煤矿矿井水处理工艺及工程实践

2019-06-05张拥军李永彦杨金花

山西化工 2019年2期

张拥军，李永彦，杨金花

(1.山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉 045000；2.山西凯尔环保科技有限责任公司，山西太原 030000)

引言

矿井水实际上就是矿区所采煤层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]，有时也含有少量渗入的地表水[2]。其来源包括两个方面：一是自然地下水，即，煤炭开采过程中涌(渗)入巷道的地下水，为确保安全生产应排出；二是煤尘矿井水，即，井下采煤生产过程中洒水降尘、灭火、灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘矿井水[3]。矿井水的水质差异很大，其特性取决于成煤的地质环境和煤系底层的矿物化学成分，具有明显的煤炭行业特征。矿井水基本上属于微污染工业废水[2]，水中普遍含有悬浮物以及可溶的无机盐类，有机污染物较少，一般不含有毒物质，放射性指标在低放水平，此水多呈灰褐色，感观性差[4]。但是，矿井水也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，还会产生地表、地下水污染[5]。因此，开发矿井水资源化技术，综合利用矿井水，对于避免矿区水环境污染和防止水资源流失具有显著的环境、经济和社会效益[6-8]。

山西省阳泉固庄煤矿位于阳泉市郊区固庄村东500 m处，固庄煤矿是山西阳泉荫营煤矿的一个井口，该井口1965年建立，1970年投产，生产能力为450 kt/a，与荫营煤矿相距10 km。固庄煤矿1985年开始改扩建，1992年矿井改扩建工程竣工投产后，形成了一座综合生产能力为1 500 kt/a的矿井，煤矿井田面积14.006 5 km2。现山西省阳泉固庄煤矿矿井水处理站设计规模为100 m3/h，随着山西省固庄煤矿开采范围的不断扩大，矿井水水量也比原来有所增加，平均涌水量为163.22 m3/h，处理能力无法满足矿井水处理规模需求，据此，固庄煤矿矿井水处理厂迫切需要进行扩容及升级改造，以满足环保要求；并考虑未预见水量，确定处理规模为4 800 m3/d，平均设计流量为200 m3/h。

1 水质特征

矿井水主要污染物为采煤过程中煤粉和岩粉混入水中形成含量较高的悬浮物，使水的颜色呈灰黑色[9]。矿井水原水水质详见表1。

表1 阳泉固庄煤矿矿井水原水水质及排放标准

由表1可看出，矿井水悬浮物、总硬度、COD、BOD5、铁、锰等指标超标严重，属于高悬浮物、高矿化度矿井水类型。其水质特征主要表现为：1) 悬浮物含量高。矿井水含有的悬浮物浓度大，且粒径差异大，比重轻，沉降速度慢；2) 铁等金属元素以及无机盐类含量高。铁质量浓度在11.95 mg/L，远大于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)III类标准中要求的Fe值(0.3 mg/L)；3) COD值高。COD值在135 mg/L，远大于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)III类标准中要求的COD值(20 mg/L)；矿井水中的CODcr是煤屑中碳分子的有机还原性所致，它将随着悬浮物的去除而消失，故不需要进行生化处理；4) 含有一定量的石油类，其主要来自井下机械设备。

2 处理工艺

2.1 工艺流程

根据阳泉固庄煤矿矿井水原水水质情况和处理后水质目标要求，本项目整体采用：“格栅+预沉池+混凝沉淀池+曝气生物滤池+锰砂二级过滤+细砂过滤+反渗透”矿井水处理工艺。工艺流程如图1所示。

图1 矿井水处理工艺流程

工艺流程：

(1) 矿井水进水先通过格栅井，去除污水中的漂浮物，后经巴氏计量槽进入预沉池，在预沉池中进行一定时间的沉淀，以去除大量煤泥及悬浮物；污水在进入预沉池初期可增加曝气管，去除一定量的石油类物质，经过预沉池沉淀后的出水经提升泵进入混凝沉淀池，在混凝沉淀池适当投加混凝剂对废水进行物化处理，去除大量的悬浮物和部分COD；经混凝沉淀处理后出水进入1#曝气生物滤池，在曝气生物滤池中进行生物降解，通入空气进行曝气，产生硝化反硝化反应，去除一部分BOD和NH3-N；后通过管道输送至厂区中间曝气池，通过曝气，使铁、锰氧化，然后经提升泵提升进入锰砂二级过滤装置，去除铁、锰离子；经锰砂过滤后出水到矿井水深度处理提升水池。

(2) 矿井水深度处理提升水池的水经细砂提升泵提升至深度处理车间进行深度处理，经过细砂过滤、反渗透处理后出水可达到《地表水环境质量标准》中Ⅲ类标准，剩余的50%反渗透出水用于锅炉的补给水。反渗透浓水用于矸石场喷洒。

(3) 预沉池、混凝沉淀池产生的污泥与现有化学预沉器的污泥一并通过管道输送至污泥池提升至污泥浓缩池，进行浓缩；后通过螺杆泵，输送至污泥脱水机房，由压滤机浓缩脱水后，泥饼与矿井煤泥一并外销。