矿井污废水的综合利用及处置方案研究

李盛开

(山西宁武大运华盛能源集团有限公司，山西 宁武 036700)

引 言

煤矿生产中不可避免地会有大量的地下水涌出，所涌出的水一般都未经处理直接排放至地面，由于矿井污废水中含有大量的重金属、硫化物等有害物质，不仅会对周围环境造成污染，而且还造成了水资源的浪费。为解决矿井污废水的污染和水资源浪费问题，需加强对矿井污废水的综合利用，并根据处理效果应用于不同场所和领域[1]。本文注重研究矿井污废水的综合利用和处置方案。

1 矿井污废水处理现状分析

以某煤矿为研究对象，经核算可得：该煤矿正常开采生产时所需生活用水量(供职工使用)约为500 m3/d；地面生产用水量(锅炉、消防以及洗煤厂使用)约为900 m3/d；工作水面生产(降尘使用)约为1 600 m3/d。综上所述，该煤矿正常生产、生活用量约为3 000 m3/d。

为提高矿井污废水的使用率，采用相应处理工艺将矿井污废水处理后可满足生活饮用水、选煤厂涌水、工作面降尘以及地面洒水的水质标准要求。目前，该煤矿污废水的处理工艺如图1所示。

当前矿井污废水处理系统在实际应用中存在如下问题：

1) 经监测可得，该煤矿在正常生产时排水量为10 080 m3/d，而当前污废水处理系统的实际处理能力仅为5 280 m3/d，处理能力明显低于工作面涌水量。

图1 矿井污废水处理工艺流程

2) 当前矿水处理系统针对该煤矿高悬浮物矿井污废水的处理效果不佳，导致处理后水的浊度为40 NTU，远高于标准所规定的3 NTU。

3) 当前矿井污废水处理系统的排泥效率较低，且地下调节池容积不能够满足矿井污废水排水与絮凝沉淀池之间的调节容积。

4) 当前矿井污废水处理系统中的超滤装置存在堵塞严重的问题[2]。

为实现对矿井污废水的综合利用，提高其利用率，需对其当前污废水处理系统进行改造。

2 矿井污废水综合利用方案设计

2.1 设计原则

为确保矿井污废水经处理后能够满足矿井生产的需求及矿井污废水的利用率，所设计的矿井污废水综合利用方案需遵循如下原则：

1) 要求矿井污废水处理系统的处理能力≥工作面正常排水量10 080 m3/d。

2) 针对煤矿生产中正常生活用水的需求量，采用除盐水出水水质的处理措施。

3) 将矿井污废水正常脱盐处理后水主要供洗煤厂、电厂使用。

2.2 矿井污废水综合利用方案改造设计

矿井污废水综合利用方案包含有矿井污废水的处理工艺、污泥浓缩工艺、反渗透浓盐水处理工艺[3]。各个工艺设计如下：

矿井污废水处理工艺流程：矿井污废水→调节池→沉淀池→无阀滤池→中间水池→超滤升压泵→超滤装置→超滤产水池→升压泵→高压泵→反渗透装置→反渗透产水池。

矿井污废水污泥处理工艺流程：污泥水→污泥池→污泥提升泵→浓缩机→螺杆污泥泵→脱水机→输送机→污泥输送。反渗透浓盐水处理工艺：反渗透浓盐水→浓盐水池→浓盐水输送泵→蒸发池。

矿井污废水综合利用改造方案：

1) 将原污废水处理系统中的调节池改造为反渗透产水池，并将原处理系统中的净水器拆除。

2) 将原污废水处理系统中的卧式超滤装置改造为立式超滤系统，所增加超滤系统的台数为4台，每台超滤系统的处理能力为120 m3/h。

3) 由于原污废水处理系统中反渗透装置所得水的矿化度为3 729.66 mg/L，远远超过生活用水的正常矿化度1 000 mg/L的标准要求。将原发渗透装置中的压力容器和膜元件进行更换处理。其中，压力容器更换为高压泵。膜元件采用两段膜元件，一段为120支，二段为80支。预测反渗透装置经上述改造后所出水的矿化度为240 mg/L。

4) 针对当前处理系统污泥处理效率低的问题，主要原因为污泥浓缩机和箱式压滤机的处理能力不足所导致[4]。为此，针对污泥处理工艺更换箱式压滤机、置换污泥输送泵、置换螺旋污泥输送机以及增加空压机的改造措施。

据矿井污水处理及综合利用工艺，为各个工艺配置如表1所示的设备类型、型号及数量。

表1 矿井污废水综合利用系统设备

采用上述改造方案后，该煤矿污废水的处理工艺流程如第216页图2所示。

2.3 矿井污废水处置方案

经对矿井污废水处理系统改造后可满足煤矿生产生活用水、洗煤厂用水、电厂用水以及工作面用水的水质标准要求。对于剩余未处理的矿井污废水采用反渗透浓盐水处理工艺达标后将其排放。反渗透浓盐水处理工艺：反渗透浓盐水→浓盐水池→浓盐水输送泵→蒸发池。

将未处理矿井污废水预处理后进行全部脱盐处理，为保证矿井排水达标，对原反渗透装置进行改造，并增加两台发渗透装置。改造后，反渗透浓盐水处理工艺的反渗透装置共有四台，采用“三用一备”的使用原则[5]。经核算，改造后外排水量可达3 508 m3/d。此外，为矿井无废水配置500 m3的钢筋混凝土外排水池，并为其配置5台排水泵，排水泵的参数如表2所示。

表2 排水泵参数

经改造后矿井污废水的综合处置工艺流程如下：反渗透浓盐水、多余未脱盐水→外排水池→排水泵→排水管路→小南湖。

3 结语

煤矿生产中不可避免地会涌出大量矿井水，由于矿井水中含有大量的有害物质，不论是工业中还是生活中都不能够直接使用。为避免矿井污废水对周边环境所造成的污染，提高矿井污废水的使用率，需对矿井污废水进行综合利用和处置。鉴于X煤矿原污废水处理系统所得水的不能够满足生活、生产等水质标准要求且处理能力弱的问题，本文从如下几个方面进行改造：

图2 矿井污废水综合利用工艺流程

1) 将原污废水处理系统中的调节池改造为反渗透产水池；

2) 将原污废水处理系统中的卧式超滤装置改造为立式超滤系统；

3) 将原发渗透装置中的压力容器和膜元件进行更换处理；

4) 为未处理污废水增设外排水池、排水泵。