我國(guó)礦井水凈化處理技術(shù)起始于上世紀(jì)70年代末,目前用于處理能力在每天幾萬(wàn)t以下的,處理地表江河、湖泊水的凈化處理構(gòu)筑物,在煤礦礦井水處理工藝中大部分被 采 用過(guò),如預(yù)沉調(diào)節(jié)池、反應(yīng)沉淀池(或澄清池)、過(guò)濾池等。礦井水凈化處理后可作工業(yè) 用水或生活用水。已投入使用的凈化處理技術(shù)主要有:沉淀、混凝沉淀、混凝 沉淀過(guò)濾(混凝澄清過(guò)濾)等。處理后直接排放的礦井水,通常采用沉淀或混凝沉淀處理技 術(shù)。處理后作為生產(chǎn)用水或其它用水的,通常采用混凝沉淀過(guò)濾(混凝澄清過(guò)濾)處理技術(shù) 。處理后作為生活用水,過(guò)濾后必須再經(jīng)過(guò)消毒處理。有些含懸浮物的礦井水含鹽量較高 ,處理后作為生活飲用水還必須在凈化后再經(jīng)過(guò)淡化處理。?
1 礦井水處理技術(shù)現(xiàn)狀
?。?)混凝劑和混合形式。
含懸浮物礦井水凈化處理通常采用鋁鹽或鐵鹽混凝劑。目前聚合氯化鋁較為常用,也有用 聚合鋁鐵的。絮凝劑主要采用聚丙烯酰胺。
礦井水處理中混凝劑混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和機(jī)械混合,其中水泵混 合較常采用。?
?。?)沉淀和澄清。
礦井水凈化處理采用沉淀池或澄清池作為主要處理單元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管(板)沉淀,其處理能耗小,但存在處理設(shè)施占地面積大,沉淀污泥易堵塞造成排泥不 暢等缺點(diǎn)。機(jī)械加速澄清池、水力循環(huán)澄清池都是集混凝反應(yīng)和沉淀過(guò)程于一體的水處理設(shè) 施,水力循環(huán)澄清池具有處理過(guò)程中動(dòng)力消耗低、耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、設(shè)施維護(hù)簡(jiǎn)單和 操作方便等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械加速澄清池占地面積較小,但處理能耗大、設(shè)備維護(hù)工作量大,實(shí)際 應(yīng)用中處理效果不如水力循環(huán)澄清池好。氣浮池也有應(yīng)用,但應(yīng)用較少。?
?。?)過(guò)濾。
礦井水處理常用的過(guò)濾設(shè)施有快濾池和重力式無(wú)閥濾池??鞛V池管路、閥門(mén)系統(tǒng)復(fù)雜,反沖 洗操作繁瑣;重力式無(wú)閥濾池能自動(dòng)反沖洗,操作簡(jiǎn)便,管理和維護(hù)方便。濾池通常采用無(wú) 煙煤和石英砂雙層濾料。?
?。?)消毒。
礦井水凈化處理后作為生活用水必須經(jīng)過(guò)消毒處理,一般采用二氧化氯消毒,次氯酸鈉 和液氯采用較少。?
?。?)礦井水中主要含有以煤屑為主的懸浮物,具有色黑、加藥后 形成的 礬花結(jié)構(gòu)松散、沉降速度慢等特點(diǎn)。許多含懸浮物礦井水處理工程,投入運(yùn)行后,設(shè)計(jì)水量 和水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,主要是因?yàn)榉磻?yīng)不充分、平流或斜管沉淀池表面負(fù)荷取值較大所 致。另一方面,由于提升泵、供水泵、加藥設(shè)備、消毒設(shè)備、控制系統(tǒng)和附屬建(構(gòu))筑等 均按設(shè)計(jì)處理水量設(shè)計(jì),這就造成工程投資的巨大浪費(fèi)。?
(6)不同煤礦的礦井水中所含懸浮物的濃度差異較大,決定了投加混凝劑種類和數(shù)量不盡相 同。由于混凝藥劑選擇和投加不當(dāng),使得一些煤礦礦井水處理后達(dá)不到預(yù)期效果。由于不能 及時(shí)對(duì)進(jìn)水和出水水質(zhì)、處理流量、加藥量、水池液位等進(jìn)行監(jiān)控,許多礦井水處理工程 只有水泵和簡(jiǎn)易的加藥裝置,因此,礦井水處理后的水量和水質(zhì)無(wú)法得到保證。?
?。?)煤礦井下生產(chǎn)使用的采掘機(jī)械需要使用乳化油和機(jī)油,油類物質(zhì)進(jìn)入礦井 水中,采用常規(guī)混凝、斜管沉淀和過(guò)濾技術(shù)不能有效去除礦井水中的油類物質(zhì)。?
2 姚橋煤礦礦井水凈化處理工藝
姚橋煤礦礦井水處理工程的設(shè)計(jì)處理能力為9000t/d,處理后作為生產(chǎn)和洗澡用水,采用混 凝反應(yīng)、澄清、過(guò)濾及消毒工藝,流程見(jiàn)圖1。?
圖1 礦井水處理工藝流程
礦井水由井下排水泵提升至預(yù)沉調(diào)節(jié)池,自流進(jìn)入吸水井,由提升泵提升進(jìn)入水 力循環(huán)澄清池,泵前加入混凝劑、泵后加入絮凝劑,水力循環(huán)澄清池出水自流進(jìn)入重力式無(wú) 閥濾池,濾池出水自流進(jìn)入清水池,清水池前投加二氧化氯進(jìn)行殺菌消毒。無(wú)閥濾池的反沖 冼水自流進(jìn)入集水池,由潛污泵提升進(jìn)入預(yù)沉調(diào)節(jié)池,以提高礦井水資源的利用率。水力循 環(huán)澄清池內(nèi)泥斗中的煤泥水定時(shí)排放至煤泥濃縮池,濃縮后經(jīng)渣漿泵提升進(jìn)入壓濾系統(tǒng)處理 。?
3 礦井水處理工藝特點(diǎn)
姚橋煤礦礦井水處理工程根據(jù)礦井水水質(zhì)特點(diǎn)確定工藝技術(shù)參數(shù),采用一次提升到水力循環(huán) 澄清池,再自流進(jìn)入后續(xù)各處理構(gòu)筑物,出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠,動(dòng)力設(shè)備較少,能耗較低。
采用水力循環(huán)澄清池與重力式無(wú)閥濾池相結(jié)合的工藝技術(shù),主要處理構(gòu)筑物采用鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu),具有占地面積小、使用壽命長(zhǎng)、工程投資省、工藝簡(jiǎn)單、操作管理方便、運(yùn)行成本低 等特點(diǎn)。?
礦井水中浮化油在投入電解質(zhì)混凝劑后脫穩(wěn),被水力循環(huán)澄清池內(nèi)大量的回流泥渣截留和吸 附,得以有效去除。?
姚橋煤礦礦井水凈化處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加藥、自動(dòng)排泥、自動(dòng)反沖洗的全過(guò)程監(jiān)控,包括 電 控系統(tǒng)、上位監(jiān)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和儀表檢測(cè)系統(tǒng)。儀表檢測(cè)系統(tǒng)包括加藥流量、處理流量 、水池液位和加藥箱液位、進(jìn)水和出水濁度等連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)。?
4 效益分析?
4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析
姚橋煤礦礦井水處理工程實(shí)施之前,全礦生產(chǎn)和生活用水主要靠抽取地下深井水,礦井水處 理工程實(shí)施以后每年可凈化利用的礦井水量為324萬(wàn)t。?
(1) 抽取地下水成本和年抽水費(fèi)用。深井水每年抽取量324萬(wàn)t;年抽水費(fèi)用206.1萬(wàn)元; 抽水成本0.636元/t。
計(jì)算依據(jù)是:水資源費(fèi)0.23元/t;電價(jià)0.52元/度;排污費(fèi)0.08元/t;現(xiàn)有水源井15個(gè),水 源 井投資28萬(wàn)元/個(gè)(其中打井費(fèi)用15萬(wàn)元/個(gè),土建、設(shè)備及安裝13萬(wàn)元/個(gè)),水源井使用 壽命20年;每個(gè)水源井提升泵1臺(tái),功率15kW,每日運(yùn)行15h,流量40t/h;每個(gè)水源井操作 人員2人,人工工資900元/月;每個(gè)水源井年維護(hù)費(fèi)用1萬(wàn)元。?
?。?) 礦井水處理成本和年凈化利用礦井水費(fèi)用。 礦井水年處理水量324萬(wàn)t;年凈化利用礦井水費(fèi)用74.5萬(wàn)元;水處理成本0.19元/t(不包括 供水電費(fèi))。
計(jì)算依據(jù)是:工程投資253萬(wàn)元,其中土建工程94萬(wàn)元,設(shè)備工程106萬(wàn)元,安裝工程35萬(wàn)元 , 其它費(fèi)用18萬(wàn)元;土建折舊按40年,設(shè)備折舊按20年;設(shè)備年維修費(fèi)按設(shè)備投資的2%;電價(jià) 0.52元/度,礦井水處理有效功率42kW,供水有效功率30kW;操作管理人員8人,人工工資900元/月;聚合氯化鋁(PAC)2000元/t,投加量30mg/l;聚丙烯酰胺(PAM)20000元/t,投 加量0.3 mg/l;處理水量9000t/d,年有效生產(chǎn)天數(shù)360d。?(3)年經(jīng)濟(jì)效益。
年經(jīng)濟(jì)效益=年免抽取深井水費(fèi)用+年免交排污費(fèi)-年凈化利用礦井水費(fèi)用=206.1+25.9(0.08 元/t?4萬(wàn)t)-74.5=157.5萬(wàn)元。?
4.2 環(huán)境效益分析
姚橋煤礦礦井水凈化處理后,每年可減少排放懸浮物630t,環(huán)境效益明顯。
4.3 社會(huì)效益分析
礦井水凈化處理后作為生產(chǎn)和生活用水可以減少地下深井水的開(kāi)采量,節(jié)約地下水資源,保 護(hù)礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡;可以解決過(guò)度開(kāi)采地下深井水帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題,改善煤 礦企業(yè)和周?chē)迩f之間的關(guān)系;可以解決礦區(qū)用水量日益增加和水資源越來(lái)越短缺的矛盾, 保證煤礦企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng),提高煤礦企業(yè)的綜合效益,促進(jìn)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。?
5 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)煤礦礦井水年排放量約為22億t,而礦井水的資源化利用率僅在20%左右,大量未經(jīng)處理 的礦井水直接排放,不僅污染了環(huán)境,而且還浪費(fèi)了寶貴的礦井水資源。我國(guó)煤礦企業(yè)多分 布在干旱和半干旱地區(qū),水資源較貧乏,約2/3的煤礦缺水和嚴(yán)重缺水,生產(chǎn)和生活用水 緊張,在相當(dāng)程度上制約了煤炭生產(chǎn)和礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。?
姚橋煤礦礦井水凈化處理技術(shù)為國(guó)家“九五”期間重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目,其處理技術(shù) 在其它煤礦區(qū)應(yīng)用,會(huì)有廣闊的推廣前景。
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