循环经济视角下岱庄煤矿水资源循环利用研究

周 洋，宗 科

(山东科技大学，山东 泰安 271000)

岱庄煤矿于2000年1月移交生产，设计生产能力150万t/a。目前，矿井年生产煤炭总量为340万t。建成投产了矿井洗煤厂及2×12MW的矸石发电厂。煤矿区是水污染问题比较集中的区域，废水往往经过简单的处理就直接排入了自然水体，处理程度低，重复利用比例较小，不仅造成水体严重的污染，而且造成水资源的极大浪费[1-2]。为了变废为宝，近年来，该矿坚定地推动循环经济建设，以循环经济构建合理的产业结构，促进资源节约、清洁生产、环境友好型企业建设，形成了富有自身特色的以水资源综合利用为核心的循环经济模式。

1 岱庄煤矿水资源现状

目前，矿区废水主要有矿区生产、生活废水和矿井水。主要污染因子为pH值、COD、BOD5、SS、氨氮、石油类等。其中，矿井水产生量大，水质较好，是矿区水资源循环利用的重要部分。岱庄矿井正常矿井水涌水量设计为320m3/h，矿井最大涌水量设计为530m3/h，平均生活污水量2700m3/d。

2 岱庄煤矿水资源循环利用模式

岱庄煤矿通过对矿井水和生活污水的深度处理，使处理后水质达到矿区工业生产、生活用水或其他回用水的水质标准，主要用于补充锅炉循环水、洗煤厂补充水、井下及地面消防用水、井下注浆、防尘用水、绿化用水及灌溉、作为中水外销其他企业等用途，实现矿井废水综合利用，为矿区矿井水的处理和可持续利用提供合理的模式，为建立水资源节约和循环利用的“水和谐”型矿区做出了贡献[3-4]。其主要模式如图1所示。

3 矿井水处理与循环利用

矿区所在地属于富水区，矿井水产量巨大。矿井水是一种稳定的可供利用的矿井水源，经过适当工艺处理后即可用于矿区生产和生活系统[5]。特别是能为矿区坑口电厂、矿井洗煤厂提供稳定水源，是矿区水资源循环利用优先考虑的因素[6]。

目前，岱庄煤矿针对矿区矿井水水质特点，对矿井水在井下和井上同时进行处理，同时，为了提高井上处理效果，在井下水仓口建立矿井水地下处理设施进行混凝沉淀预处理，降低SS，使最终出水达标[7-9]。矿井水处理回用工艺流程如图2所示。

图1 岱庄煤矿水资源综合利用示意图

图2 矿井水处理回用工艺流程

岱庄煤矿在矿井水回用时根据利用方向按因地制宜、经济方便的原则，适当处理后优先保证矿区内用水，优先考虑井下用水，做到了先井下后井上，先矿内后矿外，先生产后生活，充分发挥矿区内现有水利设施的潜能，避免了重复建设[10-11]。该矿按照循环经济和生态工业的原理，积极拓宽矿井水的利用途径，在矿内及周边地区铺设中水管网，将矿区处理之后的矿井水纳入济宁市中水系统，低价外卖与地方，为周边企业用水大户提供优质中水资源，形成水资源的共享(图3)。

4 生活污水的处理与循环利用

岱庄煤矿目前尚没有居民生活区，生活污水主要为办公楼下水道及单身宿舍职工生活污水，浴室废水，食堂污水、锅炉房排污及洗澡洗衣废水等生活污水，生活污水平均COD浓度为155mg/L，BOD5浓度60mg/L，SS在100mg/L左右，属于低浓度易降解生活污水。

岱庄煤矿利用二级生物处理工艺，采用生物接触氧化池和消毒等工艺[12]，使处理后的废水达到一级排放标准，通过中水管道用于生活冲厕、卫生用水、矿区绿化、景观和周边农村的灌溉等。目前，岱庄煤矿生活污水成为一种稳定的中水水源，也是矿区水循环经济的重要组成。

5 电厂水资源循环利用

岱庄煤矿建有低热值电厂，热电厂是矿区内的用水大户，也是循环经济研究的重心之一。

该电厂利用矿井、选煤厂洗下的矸石和中煤、煤泥作为燃料，配套2台75t/h的循环流化床锅炉，装机容量2×12MW。热电厂每天消耗新鲜水约1500～1800m3，产生的工业废水有循环冷却水排污水，工业冷却水，化学水处理车间酸碱处理废水等。

电厂采用循环供水经过冷却塔冷却后循环使用模式，最大循环水量为6576m3/h，循环率达到95%以上。循环水的排污水为30m3/h，一部分作为工业水源使用，大部分与化学废水和工业冷却水集中排至洗煤厂。除少量的生活污水进入工业广场生活污水处理站处理后用于其他用途，电厂可实现既不增加新鲜水用量，也基本不外排生产废水。

图3 矿井水综合利用及水量平衡图

图4 电厂水资源综合利用及平衡分析图

由图4可见，电厂水资源的循环利用是矿区循环经济的重要组成，电厂循环冷却水是矿井水的主要用户，做好电厂的循环水的更替是能否实现矿区水循环的重要环节。

6 洗煤厂水资源循环利用

洗煤厂是矿区采煤的必要组成，煤炭产品的分级都是要通过选煤厂来实现，在这个过程中会产生大量的洗煤废水，也是矿区重要的废水水源之一。洗煤废水主要污染物是含有的大量煤粉形成的SS，为节约水资源，选煤车间煤泥水选用闭路循环工艺，该工艺为：原生煤泥水经过斜板沉淀器进入浓缩池浓缩煤泥，浓缩池上清液溢流入循环水池，其底流经过压滤机压滤出的水再进入循环水池，循环水池的水再次进行洗煤循环[13]。在洗煤过程中被产品带走的水由生产水池补充给洗涤水池，再由洗涤水池补给循环水池。车间洗涤水直接进入压滤机，压出的煤泥由煤泥管道湿式输送或者汽车运往低热值热电厂作为锅炉燃料[14]。洗煤厂水处理、闭路循环系统工艺流程见图5。

图5 洗煤厂水处理、闭路循环系统工艺图

通过图5可知，洗煤水的闭路循环和与矿井水处理系统的耦合，能为矿区带来巨大的经济效益和社会效益，组成了矿区水资源循环利用的重要体系。

7 岱庄矿区水资源综合利用效益分析

1)井下矿井水系统产水量为6800m3/d，每年节约用水量约为200万t，节约水资源费用约为130万元。

2)洗煤厂每年可节水462000m3，节约水费30.03万元。

3)通过销售处理之后的矿井水用作其他企业用水和灌溉用水，该部分水量达3126m3/d，每年可为企业创造效益60.96万元。

4)电厂循环冷却水完全可用矿井水来代替，每年就可节约水资源110.13万m3，水资源循环利用年节约经费71.6万元。截至2010年，累计利用矿井水(节水)150万方，计97.5万元。

5)每年可节省管道、排水设备维修费用51.1万元，节省排放污水罚款120万元，节约水处理费用约为73.1万元。

6)通过矿井水井下处理预计每年可多回收煤泥6000t，煤泥售价按45～50元/t，年创收入约42万元；每年可节药水仓清理费用8.1万元；以上合计共278.1万元。

由此可见，岱庄煤矿通过对矿井水进行深度处理后回用于井下、电厂、洗煤厂等生产用水外，还作为补充锅炉循环水、灌溉农业、洗车、绿化等，实现废水了综合利用，经济效益显著。

8 结论

通过以上分析，可得出下列结论：

1)岱庄煤矿水资源循环利用主要集中在矿井水、生活污水、电厂循环冷却水以及洗煤厂水资源四个方面，其中以矿井水循环利用最为重要。

2)矿井水经处理后主要用于补充锅炉循环水、洗煤厂补充水、井下及地面消防用水、井下注浆、防尘用水、绿化用水及灌溉、作为中水外销其他企业等用途。

3)生活污水利用二级生物处理工艺，用于生活冲厕、卫生用水、矿区绿化、景观和周边农村的灌溉等。

4)循环冷却水是电厂中的主要用水途径，循环冷却水通过矿井水进行补充，同时循环水的排污水处理后回收至洗煤厂利用。

5)洗煤厂补充用水主要来源有矿井水和电厂循环水的排污水，洗煤废水处理后分为两部分，其中煤泥回收作锅炉燃料，煤泥水经闭路循环后再次进行洗煤。

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