滇东白龙山煤矿矿井水处理工艺及回用分析

2021-09-17李亚娟余耀宏胡大龙

煤炭工程 2021年9期

李亚娟，余耀宏，卢剑，胡大龙，杨阳

(西安热工研究院有限公司，陕西西安 710032)

矿井水由所采煤层及开拓巷道附近的地下水以及少量渗入的地表水组成，受水文地质条件、开采条件等影响其水质与普通地表水差异较大[1，2]。按照污染物特征，矿井水可分为含悬浮物矿井水、高矿化矿矿井水、酸性矿井水和特殊污染物矿井水四类[3]。矿井水中的悬浮物粒径较小、沉降性能差，针对高悬浮物矿井水通常采用混凝澄清[4-6]、超磁分离净化[7，8]、无机陶瓷膜分离[9]等方法处理，处理后出水满足达标排放及回用要求。矿井水水量偏大，处理后通过煤矿自身难以回用完。对于煤电一体化经营模式的企业，将处理达标后的矿井水部分作为煤矿生产用水，剩余部分作为电厂生产水源，一方面可以实现矿井水的回用，有效减少污染物排放；一方面降低了新鲜水取水量和取水成本，具有显著的环保和经济效益。

1 矿井水水质

云南滇东白龙山矿区按煤电一体化开发建设，燃煤机组总装机容量为2400MW(4×600MW)，配套开发总年产量800万t的煤矿，其中，一井、二井建设规模分别为300万t/a、500万t/a。矿井水涌水量较大，一井水量约为412m3/h，二井水量约为650m3/h，合计水量达到1062m3/h。矿井水水质分析结果见表1。

表1 矿井水水质分析结果

2 处理工艺及效果

2.1 工艺流程

一井、二井工业场地联合布置，矿井水统一处理，采用“高效澄清池+重力无阀滤池+ClO2消毒”处理工艺，工艺流程如图1所示。井下排水先进入预沉调节池，经泵提升、加混凝剂和助凝剂后进入高效澄清池，经絮凝反应、固液分离后，出水进入重力无阀滤池，再经ClO2消毒后排至清水池。预沉调节池及高效澄清池的排泥水经污泥浓缩池、离心脱水机处理后，煤泥同原煤一并经输煤栈桥输送至选煤厂。无阀滤池反洗排水和污泥浓缩池上清液均排入预沉调节池继续处理。

图1 矿井水处理工艺流程

2.2 主要处理单元

1)预沉调节池：主要用于去除矿井水中比重较大的悬浮杂质和粒径超过100μm的浮油，尺寸为L×B×H=30m×16m×5m，分为两格，钢混结构。池底配有桁车式刮泥机，将池底污泥刮集至集泥槽，再通过排泥管将污泥输送至污泥浓缩池。池顶配有刮油机和集油管，将浮油排入污油罐进行回收利用。

图2 高效澄清池

2)高效澄清池：尺寸为L×B×H=17m×17.5m×5m，钢混结构。高效澄清池分为凝聚区、絮凝区、沉淀区、浓缩区，具体如图2所示。在凝聚区投加PAC(加药量为30mg/L)通过搅拌器快速混合，发生凝聚反应，生成小颗粒矾花，然后进入絮凝区，投加PAM(加药量为0.5mg/L)，在搅拌叶轮作用下与浓缩区回流泥渣接触反应生成大颗粒矾花，出水进入沉淀区进行泥水分离，沉淀区安装有斜管，清水由池顶集水槽收集，污泥进入浓缩区，经浓缩后的泥渣部分回流至絮凝区，剩余部分排至污泥浓缩池。

3)重力无阀滤池：尺寸为L×B×H=15m×10m×5m，钢混结构。采用小阻力滤板配水系统，滤池内设有无烟煤和石英砂双层滤料，进一步去除澄清池出水中的微小悬浮杂质和胶体颗粒。无阀滤池利用水体自身重力完成过滤及反冲洗过程，动力消耗低，操作简单。

4)消毒处理：滤池出水自流进入清水池，尺寸为L×B×H=10m×8m×5m，钢混结构。在清水池进水管道中加入ClO2消毒剂，去除水中菌类和微生物，消毒剂加药系统由ClO2发生器和ClO2射水泵组成，ClO2发生器的产氯量为3000g/h。

5)污泥处理：包括污泥浓缩池和脱水机。浓缩池尺寸为L×B×H=10m×7m×4m，钢混结构，有效容积为250m3，主要是依靠重力浓缩降低污泥含水率，浓缩池拍出的泥浆含水率约为95%，泥浆经渣浆泵输送至离心脱水机，脱水机处理量为30m3/h，离心后的滤液水回流进入浓缩池，脱水机出口的煤泥含水率<75%。

2.3 处理效果

矿井水处理站自2018年7月份投运以来，出水水质良好，对悬浮物去除率达到90%以上，出水悬浮物小于10mg/L。进出水浊度检测结果如图3所示，高效澄清池出水浊度小于15NTU，无阀滤池出水浊度小于5NTU，出水满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》(GB 50383—2016)、《煤炭工业污染物排放标准》(GB 20426—2006)以及《工业循环冷却水处理设计规范》(GB/T 50050—2017)等标准。

图3 进出水浊度变化曲线

3 出水回用研究

矿井水处理站产水量为1060m3/h(煤泥带走水量约2m3/h)，根据煤矿的实际运行情况，出水约130m3/h回用于井下生产用水，约10m3/h回用于地面生产用水(地面生产用水大部分采用的是生活污水处理站出水)，剩余920m3/h达标排放。由于在满负荷情况下4×600MW燃煤机组循环水补水量高达4100m3/h，补水水源为地表水，为了实现节水减排以及有效保护周边水体，该企业计划将处理达标的920m3/h矿井水作为循环水补水。

由于排污许可证对燃煤机组生产废水总磷排放限值为0.5mg/L，因此选用环保型无磷水稳剂通过极限碳酸盐法[11-16]确定循环水浓缩倍率，选用五种水稳剂开展试验，结果见表2。根据试验结果，采用#4水稳剂循环水极限浓缩倍率为6.03倍，工业应用值可达到5.13倍。因此，最终确定采用矿井水后循环水浓缩倍率控制为5倍，以实现循环水高浓缩倍率运行。

4 效益分析

按照设备年运行时间5000h计，经济效益分析见表3。根据表3的统计结果，矿井水处理成本为222万元/a(即0.42元/t水)。矿井水处理后全部作为煤矿和电厂生产用水，每年可减少地表水取水量530万m3，减少取水费450万元；每年可减少废水外排531万m3，减少排污费318万元，则年经济效益合计为546万元。此外，每年可减少COD排量185.92t、减少氨氮排量25.49t、减少悬浮杂质排量4035.60t，年污染物减排合计4247t。由此可见，将矿井水处理后回用具有显著的经济、环保和社会效益。