浅谈某矿井的污水处理及再利用Word文档下载推荐.docx

1、对于煤矿企业来讲,在开采煤矿过程中会产生大量的煤粉、岩石粉尘以及其它悬浮物等,这些污染物伴随着煤矿施工人员的生产和生活用水,进入到水中,从而使得矿井的污水中悬浮物、硫化物以及化学需氧量等含量过高。如直接排放至河流或者市政污水管网,不但会增加市政部门污水处理的负担,而且也会对地下水资源系统进行污染和破坏。因此,作为煤矿施工企业来讲,水资源对煤矿的生产、生活都是必须的保障,而污水的处理更是企业经营、社会可持续发展的基础。如何做好矿井的污水处理及再利用,是每个煤矿企业都应该重点管理的问题。本文以神东乌兰木伦矿为案例,具体分析下煤矿项目开采过程中污水的处理和重复利用技术。此矿井开采年限已超过20年,近

2、年来发现附近的地下水位有了明显的下降趋势,地表水和地下水也都遭到了不同程度的污染和破坏。并且,随着开采工程的继续,还会增加生产污水的排放量,导致项目后续的生产和生活都出现了用水紧张的问题。该矿区内水文条件相对简单,经分析检测得出,矿井生产用水主要都排放在一个固定的矿坑内,矿坑每小时排污水量约为110 m3,年均排放量约为960000 m3。经检测得出,矿井排污水中的主要污染物是以煤粉与岩尘为主的固体悬浮物,并含有少量的有害金属元素、硫分、无机物以及各种有机碳元素等,其中主要的悬浮物含量为500560 mg/L,属于高浊度废水,常温状态下测得pH值约为2.53.2,属酸性。2 矿井水污染物分类及

3、常规处理方法矿井水的水质受到水文地质的条件、地质化学以及开采条件的影响等,在开采过程中与煤层、岩层接触,再加上人类生产活动等影响,形成了一系列的物理、化学反应,使得其水质带有显著的煤矿企业特征。矿井水中的污染物根据其特征,主要可以分为悬浮物矿井水、高矿化矿井水、酸性矿井水和特殊污染物矿井水。2.1 悬浮物的处理矿井水中的悬浮物主要有煤粉和岩粉构成,它们很难自己沉淀,通常需要借助于一定混凝剂,来提高其混凝沉淀的效率。常用到的混凝剂有硫酸铝和聚合氯化铝,如果该类型矿井水中的污染物主要为悬浮物,且矿化度不高的情况下,使用混凝、沉淀以及过滤、消毒等过程,就可以实现矿井水的净化处理,其出水水质可达到生活

4、饮用水标准。2.2 高矿化度矿井水处理高矿化度矿井水是指含盐量大于1000 mg/L的矿井水,我国的高矿化矿井水其含盐量通常在10003000 mg/L,甚至更高。矿井水中的盐成分主要来自于水中K+、Na+、SO42-、Mg2+等离子,其硬度要高于生活饮用水标准,更不适合矿业生产过程中的锅炉用水。因此,高矿化度矿井水的处理,主要是除去水中的上述离子。现在常用到的方法有离子交换法,即利用阴阳离子的交换来除去水中的离子,以降低其含盐量。但该方法仅限于低矿化度矿井水,含盐量小于500 mg/L时处理效果比较明显。此外,还有电渗析法在我国高矿化度矿井水中应用较多。电渗析法是通过外加直流电场,利用离子交

5、换膜对于溶液中离子的选择透过性,使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。但该方法对于污水的利用效率不高,通常待处理的矿化水经过电渗析器净化后,可以得到浓缩液和淡化水,淡化水为总进水量的60%左右。2.3 酸性矿井水处理酸性矿井水处理最普遍的方法是酸碱中和法。主要的中和剂有石灰石、大理石、石灰等碱性物质,价格都比较便宜,其中尤以石灰石及石灰最为常用。在具体的酸性污水处理过程中,可以根据中和剂的价格、运输的便利以及中和剂的反应性能来选择合适的中和剂。酸性矿井水的处理装置,最简单的有滚筒法,即以滚筒为载体,将酸性水与石灰石进行中和反应,出水经沉淀后可达到排放标准。其次,常用到的还有石灰石升流膨胀过滤中和

6、法。该方法是以小颗粒的石灰石为滤料（直接小于3 mm）,待处理的酸性水从滤池底部进入滤池内,使石灰石滤料膨胀,从而使得中和反应沿着流线方向连续不断的进行,其出水经过沉淀处理后便可以排放。3 矿井污水处理工艺流程根据煤矿项目的特征,在施工过程中需要用到生活用水和生产用水两部分。而目前国内的矿井污水处理及回用体系,也仅是供给生产用水。生活用水部分则需要根据实际情况自行解决。因此,案例中神东乌兰木伦矿井企业为了满足工人生活需求,在矿区中打了一口生活井,井深约120 m,其水质经过相关部门检查,可作为饮用水使用。而在矿井内则设置了一套污水处理系统,处理过的污水一部分用于矿井开采的生产用水;另一部分用泵

7、抽至地表作为工业用水或者其它杂用水,余额部分则直接排至地表。3.1 调节池该矿井污水属于工业废水,水量和水质都会随着矿业开采有不同的变化,污水中有机物或煤粉等含量也有较大差异,这就为后续环节中污水处理增加了困难。为了更好的达到污水处理效果,在细格栅之后要设置调节池,让污水能够在调节池内有充分的混合时间,确保调节池出水的水质和水量稳定。因此,调节池的作用可以归纳为两部分,一是调节水质,使得不同时间、不同浓度的污水在调节池内混合,达到均匀水质排出;二是调节水量,使得不同时间、不同流量的污水在调节池内混合,达到均匀流量流出。该项目中,水力停留时间设为3小时,根据第一章中每小时平均污水流量110 m3

8、,得出设计流量Q=110 m3/h24 h=2640 m3/d= 0.03 m3/s,调节池的有效容积为:V=QT=110 m3/h3 h=330 m3,其中假设池子高4.5 m,实际有效水深为4 m,则调节池的面积为330 m3/4 m=82.5 m2,根据面积以确定池子的长度和宽度。3.2 一步净水器一步净水器相当于竖流式沉淀池,又称立式沉淀池,是池中废水竖向流动的沉淀池。池体平面图形为圆形或方形,水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30 mm/s）,管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为0.50.7 mm/s,沉淀时间采用11.5

9、 h）,悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中,澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200 mm）靠静水压将泥定期排出。竖流式沉淀池的优点是占地面积小,排泥容易,缺点是深度大,施工困难,造价高。常用于处理水量小于20000 m3/d的污水处理厂。3.3 重力式无阀过滤器钢制重力式无阀过滤器系列产品广泛应用于地表水净化、地下水除铁除锰、循环水旁流过滤、生产废水除悬浮杂质、有机污水经生化处理和二次沉淀池处理之后的后续过滤以及室内游泳池水的过滤是一种理想的水处理设备。重力式无阀过滤器是一种不需要阀门的快滤池,在运行的过程中,出水的水位保持

10、恒定不变,进水的水位则随着滤层水头损失阀增加而不断在吸管内上升,当水位上升到虹吸管管顶,并形成虹吸时,就开始自动滤层反冲洗,冲洗掉废水沿虹吸管排出池外。重力式无阀过滤器的进水、出水、冲洗及排水均不用阀门,靠水力作用自动运行,运行费用低,管理方便,安全自动化,设备一体化,进水箱、过滤器、反冲洗水箱等组装一体,结构紧凑,用户只需按要求做设备基础和接通进出水管即可投入运行。同时,该过滤器系列产品均装有顶盖,卫生防护条件好,可以露天设置,与钢筋混凝土滤池相比自重小,采用沥青砂柔性基础。3.4 污泥浓缩脱水一体机污泥浓缩脱水一体机的使用是利用重力脱水,挤压脱水原理脱掉污泥中的水分,能够按照不同的分类有带

11、式污泥浓缩脱水一体机、转鼓式污泥浓缩脱水一体机和卧式污泥浓缩脱水一体机等,用于沉淀池污泥消化处理,省去污泥浓缩池,减少占地,节约费用。3.5 复用水池复用水池的作用是让过滤后的洁净澄清的滤后水沿着管道流往其内部进行贮存,并在清水中再次投加入液氯进行一段时间消毒,对水体的细菌、大肠杆菌等病菌进行杀灭以达到灭菌的效果。另外,清水池作为矿井污水处理后的储存容器,其主要用途在于供给矿井开采过程中的生产用水。在满足生产用水的基础上,清水池内多余的水源可以作冲洗厕所、消防、绿化等其它用途。本案例中,项目采用保证生产用水量,多余的水作为其他用途（包括直接排放）的模式。在清水池内设置隔墙和溢流墙,首先算出生产

12、用水的需求量,在清水池内设置生产用水的体积和水位线（水池内溢流墙以内部分水源即是生产用水量）。隔墙的上部封闭,和清水池顶端一平,下端则是敞口或者底部带孔,方便水从下部流通。这样,清水池内的水通过隔墙进入到溢流墙内,为生产用水提供水源。而当水池内的水作它用时,溢流墙内的水则需要通过隔墙底部进行流通,便能够保证贮水池底部不会出现死水的现象,同时有溢流墙的存在也能保矿井开采的生产用水不做它用。可以看到,在平时用提升泵将池内多余的水（除去煤矿开采生产用水之外多余的水）提升至矿井上,别做它用。同时,提升泵吸水管不需要开孔,吸水井的平面尺寸比贮水池平面尺寸小得多,空气能很快进入吸水管,破坏吸水管真空,水泵

13、停止吸水,挟气运行时间短,大大减轻气蚀现象;而且也不致提升泵空转,导致水泵轴承及连接件发热损坏。本案例中该系统的设置是设计人员参照消防、生活用水合用一个贮水池,怎样保证消防用水不做它用的措施设计出来的。而根据实际情况,针对不同的项目,也可以在保证生产用水的基础上,利用这套系统原理不变,有针对性的利用清水池中的水源。4 污水处理后指标分析该矿井项目的废水经过以上环节的处理之后,水质较以前有了明显的改善,从清水池中流出的水质在感官上、气味以及各项指标都能满足生产用水以及排放的要求。处理前后水质中各指标对比见表1。5 经济效益分析据不完全统计,我国不同地区的近100个重点矿区中,有73%的煤矿开发项

14、目处于缺水状态,其中40%属于严重缺水的情况。而项目也不例外,在没有进行污水处理之前,煤矿企业每年光是上交给市政部门的平均排污费用就高达40万元,等于是委托污水处理厂进行矿井废水处理,而且还有少部分的水因管理不到位,直接排入了地下水资源中,严重污染了生态环境。在建设了自己的污水处理系统之后,为矿山企业带来的经济效益主要体现在以下几个方面。（1）污水处理系统运行的第一年,企业的污水排放费用就从原来的40万元骤减至11万元,节省的29万元几乎平衡了污水处理设备的购置及安装费用,而后面几年的生产经营中,该部分节省的资金则大大减缓了企业的开支。（2）该项目原生产用水是采取大功率提升泵抽取井水的方式,尤

15、其是近年来地表水位下降,增加了生产用水的成本。在完成了污水处理系统之后,在井下实现了废水处理的二次利用,直接用于生产用水,无需再从井口地面供应井下的生产用水,为节省打井费用和水井维护、运行费用以及生产用水供给费用约30万/年。（3）神东乌兰木伦矿井中原有的排水设备系统,常年承受污水中固体悬浮物的冲击磨损严重,经过污水处理之后,使得原排水系统设备使用寿命平均延长5年以上,水泵、排水管道购置及安装、维护等综合费用,平均节省8万元/年。（4）经过处理后的污水,提升至矿井上,作为绿化、道路清洗、建设施工用水（如混凝土搅拌用水等）、冲厕所及员工洗衣服等用水,节省了原来使用自来水的水费约15万元/年。（5）该污水处理系统设置在采煤形成的废弃巷道中,充分利用了剩余资源,减少了在地表设置构筑物的一些必要措施成本投入,如冬季的采暖设施、屋面的结构设施等。6 结语本工程案例中神东乌兰木伦矿矿井的污水处理系统设置,实现了工业废水的处理与二次利用,在很大程度上缓解了矿山开采项目中缺水的问题。污水的处理及重复利用