礦井水處理技術研究與應用

楚 天，劉善勇

(山東新巨龍能源有限責任公司，山東 巨野 274918)

1 概況

山東新巨龍能源有限責任公司是新礦集團響應山東省委、省政府提出的“突破菏澤、帶動西部，促進全省經濟發展”決策，利用菏澤地區的資源優勢，綜合開發巨野礦區而成立的區域能化公司，負責巨野礦區綜合開發項目。龍固礦井位于巨野煤田中南部，東距巨野縣城約20km，西距菏澤市約40km。行政區劃隸屬菏澤市巨野縣管轄，是由煤炭工業部濟南設計研究院設計，設計能力600萬t/a的特大型礦井。龍固井田位于巨野縣境內，井田面積142.39km2，含可采煤層6層，其中主采3上煤層平均厚度6.88m。煤種以肥煤和1/3焦煤為主，屬低灰、低硫、低磷、高發熱量的優質煉焦煤。全井田地質儲量16.8億t，3#煤層的可采儲量5.1億t，煤層賦存穩定，結構簡單，適合于綜合機械化開采。礦井設計服務年限為82a。

2 礦井水資源現狀

煤炭在我國能源結構中占70%以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經處理直接排放，勢必對環境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現循環經濟的目標。據統計，我國40%的礦區嚴重缺水，已制約了煤炭生產的發展。西北礦區多處于山區，水資源更為缺乏，地表水又多為間歇性河流，枯洪水季節流量相當懸殊，常年流量稀釋能力差，排入河流的污水造成嚴重污染。因此，開發、管理、利用好煤礦水資源，對煤炭工業可持續發展具有重要意義。

根據大量資料顯示，由于采煤廢水復雜多變，在同一礦井廢水中，同時含有鐵、錳等重金屬，硫、氟、氯等非金屬及有機污染物和懸浮物，有的礦井廢水呈弱酸性，再就是即使是同一礦井，所采層不同，廢水性質也不同，甚至是差別很大。這就給煤礦廢水治理技術的選用帶來很大的困難。通常情況是某一技術只能有效處理某一污染物，不可能把所有超標的污染物都處理好。一個煤礦不可能投入很多資金對污染物進行單項處理，這就是采煤廢水治理在技術上的難點。有的業主自行修了一兩個池子，把礦井廢水往池子一放，就是對廢水進行處理。事實上不是這樣簡單，可能連懸浮物都不能處理，金屬和非金屬就更不可能處理。

龍固礦井建礦初期，同樣面臨著礦井水處理方面資料不完善，高技術難度、高礦化度、高污染、排放水質不達標等技術難題，為確保礦井污水達標排放，查閱大量資料，專門組織人員認真學習并貫徹落實了《山東省環境保護條例》，并強調環保工作納入工程總體管理，與礦井環境建設同步開展，對參與建設的設計、施工等單位的環境保護工作進行業務指導、監督、檢查，與環境建設同步協調開展。

3 礦井水處理的綜合研究

為確保生活污水達標排放，本期設計中擬在工業場地內建立一座污水處理站，處理能力為1500m3/d。由水量平衡分析可知，生活污水產生量為1224m3/d，但進入生活污水處理站的廢水中還包括260m3/d的工業場地生產廢水，因此，實際進入生活污水處理站的廢水總量為1484m3/d，設計處理能力幾乎沒有余地，存在一定的風險。單純從生活污水量1224m3/d來看，設計處理能力尚有近276m3/d的余量，比較可靠。因此，從處理后的廢水去向分析，有260m3/d用于洗煤系統，而洗選煤用水水質要求較低，對于來自生產系統制冷、熱交換站、選煤設備冷卻、地面生產系統等污水，其中污染物含量很低，均可以不處理直接用于洗選煤，這樣一方面建設了處理費用，另一方面確保了處理能力的可靠性。

山東省內已運行的礦區中，生活污水多采用傳統活性污泥法和生物轉盤法。但運行時間經驗證明，由于污水的濃度較低，難以形成活性污泥和生物膜，給污水處理站的管理和運行造成很大困難，致使部分污水處理站不能正常運轉，難以發揮治理污染、保護環境的作用。

隨著對煤礦生活污水水質的進一步了解和處理的研究和發展，氧化塘法、土地處理法和生物接觸氧化法等處理工藝在我國煤礦生活污水處理中得到了廣泛應用，并取得了良好的效果。

氧化塘也稱生物塘或穩定塘，其原理是利用水中微生物來分解水中的有機物，分解產物作為水中藻類生長所需的營養物質，藻類進行光合作用放出氧氣，又供給好氧微生物之需，從而使污水凈化。其特點是工程簡易，投資??；處理后水質可以達到《農田水質灌溉標準》，用于灌溉農田，實現污水資源化；處理成本低，能耗小。其缺點是凈化效果受季節性氣溫影響較大，不夠穩定，且占地面積較大。

土地處理法也叫污水灌溉。其優點是凈化污水，保護環境；給土壤提供水分和肥分，從而改良土壤；具有明顯的經濟效益和環境效益。其缺點是如果使用不當，反而導致農作物減產、惡化環境、傳染疾病、破壞生態平衡。

生物接觸氧氣法是介于生物活性污泥法和生物膜法之間的污水處理工藝，其原理是在池內設置填料，并浸沒于充氧的污水中，污水以一定速度流經填料。填料上長有生物膜，污水與生物膜相接觸，在生物膜微生物的作用下得到凈化。

前兩種方法受到使用條件的限制，目前在土地肥沃的平原地區很少采用。因此，工業場地生活污水處理工藝采用生物接觸氧化法。該處理工藝的生物量較大，氧利用率高，具有處理低濃度生活污水的優勢。由于工業場地生活污水中的有機物含量偏低，可不設沉砂池和初沉池，污水直接進入二級處理，但需要加細格柵或采用水力篩以攔截污水中的漂浮物。

工業場地污水中以生活污水為主，工業廢水比重較小且不含有毒有害物質，污水具有較好的可行性化，設計采用生物接觸氧化法處理工藝是合理可行的。工業場地污水處理設計采用2臺MDS-AO-15污水處理裝置，該裝置CODcr、BOD5去除率可達70%～80%和SS去除率可達80%以上，排水水質理論上可符合《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級排放標準，其處理效果見表1。

表1 水質排放標準

MDS-AO-15污水處理裝置為一體化污水處理設備。據調查，一體化污水處理裝置在山東省新汶礦區、兗州礦區都有使用的實例，但運行結果表明，一體化污水處理裝置不切合礦區生活污水的特性，同時存在設備質量可靠性較差、設備不盡合理、耐沖擊負荷能力較低、檢修維護不方便等不可克服的缺陷，難以保證正常運轉而導致污水超標排放，設備均被閑置，造成投資的浪費，因此，工業場地污水處理不宜采用一體化污水處理裝置，應采用常規的生物接觸氧化工藝。

該項目解決了礦井水高技術難度、高礦化度、高污染、排放水質不達標等的難點，工業性運行結果表明，該項目的設計運行均達到預定指標。

將高污染、高礦化度礦井涌水經過處理回用于生產和生活，符合國家可持續發展和節能減排的政策要求，對于建設生態文明型、資源節約型和環境友好型企業，有著非常重大的意義。

4 實踐及效益狀況

4.1 礦井水處理

礦井水年處理水量720萬t，電費88.13萬元，人工工資7.75萬元，藥劑費144萬元，折舊57.15萬元，其他40.5萬元，總計337.53萬元，噸水成本0.47元。從水源地開采新水供到礦井工業廣場，成本為2.5元/t，礦井生產每年用水327.4萬t，

節水效益：327.4×(2.5-0.47)=664.6萬元。

4.2 生活用水處理

噸水電費1.06元/t，工資0.04元/t，藥劑費用0.09元，折舊等0.08元/t，總計1.27元/t。從水源地開采新水供到礦井工業廣場總成本為2.5元/t，礦井生活及進口設備冷卻年用水160.6萬t。節水效益：160.6×(2.5-0.47-1.27)=122.1萬元。以上共計節水增效786.7萬元。

礦井水經過凈化處理后，出水水質可以達到煤礦工業用水要求和中水回用要求，出水可回用于井下、井上生產系統灑水及消防、煤壁注水、防水灌漿用水、選煤廠生產用水、地熱空調用水等環節，每年可減少向環境排放COD2996t，SS1813t，減少了污染物的排放量，有效保護了當地水環境和節約了當地水資源，具有良好的社會效益和環境效益。

5 總結

為保護地表水環境避免水資源的浪費，對于不同用途的礦井水應根據涌水水質要求而采取不同的處理工藝。礦井水主要受煤塵、揚塵的污染，水質指標中SS濃度較高，其余污染物濃度較低，因此不需要進行生化處理。

選煤廠生產補充用水和防火灌漿站涌水對水質要求不高，這部分回用的礦井水可采用混凝沉淀的常規方法進行處理就可以滿足生產用水的要求。井下消防灑水、工業場地綠化和道路灑水的用水與人體或植物直接接觸，對于水質要求較高，尤其是井下消防灑水對SS要求較高以避免噴頭堵塞，因此這部分回用地礦井水在采用混凝沉淀后，需采取過濾、消毒等進一步進行凈化處理。目前，已廣泛采用的礦井水凈化處理措施，主要是物理化學方法，通過混凝、沉淀、過濾的處理工藝，使礦井水得到凈化，處理效果較好，礦井水平均回用率達35.08%，為企業帶來了環境效益和經濟效益。