井下污水处理循环利用项目简析

于文华，赵立荣

(首钢通钢集团板石矿业公司，吉林 白山 134304)

板石矿业有限责任公司在矿井开采过程中产生和排放大量的矿井污水，矿井废水主要是开采过程中排出的自然地下水和井下采矿生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备冷却产生的含尘污水。矿井污水中污染物的主要污染成分是SS、pH、CODCr、石油类、部分金属和非金属元素，这些污水如果直接排放到环境中，对农业、土地、森林等资源降会造成不同程度的破坏。

《冶金行业绿色矿山建设的要求》明确提出：“提高水循环利用率。建设规范完备的水循环处理设施和矿区排水系统。充分利用矿井水，循环使用选矿废水，重复利用率不低于85%。”矿山目前在井下采用沉淀池沉淀，但现有设施存在处理能力小、设备老化等问题，造成处理效果低，不能满足矿井污水排放的需要，加之国家环保形势的发展、污水排放的要求越来越高，因此根据国家对于绿色矿山的建设要求，坚持经济建设和环境建设协调发展的理念，决定对现有污水处理设施进行扩容改造，实现矿井污水的达标排放[1]。

1 建设规模与目标

污水处理站设计选用井下污水处理量时，参照矿山现有水泵实际运行数据，根据近三年水泵运行记录取值，污水处理能力要满足平时正常运行时井下实际排水量，不考虑汛期及特殊情况（五年一遇，十年一遇洪水），但设计时包含洪汛期井下排水处置方案。

建设目标：建设地下水循环处理设施并完善原有排水系统，同时将废水污染控制系统纳入矿山在线监测平台、新增水泵房纳入无人值守自动化系统，从而确保生产过程中废水应得到有效处置。生产用水及溢流水达到可排放要求；生活用水（主要用于浴池、锅炉等）经净化处理后达到生活用水标准。

2 井下污水水量估算

2.1 非汛期最大排水量

根据4-6 号矿组近三年水泵排水记录，不考虑汛期因素，4-6 号矿组400 m 中段近三年正常排水季节最大排水量为107 640 m3/月（即3 588 m3/d）。

2.2 设计采用的污水排水量

由于4-6 号矿组目前排水中段为400 m 中段，考虑将来深部开采接续工程，4-6 号矿组排水按160 m 中段考虑，根据原4-6 号矿组初步设计地下水涌水量估算公式，开采深度降至160 m 中段后，增加排水量为235.2 m3/d。本项目对4-6 矿组井下排水量按 3 823.2 m3/d 取用。7-8 号矿组目前处于设计阶段，其正常排水季节最大排水量参照4-6 号矿组执行，即 3 588 m3/d。综上，上青矿地表污水处理站处理能力按7 411.2 m3/d 取用。

3 上青矿地表污水处理站水量平衡图

4-6 号矿组通过井下泵站直接送至地表污水处理站，7-8 号矿组井下污水通过648 m 平硐自流至地表污水处理站。污水经净化后，一部分用于7-8 号矿组648 m 以下中段生产、消防用水（泵送），一部分经再净化后，与原有生活管网对接，用于浴池、锅炉、办公及其他用水，多余部分溢流排放。地表处理站处理能力为7 411.2 m3/d。

根据7-8 矿组初步设计，井下生产耗水量为 187.5 m3/班，小时最大耗水量83.2 m3/h，考虑消防用水216 m3/d，7-8 矿组井下生产、消防用水量为1 041 m3/d （187.5×2+83.2×8=1 041）。上青矿污水处理水量平衡图如图1所示。

图1 上青矿污水处理水量平衡图

4 矿井水质指标及处理标准

从矿井污水产生的原因可知，矿井污水既具有地下水特征，又具有受到人为污染的特点。矿井污水特性取决于矿山的地质环境，其中矿井水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井污水的水质、水量起产生重要的影响。根据企业提供的资料，并结合同类矿山矿井废水排放情况得知，该矿井废水具有以岩粉为主要悬浮物、可溶性盐和有机物较少、重金属离子含量低的特征，是一种较为清洁的工业废水。矿山矿井污水的水质指标及设计进水水质如表1所示。

根据《铁矿采选工业污染物排放标准》（GB28661- 2012）的规定，处理后水质应满足表2要求。

表1 上青矿污水水质

表2 出水指标

根据现有水质资料和《铁矿采选工业污染物排放标准》（GB28661-2012）中规定指标对比，井下涌水主要处理对象为水中悬浮物（SS）。

因此，确定处理设施，矿井水进水水质指标如下：SS为100 ～700 mg/L，最高1 000 mg/L，pH 为7.0 ～9.0。设施出水水质指标如下：SS ≤70 mg/L，pH 为7.0 ～9.0。

5 矿井污水工艺流程

本项目将去除污水中SS 和CODCr作为主要控制指标。对于含有两类污染物的污水，尤其是矿井污水，目前常用的处理方法为混凝沉淀处理工艺，本项目采用的方案如图2所示。

图2 矿井污水工艺流程

6 生活、生产、消防供水水泵选择

6.1 上青矿浴池、锅炉、办公生活用水

小时最大耗水量20 m3/h。水泵所需扬程为：

式中，K为扬程损失系数，取1.25；H1=698-648= 50 m；5 m 为水泵吸水高度。选用水泵CDL20-6 型多级离心泵2 台，流量20 m3/h，扬程70 m，功率7.5 kW。 1 台工作，1 台备用。

排水管路直径计算：

式中，n为水泵工作台数；Q为水泵流量，m3/h；v为水流经济流速，取2 m/s。

选用DN68、壁厚4 mm 无缝钢管1 条。

6.2 上青矿7-8 号矿组生产、消防用水

648 m 平硐内新副井附近设生产、消防水池，距离648 m 平硐口1 900 m，供水水源由地表污水处理站供应。根据7-8 矿组初步设计，井下生产耗水量为187.5 m3/班，小时最大耗水量83.2 m3/h，水泵选型按83.2 m3/h 考虑。

水泵所需扬程为：

式中，K为扬程损失系数，取1.25；H1为主要由巷 道坡度造成的高差，约10 m；5 m 为水泵吸水高度。

选用水泵6110B-2 型潜水泵2 台，流量90 m3/h，扬程31.4 m，功率P=12 kW。1 台工作，1 台备用。

排水管路直径计算：

式中，n为水泵工作台数；Q为水泵流量，m3/h；v为水流经济流速，取2 m/s。

选用DN150、壁厚5 mm 无缝钢管1 条。

7 水耗指标分析

本项目实施后，上青矿除饮用水（食堂）外，其余用水均采用本次污水处理系统循环水。

上青矿：生产用水量1 200 m3/d，生活用水量480 m3/d， 生产用水+生活用水量合计1 680 m3/d，年总用水量为554 400 m3/a，全部来自污水处理循环水，循环水利用率100%。

根据上青矿近三年井下水排放记录，非汛期正常排水量平均1 906 m3/d，年总排放量628 980 m3/d，本项目实施后，井下水循环利用率为88.1%。

8 结论

加快绿色矿山建设进程，形成符合生态文明建设要求的矿业发展新模式，是绿色矿山建设的目标。矿井污水处理循环利用项目是创新资源节约集约和循环利用的产业发展新模式，该项目的成功实施，提高了矿山生态环境治理能力，开辟了矿山绿色建设的新格局。