紅陽二礦礦井水處理系統改造的可行性分析及其技術途徑

溫明卓+吳冷

【摘 要】針對沈陽焦煤股份有限公司紅陽二礦礦井水處理能力偏低與實際排水量不相匹配的問題，采用混凝實驗、斜管沉淀池實驗、定盤過濾實驗等模擬實驗收集、分析實驗數據，并與現有工藝進行對比，提出一系列的改造方案，同時將方案進行對比確定與經濟分析，得出最優化處理改造方案，使改造后排放出的礦井水符合煤炭工業污染物排放標準。

【關鍵詞】礦井水；實驗；分析；改造

一、紅陽二礦礦井水處理概況

紅陽二礦位于沈陽市蘇家屯區紅菱鎮南紅村，礦井設計生產能力150萬t/a，礦井污水主要來自于井下排水，井下最大排水量7200m3/d，實際處理能力4000m3/d，與7200m3/d比少3200m3/d?，F工藝流程為：礦井水自流進入煤泥沉淀區，經過提升泵房進入緩沖調節區，由泵輸送至混凝區，在混凝區內投加藥劑，并與礦井水充分混合反應后進入斜管沉淀區。在斜管沉淀區中的絮凝體沉入池底，上清液達標排放。斜管沉淀區的污泥排入污泥沉淀區，經由污泥泵回排至煤泥沉淀區?，F生產工藝流程如圖1.1所示。

二、礦井污水處理存在的問題

隨著礦井采煤生產量的提高，礦井污水量也隨之增加，原有的設計工藝流程達不到要求，無論設備結構、操作技術、處理能力、出水水質等方面均不能滿足實際污水處理量需求。

1.礦井污水由2000年的4000m3/d增加到現 7200m3/d，隨著現代化礦井建設。礦井污水還有增加的趨勢，現有凈水設施和設備結構理論上可以滿足污水處理要求，但實際上存在利用問題。

2.隨著井下工作面的延長，礦井污水的濁度越來越高，而現有設計，絮凝沉淀后污泥回排至入水區，導致入水口的懸浮物濃度更為增大。

3.混凝池藥劑投配不合理或攪拌不充分，達不到最佳處理狀態。

4.斜管沉淀池的污泥斗體積不足，起不到預沉調節作用，造成整個系統超負荷運行，重復凈水，降低了礦井水處理系統的工作效率。

5.現礦井水呈黑色，感官性差，主要污染物為懸浮物（SS），是典型的無機礦井水。懸浮物主要是煤屑、巖粉、粘土等細小顆粒物，其含量為幾十到幾百毫克每升，特點是懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢。

三、礦井污水處理改造方案

（一）改造方案總體原則

1.盡量保留現有工藝，通過優化改進現系統、應用新技術提升處理能力。

2.盡量利用現有設施、減少投資，不破壞現有基礎設施結構，避免發生隱蔽工程。

3.利用現有面積進行改造，節約空間。

（二）礦井水處理技術選擇

礦井水呈黑色，感官性差，主要污染物為懸浮物（SS），是典型的無機礦井水，一般采用沉淀的方法去除。目前國內常用的處理技術有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。

1.改造方案模擬實驗分析。

（1）混凝實驗數據分析

混凝實驗部分以燒杯模擬實驗形式進行，利用現生產使用藥劑（PAC和PAM）進行不同配比實驗。實驗數據如表3.1所示。

由實驗可以看出在PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）比例為2：1、3：1、4：1的條件下水質均可達標（國家一級A標準）。選擇PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺）比例為2：1、3：1進行下一步實驗，實驗數據如表3.2、3.3所示：

實驗結論：從經濟上考慮，選擇PAC（聚合氯化鋁）6ml/L和PAM（聚丙烯酰胺）2ml/L為最優投配比。

（2）斜管沉淀池實驗

實驗測定結果如圖3.1所示。

實驗結論：斜管沉淀池模擬實驗裝置運行狀況穩定，出水水質均符合遼寧省污水綜合排放標準中對SS的規定要求（20mg/L）。

（3）定盤過濾實驗

實驗測定結果如圖3.2所示。

實驗結論：定盤過濾池實驗裝置運行狀況穩定，二次定盤出水水質符合遼寧省污水綜合排放標準中對SS的要求（20mg/L）。在前三天，隨著進水SS濃度的升高，出水SS濃度也呈現出逐漸上升的趨勢，從第四天開始進水SS濃度開始逐漸下降，但是出水水質仍呈現出逐漸上升的趨勢。分析原因如下：

①人工添加藥劑出現藥劑添加量不足，導致后期處理能力下降；

②前期進水懸浮物濃度的迅速變化導致濾布堵塞，且未啟動反洗裝置，使得后期處理能力下降。在實際工程應用中，使用加藥裝置進行藥劑添加，同時定期對定盤進行抽吸，實際運行狀況會比實驗裝置更加穩定可靠。

參考實驗數據與分析所得結論，鑒于此工程為改造工程，根據設計依據要求，擬采用“擴容或分流”的方式達到處理能力。

（三）礦井污水處理改造方案（新技術分流方案）

根據紅陽二礦目前礦井污水處理的現狀，結合《煤炭工業污染物排放標準》《遼寧省污水綜合排放標準》等要求，將現有煤泥沉淀池隔離出一部分作為定盤過濾區，通過定盤技術彌補3200m3/d的能力差距。同時將斜管沉淀與定盤處理區串聯，有助于提高出水水質，為下一步環保提標做準備。

礦井水自流進入蓄水區，經緩沖調節區后由泵輸送至混凝區，在混凝區內與藥劑充分混合反應后進行分流，分別進入斜管沉淀區和定盤處理區（也可串聯：先入斜管區，后入定盤過濾區），在斜管沉淀區中的絮凝體沉入池底后排入污泥沉淀池，上清液達標排放。定盤過濾區定期進行反洗抽吸，反洗水返回混凝區進行處理。污泥沉淀區的污泥，由泵輸送至壓濾脫水區，經板框壓濾后進行外運。

四、經濟效益分析

（一）人工費

本套工藝自動化程度較高，實際每班僅需1人，工資平均按4500元/月計，則噸水費用為（4500×3）÷（7200×30）=0.0625元，與現有每班3人比較，節約3倍。

（二）藥劑費

本礦井水處理系統使用藥劑主要有絮凝劑和助凝劑，折合噸水費用在0.29～0.45元之間。PAC（聚合氯化鋁）和PAM（聚丙烯酰胺），與現有藥劑消耗比基本持平。

（三）噸水費用

平均噸水處理成本為：0.35～0.51元。

（四）礦井水再利用節省外購費

礦內冷卻、矸石山滅火、供暖等不再外購水，年可省外購水費64萬t，64萬t/年×1.1元/t=70.4萬元/年。

（五）排污費

改造后為0，現每年約1.5～2萬元。

累計年節約用水成本85萬元。

五、環境效益及社會效益分析

為保護渾河水源，促進兩岸中下游農業生產的發展和經濟騰飛，省政府一直把渾河水治理工程作為遼寧省環保工作中的重要一項。本改造項目，在消除了礦井污水排放的同時，還節約了水資源。若在全省推廣，實現礦井水高標準排放及回用，節約其他地下水的效果將直接體現在下游水資源使用的效益上，具有極大的間接經濟效益和巨大的社會效益。

參考文獻：

[1]李秀全，西曲礦井下污水處理改造。山西建筑，2003年5月.

[2]杜志琴，淺談常村礦礦井污水處理改造。實用技術，2014.12.023.

[3]郝兵兵、王守文，屯蘭礦井下污水處理站的改造，山西焦煤科技，2003年10月.

作者簡介：

溫明卓，男，1983年3月出生，遼寧鞍山市人，遼寧工程技術大學礦物資源工程專業本科學歷，學士?，F任沈陽市沈陽焦煤股份有限公司紅陽二礦企管辦主任，工程師。

吳冷，女，1985年1月出生，滿族，遼寧鐵嶺市人。畢業于遼寧工程技術大學礦物資源工程專業，采礦工程碩士。單位：鐵煤集團，遼北技師學院； 職務：講師；endprint