园子沟矿井水水质处理工艺及经济效益分析

刘 杰

(陕西麟北煤业开发有限责任公司，陕西 麟游 721505)

0 引言

矿井水既是一种具有行业特点的污染源，又是一种宝贵的水资源，是煤炭开采过程中，地下水与煤层、岩层接触，加上人类活动的影响，发生了一系列的物理、化学和生化反应，因而水质具有显著的煤炭行业特征：含有悬浮物的矿井水感官性状差；所含悬浮物的粒度小、比重轻、沉降速度慢、混凝效果差；同时矿井水中还含有综采设备、采煤机、掘进机等设备工作过程中渗漏的废机油、乳化油等有机污染物；不处理大量排放矿井水，不仅造成水资源的浪费，而且污染当地地表水，破坏生态环境，影响附近居民生产生活用水。

1 矿井水处理方法及原则

1.1 矿井水处理方法

化学方法[1]：离子交换法是化学脱盐的主要方法，这是一种比较简单的方法，就是利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。

膜分离法[1]：反渗透和电渗析脱盐技术均属于膜分离技术，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的主要方法。①反渗透法—反渗透法是借助于半透膜在压力作用下进行物质分离的方法。可有效地去除无机盐类、低分子有机物、病毒和细菌等，适用于含盐量大于4 000 mg/L的水的脱盐处理；②电渗析法—在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。

浓缩蒸发[1]：反复处理使含盐量高的剩余水浓缩到很小体积，然后在合适的地方存放。依靠自然蒸发，使其避免排往下游。水蒸发后将留有盐分结晶，可在其浓缩至200 g/L以上浓度时运走，用做化工原料。

稀释排放[1]：稀释排放是将低含盐量的水混合在一起，达到排入水体的标准后排放，避免对下游产生不利影响。

1.2 矿井水处理原则

执行法律法规：严格执行国家环境保护有关规定，保证出水水质达标并优于排放标准。

水处理工艺：从项目实际情况出发，结合企业特点和排水水质特性，选择技术成熟、投资合理、管理方便、运行可靠的矿井水处理工艺。

降低费用：在满足工艺要求的条件下，尽量减少建设投资，降低运行费用。

设备高效：工艺设备采用高效率、性价比优，并在同类工程上应用且运行良好的国内知名企业的产品，工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，能适应水质、水量的变化，确保出水水质稳定达标排放。

合理布局：根据地形地貌，结合站区自然条件及外部物流方向，并尽可能使土石方平衡，减少土石方量，以节约基建投资，使污水处理站总平面布局合理，减少占地面积。

自动化监控：选择安全、可靠、易操作、易维护管理的自动化监控系统，提高污水处理系统的自动化控制管理水平，减轻操作人员的劳动强度，降低污水的处理费用，确保系统稳定达标运行。

2 园子沟矿井水质特点和处理方法

2.1 水质特点

园子沟煤矿位于陕西省宝鸡市麟游县两亭镇，煤层埋藏较深，矿井采用立井开拓方式，采区正常涌水量为8 400 m3/d，最大涌水量为10 000 m3/d，根据《园子沟井田堪察地质报告》及地下水质化验结果，得出园子沟矿井水主要污染情况。

水质矿化度：园子沟矿井水含水层为直罗组砂岩裂隙含水层(Ⅸ)及延安组煤层及其顶板砂岩裂隙含水层(Ⅹ)，该含水层水质矿化度均超标，直罗组含水层矿化度为20.45 g/L，延安组含水层矿化度为1 232～3 674 mg/L，pH值为6.0～9.0，且水中氟离子含量为0.02～0.06 mg/L。均超出《黄河流域(陕西段)污水综合排放指标》DB61/224-2011和《城镇污水处理厂污染物排放指标》GB18918-2002，矿化度无机盐总含量大于1 000 mg/L的矿井水属于高矿化度矿井水，硬度相对较高，水质多数呈中性或偏碱，带苦涩味，少数有酸性[2]。高矿化度矿井水不利于作物生长，会使土壤盐渍化。用作锅炉用水，容易结垢[3]。作建筑用水，会影响混凝土质量。人们长期饮用，将引起腹泻和消化不良，尤其对心脏和肾脏病患者影响更严重[3]。

悬浮物(SS)：园子沟矿井水污染物为悬浮物(SS)，构成这些SS的主要是煤屑、岩粉、粘土等细小颗粒，尤其是煤粉，其含量为几十到几百毫克/升。而且煤粉能被重铬酸钾等强氧化剂氧化，显示有效高浓度的COD，同时硫化物，也会造成较高浓度的COD。由于受到煤、废机油、乳化液等污染，矿井水中还含有一定量的油类。

污染物浓度：园子沟矿井水水质见表1。

表1 园子沟矿井水水质

2.2 水处理方法及处理工艺

处理方法：园子沟矿井水主要特点为高矿化度、污染物为SS，而且SS中的煤粉是构成矿井水COD的主要成分；矿井水中的SS含量非常不稳定，矿井不同时期排水浓度差异很大。因此采用化学法、膜分离法不仅成本大，而且化学法容易引起二次污染，因此本矿井水采用物化法进行处理。

处理工艺：矿井废水首先流至预沉调节池，在预沉调节池内对不同时段、不同水质的废水进行均质均量的调节，预沉调节池设置泵刮泥机2套。在吸附池内投加吸附剂对矿井废水进行初步沉淀处理。之后通过提升泵将吸附池废水提升至高效澄清池，在进入高效澄清池前投加聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)混凝沉淀，上清液自流进入多介质滤池，经过滤后自流入回用池，在进入回用水池时投加二氧化氯消毒剂，对处理后的污水进行消毒处理后回用；高效澄清池多余的出水自流进排放水池达标排放。调节池、高效沉淀池的污泥进入煤泥浓缩池，经压滤后，泥饼外运，煤泥池上清液自流入集水池。

工艺流程：工艺流程如图1所示。

图1 矿井水处理工艺流程

3 矿井水处理结果及经济效益

3.1 矿井水处理结果

处理后，经水质检验机构进行分析，结果见表2。

表2 处理后的矿井水污染物浓度

经对比分析，表2经处理的矿井水可达到《煤矿井下消防、洒水水质标准》(GB50383-2006)及《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)，但矿井水总悬浮物(SS)仅达到《城镇污水处理厂污染物排放指标》的三级标准GB18918-2002。

3.2 经济效益

井下涌水正常情况下的排放量为8 400 m3/d，考虑到井下排水量的波动变化，井下水处理站按10 000 m3/d的规模进行设计，每日工作时间按20 h计算，则矿井废水处理单元的设计规模为500 m3/h。井下排水经过水处理站处理后回用，其中回用于井下消防洒水1 171.9 m3/d、灌浆系统用水1 104.9 m3/d、选煤生产补水2 169.2 m3/d，井下水处理站自用水量为234 m3/d，每天可节约水资源4 680 m3，年生产按330 d计算，每年节约155万t水，根据矿井水设计规模、耗电量、药剂费及人员工资，经核算，吨水废水处理成本0.338元/t，工业用水水费按2.5元计取，每年可节省成本约335万元。

4 结论

(1)矿井水外排水质指标需进一步分析，通过模拟试验确定(矿井水处理工艺参数)，混凝剂与絮凝剂定量加入比例，探索更加科学合理的工艺技术条件，进一步提高外排水质标准。

(2)对外排水质标准进行定性定量研究，使外排水质指标符合《城镇污水处理厂污染物排放指标》的一级标准GB18918-2002。

(3)由于麟游地区缺水，为使矿井水水资源共享，并实现“零排放”要求，矿井水资源100%充分利用，同时考虑远期规划为麟北电厂供给水源，因此需进一步探索工艺条件，使处理后的水质达到蒸汽锅炉用水标准，以实现矿井水资源充分利用。

(4)“十三五”末或“十四五”初国家环保部门将实行炭排放交易市场及污水排放指标(定性定量)交易市场，进一步推进企业节能减排指标，提高企业竞争新活力，建议麟北煤业园子沟煤矿走产学研相结合的道路，进一步降低矿井水外排指标，为企业“十三五”末达到环保要求未雨绸缪，实现企业与环保政策双赢。