中国资源综合利用综合利用China Resources Comprehensive UtilizationVol.37，No.82019年8月煤矿井下废水处理与综合利用陈俊清（湖南有色金属研究院，长沙 410015）摘要：煤矿井下废水组分复杂，通常含有大量悬浮物、有机物和重金属元素，色度较高，对环境威胁极大，必须加以有效处理。本文介绍了煤矿井下废水的水质特征和处理工艺，并以江西某煤矿井下废水工程为例，详细分析其废水处理工艺流程和主要构筑物的设计参数，以提升废水处理效果，实现综合利用的目的。关键词：煤矿；井下废水；深度处理；综合利用中图分类号：X751 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2019)08-00-03DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2019.08.019Treatment and Comprehensive Utilization of Wastewater in Coal MineChen Junqing（Hunan Research Institute of Nonferrous Metals, Changsha 410015, China）Abstract: The coal mine underground wastewater has complex components, usually containing a large amount of suspended solids, organic matter and heavy metal elements, with high chroma, which is extremely threatening to the environment and must be effectively treated. This paper introduces the water quality characteristics and treatment process of underground coal mine wastewater. Taking a coal mine wastewater project in Jiangxi as an example, the wastewater treatment process and design parameters of the main structures are analyzed in detail to improve the wastewater treatment effect and achieve comprehensive utilization.Keywords: coal mine; underground wastewater; advanced treatment; comprehensive utilization水资源是人类生存不可缺少的自然资源，也是企业实现可持续发展的必要保证。煤矿企业每开采1 t煤，约产生2 t矿井水。煤炭开采产生的大量矿井水若直接排放，将会严重污染周边环境，不仅给矿区生态环境保护带来极大的压力，还造成了水资源的浪费。有数据表明，西北地区已探明的煤炭资源量占全国的70.8%，而水资源总量仅占全国的3.7%。尽管我国矿井水资源利用率逐渐逐渐提高，但全国煤矿排水量与缺水量之间的矛盾越来越受关注。一般来说，煤矿井下废水富含固体悬浮物、有机物和重金属元素，色度较高[1-2]。煤矿企业要科学处理井下废水，推进水资源的综合利用，保护矿山生态环境。井下废水处理达标后可以回用于煤矿企业，服务生产与生活，同步提高环境效益、社会效益和经济效益[3]。本文结合江西省某煤矿企业井下废水处理工程实例，详细论述了煤矿井下废水处理工艺及其设计参数，以期提升水资源综合利用率。1 工程概况该煤矿井下废水处理工程的处理规模为：井下废水处理量Q=5 000 m3/d，回用水量Q=1 800 m3/d。设计的废水处理厂进水水质如表1所示。序号123456表1 设计的废水处理厂进水水质项目进水水质90CODCr（mg/L）SS（mg/L）125pH（无量纲）4.5总铁（mg/L）14.2总锰（mg/L）8.7石油类（mg/L）4.1井下废水经处理后执行《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006），达标后外排，回用水质收稿日期：2019-06-25作者简介：陈俊清（1979-），男，湖南长沙人，工程师，研究方向：环境工程。- -Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.第8期陈俊清：煤矿井下废水处理与综合利用综合利用要求达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，回用至澡堂供职工洗浴使用。2 井下废水处理工艺的选择2.1 井下废水的水质特点井下废水一般分为酸性矿井水和非酸性矿井水。根据现场踏勘和水质检测，该煤矿井下废水属于酸性矿井水，pH=4～5，具有大多数煤矿企业井下废水的显著特征。水质特点如下。一是井下废水多数时候比较浑浊，色度高，污染物主要为悬浮物（SS），水质变化较大，悬浮物浓度变化大，其悬浮物含量远高于地表水，感官较差。二是悬浮物颗粒直径小、比重较小、沉降速度较小。矿井废水中悬浮物颗粒直径一般只有2～8 μm，超过85%的悬浮物粒径在50 μm以下；煤粉密度一般只有1.3～1.5 g/cm3，远远小于地表水系中泥砂颗粒物的密度（2.4～2.6 g/cm3）。三是化学需要量（COD）超标，主要原因是矿井废水含有少量的污机油、乳化油、腐烂污坑木等有机物。另外，悬浮物中的煤屑中碳分子的有机还原性也会导致COD超标。四是酸性矿井废水含有有毒有害的重金属离子，铁、锰等重金属离子超标。2.2 井下废水处理与综合利用技术煤矿井下废水处理与综合利用工艺较多，但是通常采用混凝沉淀+过滤的工艺。本工程对其进行优化设计，采用的是初沉+混凝沉淀+过滤+深度处理的处理工艺。煤矿井下废水含有大量悬浮物，初沉是为了对废水中的较大悬浮物进行预沉淀。煤矿生产期间，矿井水排放量和水质具有很大的差异性。通常，煤矿每天选择在电费较低时持续排出矿井水，因此需要在排出口设置一个比较大的调节池。为此，本工程将初沉和调节池合并设计为预沉调节池，不仅具有调节水量、水质的作用，还能起到初沉的效果，提高了处理系统耐冲击负荷的能力。混凝沉淀是煤矿井下废水处理中十分重要的环节，混凝剂的选择原则是产生大、重、强的矾花，净水效果好，对水质没有不良影响，价格便宜，货源充足。常用的混凝剂是铝盐和铁盐混凝剂。过滤的主要目的是进一步去除水中的细小悬浮物，如果选配滤料得当，过滤还拥有去除铁、锰等特殊功效。鉴于矿井废水可生化性低、悬浮物含量较高的特点，本项目确定的处理思路为：井下废水全部经过初沉、混凝、斜板沉淀、过滤物化处理后，出水能稳定达标排放。深度处理一般采用反渗透工艺。为了适应反渗透膜的进水要求，防止原水中悬浮物堵塞反渗透系统，给系统运行造成障碍，影响膜的寿命，因此必须进行预处理，使原水流经反渗透膜表面之前就去除悬浮成分和易浓缩结垢的物质。该工程废水处理工艺具有以下优点：对原水水质波动适应性好，即能有效地缓冲来水水质和水量负荷的变化，从而保证合格的出水水质；管理简单、运行可靠，处理流程大大简化，操作管理及维护方便；结构紧凑，能节省宝贵的土地资源和降低投资，减少占地面积30%，节约基建建设投资20%～30%；采用高效斜板沉淀池，泥浆采用脉冲气流输送，不会堵管，无需冲洗，具有沉淀效率高、停留时间短、占地少、处理效果稳定的优点，污泥浓缩同步完成。3 井下废水处理工艺流程煤矿井下废水首先进入预沉调节池，它既可以调节水量，又可将部分颗粒煤渣沉淀；接着，废水通过提升泵提升至化学反应池，通过加药装置投加NaOH、重金属捕捉剂，调节pH值，去除重金属；然后，废水自流进入混凝反应池，同时投加混凝剂PAC和助凝剂PAM，混凝反应池出水自流进入高效斜板沉淀池，经过斜管填料沉淀后，生成大量的有机胶团，大部分悬浮物在沉淀池内下沉后除去；沉淀池的上清液自流进入多介质滤池，将水中不易沉降的固体物通过滤料的截留、拦截等作用进行过滤，通过滤池内的过滤介质，拦截水中的胶体和其他很细的物质，确保出水水质。出水进入清水池，部分进行深度处理后回用作滤池反洗水，多余的达标外排。预沉调节池和高效斜板沉淀池污泥能通过排泥泵输入污泥池，进行浓缩后再通过板框压滤机进行压滤脱水，脱水后的干污泥进行外运处置。清水池出水通过原水泵提升至前级预处理，为后续反渗透的正常运行创造良好的条件，预处理出水通过反渗透装置中半透膜的选择吸附-毛细管流动机理和筛分机理，使出水得到深度净化，出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求后进行回用。工艺流程简图如图1所示。4 主要污水处理构筑物的设计4.1 预沉调节池处理规模为5 000 m3/d，按停留时间6 h设计，有效容积V=1 250 m3，池体尺寸为26.0 m×12.0 m× 4.5 m，配套设置提升泵2台Q=210 m3/h，H=9.0 m，N=15 kW；桁架式吸泥机1台，跨距12 m，行程26 m，功率1.10+0.75 kW。- 65 -Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.综合利用中国资源综合利用第8期井下废水 预沉调节池 混凝反应池 高效斜板沉淀池 多介质滤池 多余达标排放 回用水池 深度处理 清水池 多余达标排放 图1 工艺流程简图4.2 化学反应池化学反应池主要用于投加NaOH，调节pH值，再投加重金属捕捉剂，进行反学反应。反应时间为15 min，池体尺寸为4.0 m×4.0 m×3.8 m，有效水深为 3.25 m，配套设计混合搅拌机设备1台，功率7.5 kW。4.3 混凝反应池对混凝池投加混凝剂PAC和助凝剂PAM。配套设置框式搅拌机，用于混合和混凝搅拌反应。设计反应时间为60 min，池体尺寸为13.0 m×4.0 m×4.5 m，有效水深为4.0 m，分为2格，配套框式搅拌机设备2台，单台功率1.50+0.75 kW。4.4 高效斜板沉淀池按设计流量210 m3/h设计，采用4座高效斜板沉淀池，每座斜板沉淀池由2组高效斜板沉淀器单元体组成，泥浆采用脉冲气流输送。每座斜板沉淀池的设计流量53 m3/h。设置斜板沉淀池4台，碳钢防腐，设计尺寸：12.0 m×5.0 m×2.8 m，配套设置排泥泵2台，Q=15 m3/h，H=20 m，N=3.0 kW。4.5 多介质滤池为了进一步去除废水中的悬浮物、有机物及重金属离子，确保废水达标排放，设计多介质滤池一座。设计流量为210 m3/h，过滤速度3 m/h，设计尺寸为12.0 m×6.0 m×4.6 m，分二格，滤料层H=2.0 m。 3设置反冲洗水泵2台，Q=300 m/h，H=22 m，N=30 kW。设置反冲洗风机2台，Q=13.75 m3/min，N=22kW，P=58.8 kPa。4.6 污泥池设计尺寸为4.0 m×4.0 m×4.5 m，1座，配套设计污泥泵潜水搅拌器1台。4.7 污泥脱水车间车间设计尺寸为6.0 m×6.0 m×7.0 m，1座；配套设置板框压滤机2台，过滤面积40 m2，功率3.0 kW；设置螺杆泵2台，流量10 m3/h，扬程60 m，功率3.7 kW。4.8 加药车间车间设计尺寸为12.0 m×6.0 m×4.5 m，配套布置5套加药装置，其中1套NaOH、1套重金属捕捉剂、1套PAC、1套PAM和1套消毒成套加药装置。4.9 深度处理车间深度处理规模按1 800 t/d设计，车间尺寸为16.0 m ×6.0 m×7.0 m，主要设备为：石英砂过滤器1台，活性炭过滤器1台，精密过滤器1台，反渗滤装置1台。5 投资及运行该项目总投资约920万元，废水处理部分单位运行成本0.9元/t，深度处理1.5元/t，年总经营成本262.8万元。运行费用包括电费、人工费、药剂费和维修费等。6 结论本项目工艺投资较低、占地面积小、运行稳定，操作管理简便，抗冲击负荷能力强，运行费用合理，在煤矿井下废水处理与综合利用中具有独特的优越性。净化处理采用混凝、沉淀与过滤工艺，深度处理采用超滤和反渗透工艺，适合井下废水回用处理，是经济和切实可行的，出水指标达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求。该矿井废水处理与利用工程已于2018年5月投入运行，处理效果良好，净化处理出水各项指标均达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，出水稳定可靠，出水水质较好。出水回用至澡堂供职工洗浴用，解决了矿区职工洗浴问题。对于矿井水不需要消毒这一说法，人们需要进一步论证，但是建议增加消毒装置；反冲洗阀门建议均采用电动阀，可以实现自控，降低操作人员的运 维难度。参考文献1 2 3 郭中权.高矿化度矿井水处理技术及应用[J].矿业安全与环保，2012，（3）：72-74.赵虎群，王庚平，刘 莉.反渗透水处理技术在煤矿矿井废水处理回用中的应用[J].甘肃科技，2019，（4）：39-41.胡文荣.煤矿矿井水及废水处理利用技术[M].北京：煤炭工业出版社，1998.- 66 -Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. 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