需要量(COD)超標，主要原因是礦井廢水含有少量的污機油、乳化油、腐爛污坑木等有機物。另外，懸浮物中的煤屑中碳分子的有機還原性也會(huì )導致COD超標。四是酸性礦井廢水含有有毒有害的重金屬離子，鐵、錳等重金屬離子超標。
2.2、井下廢水處理與綜合利用技術(shù)
煤礦井下廢水處理與綜合利用工藝較多，但是通常采用混凝沉淀+過(guò)濾的工藝。本工程對其進(jìn)行優(yōu)化設計，采用的是初沉+混凝沉淀+過(guò)濾+深度處理的處理工藝。煤礦井下廢水含有大量懸浮物，初沉是為了對廢水中的較大懸浮物進(jìn)行預沉淀。煤礦生產(chǎn)期間，礦井水排放量和水質(zhì)具有很大的差異性。通常，煤礦每天選擇在電費較低時(shí)持續排出礦井水，因此需要在排出口設置一個(gè)比較大的調節池。為此，本工程將初沉和調節池合并設計為預沉調節池，不僅具有調節水量、水質(zhì)的作用，還能起到初沉的效果，提高了處理系統耐沖擊負荷的能力。
混凝沉淀是煤礦井下廢水處理中十分重要的環(huán)節，混凝劑的選擇原則是產(chǎn)生大、重、強的礬花，凈水效果好，對水質(zhì)沒(méi)有不良影響，價(jià)格便宜，貨源充足。常用的混凝劑是鋁鹽和鐵鹽混凝劑。過(guò)濾的主要目的是進(jìn)一步去除水中的細小懸浮物，如果選配濾料得當，過(guò)濾還擁有去除鐵、錳等特殊功效。
鑒于礦井廢水可生化性低、懸浮物含量較高的特點(diǎn)，本項目確定的處理思路為：井下廢水全部經(jīng)過(guò)初沉、混凝、斜板沉淀、過(guò)濾物化處理后，出水能穩定達標排放。深度處理一般采用反滲透工藝。為了適應反滲透膜的進(jìn)水要求，防止原水中懸浮物堵塞反滲透系統，給系統運行造成障礙，影響膜的壽命，因此必須進(jìn)行預處理，使原水流經(jīng)反滲透膜表面之前就去除懸浮成分和易濃縮結垢的物質(zhì)。
該工程廢水處理工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：對原水水質(zhì)波動(dòng)適應性好，即能有效地緩沖來(lái)水水質(zhì)和水量負荷的變化，從而保證合格的出水水質(zhì);管理簡(jiǎn)單、運行可靠，處理流程大大簡(jiǎn)化，操作管理及維護方便;結構緊湊，能節省寶貴的土地資源和降低投資，減少占地面積30%，節約基建建設投資20%～30%;采用高效斜板沉淀池，泥漿采用脈沖氣流輸送，不會(huì )堵管，無(wú)需沖洗，具有沉淀效率高、停留時(shí)間短、占地少、處理效果穩定的優(yōu)點(diǎn)，污泥濃縮同步完成。
3、井下廢水處理工藝流程
煤礦井下廢水首先進(jìn)入預沉調節池，它既可以調節水量，又可將部分顆粒煤渣沉淀;接著(zhù)，廢水通過(guò)提升泵提升至化學(xué)反應池，通過(guò)加藥裝置投加NaOH、重金屬捕捉劑，調節pH值，去除重金屬;然后，廢水自流進(jìn)入混凝反應池，同時(shí)投加混凝劑PAC和助凝劑PAM，混凝反應池出水自流進(jìn)入高效斜板沉淀池，經(jīng)過(guò)斜管填料沉淀后，生成大量的有機膠團，大部分懸浮物在沉淀池內下沉后除去;沉淀池的上清液自流進(jìn)入多介質(zhì)濾池，將水中不易沉降的固體物通過(guò)濾料的截留、攔截等作用進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)濾池內的過(guò)濾介質(zhì)，攔截水中的膠體和其他很細的物質(zhì)，確保出水水質(zhì)。出水進(jìn)入清水池，部分進(jìn)行深度處理后回用作濾池反洗水，多余的達標外排。
預沉調節池和高效斜板沉淀池污泥能通過(guò)排泥泵輸入污泥池，進(jìn)行濃縮后再通過(guò)板框壓濾機進(jìn)行壓濾脫水，脫水后的干污泥進(jìn)行外運處置。清水池出水通過(guò)原水泵提升至前級預處理，為后續反滲透的正常運行創(chuàng )造良好的條件，預處理出水通過(guò)反滲透裝置中半透膜的選擇吸附-毛細管流動(dòng)機理和篩分機理，使出水得到深度凈化，出水達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求后進(jìn)行回用。工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。
4、主要污水處理構筑物的設計
4.1、預沉調節池
處理規模為5000m3/d，按停留時(shí)間6h設計，有效容積V=1250m3，池體尺寸為26.0m×12.0m×4.5m，配套設置提升泵2臺Q=210m3/h，H=9.0m，N=15kW;桁架式吸泥機1臺，跨距12m，行程26m，功率1.10+0.75kW。
4.2、化學(xué)反應池
化學(xué)反應池主要用于投加NaOH，調節pH值，再投加重金屬捕捉劑，進(jìn)行反學(xué)反應。反應時(shí)間為15min，池體尺寸為4.0m×4.0m×3.8m，有效水深為3.25m，配套設計混合攪拌機設備1臺，功率7.5kW。
4.3、混凝反應池
對混凝池投加混凝劑PAC和助凝劑PAM。配套設置框式攪拌機，用于混合和混凝攪拌反應。設計反應時(shí)間為60min，池體尺寸為13.0m×4.0m×4.5m，有效水深為4.0m，分為2格，配套框式攪拌機設備2臺，單臺功率1.50+0.75kW。
4.4、高效斜板沉淀池
按設計流量210m3/h設計，采用4座高效斜板沉淀池，每座斜板沉淀池由2組高效斜板沉淀器單元體組成，泥漿采用脈沖氣流輸送。每座斜板沉淀池的設計流量53m3/h。設置斜板沉淀池4臺，碳鋼防腐，設計尺寸：12.0m×5.0m×2.8m，配套設置排泥泵2臺，Q=15m3/h，H=20m，N=3.0kW。
4.5、多介質(zhì)濾池
為了進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物、有機物及重金屬離子，確保廢水達標排放，設計多介質(zhì)濾池一座。設計流量為210m3/h，過(guò)濾速度3m/h，設計尺寸為12.0m×6.0m×4.6m，分二格，濾料層H=2.0m。設置反沖洗水泵2臺，Q=300m3/h，H=22m，N=30kW。設置反沖洗風(fēng)機2臺，Q=13.75m3/min，N=22kW，P=58.8kPa。
4.6、污泥池
設計尺寸為4.0m×4.0m×4.5m，1座，配套設計污泥泵潛水攪拌器1臺。
4.7、污泥脫水車(chē)間
車(chē)間設計尺寸為6.0m×6.0m×7.0m，1座;配套設置板框壓濾機2臺，過(guò)濾面積40m2，功率3.0kW;設置螺桿泵2臺，流量10m3/h，揚程60m，功率3.7kW。
4.8、加藥車(chē)間
車(chē)間設計尺寸為12.0m×6.0m×4.5m，配套布置5套加藥裝置，其中1套NaOH、1套重金屬捕捉劑、1套PAC、1套PAM和1套消毒成套加藥裝置。
4.9、深度處理車(chē)間
深度處理規模按1800t/d設計，車(chē)間尺寸為16.0m×6.0m×7.0m，主要設備為：石英砂過(guò)濾器1臺，活性炭過(guò)濾器1臺，精密過(guò)濾器1臺，反滲濾裝置1臺。
5、投資及運行
該項目總投資約920萬(wàn)元，廢水處理部分單位運行成本0.9元/t，深度處理1.5元/t，年總經(jīng)營(yíng)成本262.8萬(wàn)元。運行費用包括電費、人工費、藥劑費和維修費等。
6、結論
本項目工藝投資較低、占地面積小、運行穩定，操作管理簡(jiǎn)便，抗沖擊負荷能力強，運行費用合理，在煤礦井下廢水處理與綜合利用中具有獨特的優(yōu)越性。凈化處理采用混凝、沉淀與過(guò)濾工藝，深度處理采用超濾和反滲透工藝，適合井下廢水回用處理，是經(jīng)濟和切實(shí)可行的，出水指標達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求。該礦井廢水處理與利用工程已于2018年5月投入運行，處理效果良好，凈化處理出水各項指標均達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)要求，出水穩定可靠，出水水質(zhì)較好。出水回用至澡堂供職工洗浴用，解決了礦區職工洗浴問(wèn)題。對于礦井水不需要消毒這一說(shuō)法，人們需要進(jìn)一步論證，但是建議增加消毒裝置;反沖洗閥門(mén)建議均采用電動(dòng)閥，可以實(shí)現自控，降低操作人員的運維難度。(來(lái)源：湖南有色金屬研究院)
