徐夕岭，刘建平

(1.开滦集团唐山矿业分公司;2.河北能源职业技术学院，河北唐山 063000)

矿井水净化处理技术研究及应用

徐夕岭1，刘建平2

(1.开滦集团唐山矿业分公司;2.河北能源职业技术学院，河北唐山 063000)

通过对矿井水成分的分析，提出矿井水净化为饮用水处理方法，设计矿井水处理工艺及流程，既防止了矿井水外排对环境污染，又节省了水资源，增加经济效益和社会环境效益。

矿井水;工艺;流程;环境污染

唐山矿业分公司B区矿井经过多年的开采，现在矿井涌水量基本稳定在7m3/min，下一步将开采岳胥区和南五采区，预计届时涌水量将增加到12m3/min。如果将该矿井水直接排放，将会造成环境污染和水资源的浪费。因此研究矿井水净化处理为饮用水工程，既符合当前唐山市政府大南湖生态城市建设的规划要求，也符合充分回收利用水资源和保护生态环境的要求，对环境保护和资源利用具有重要意义。

1.矿井水水质分析

B区矿井水主要特点为：含盐量中等，pH值为中性，COD不高，BOD不高;悬浮物含量较高;氟化物含量较高;总硬度含量较低;其水质分析结果(如表1)。

表1 检测项目水质指标

根据水质分析的结果，B区矿井水经过系统处理完全可以达到生产、生活饮用水的需求，达到环保效益和经济效益的统一。

2.矿井水净化处理工艺及流程

2.1 主要污染物的去除分析

根据矿井水水质分析结果，该项目中流程的选择上主要考虑悬浮物及氟化物的有效去除。

目前污水处理中，去除悬浮物的工艺主要包括沉淀和过滤等形式，沉淀包括平流沉淀池、辐流式沉淀池、竖流式沉淀池、高密度沉淀池等多种形式。过滤包括石英砂过滤器、无阀滤池、快滤池、均质滤料滤池等多种形式。我公司对悬浮物的去除采用沉淀和过滤的组合方式，以期达到最好的、稳定的处理效果。

目前比较流行的除氟工艺主要包括活性氧化铝法、电渗析法、电凝聚法、絮凝沉淀法等。我公司对氟化物的去除采用絮凝沉淀法，节省运行成本和投资费用。

2.2 工艺流程

矿井水(720m3/h)经泵从10号矿井提升到地面后进入到调节池，在调节池内进行水质水量的调节。调节池内的矿井水重力流至泥渣循环高效沉淀池;在泥渣循环高效沉淀池中投加絮凝剂，利用搅拌、泥渣分离接触作用去除矿井水中的大部份污染物，如SS、CODcr、BOD5、等，泥渣循环高效沉淀池上清液重力自流进入均质滤料滤池，去除水中剩余悬浮物后自流进入中间水池。然后经泵提升到超滤水车间进行净化处理，最后再进入清水池，经变频供水装置至各用水点。

煤泥部分采用煤泥泵打入煤泥池，进入煤泥浓缩池浓缩后提升到煤泥脱水机房进行脱水处理，脱水后的煤泥由全封闭的运泥车直接运出厂外出售。

处理工艺由预调节系统、高效沉淀系统、砂滤系统、煤泥处理系统、超滤饮用水系统组成。其中预调节系统由调节池等组成;高效沉淀系统由前混凝、泥渣循环高效沉淀池、后混凝系统组成;砂滤系统由均质滤料滤池、中间水池、反洗水收集池等组成;煤泥处理系统由煤泥池及脱水机房等组成;超滤饮用水系统由超滤车间、加药清洗车间等组成(如图1)。

图1 工艺流程框图

2.2.1 调节池

调节池系统包括调节池、潜水搅拌器以及其它辅助工艺单元组成。调节池的作用在于减小新排入的矿井水引起的流量变化，同时使待处理的矿井水均质，将下游处理的流量变化减到最低限度，并且还具有预沉淀双重功能。待处理矿井水进入调节池，水中的部分悬浮物沉于池底，由行车式泵吸泥机将池底的煤泥水间歇排至煤泥水池;经调节后的矿井水重力自流至泥渣循环高效沉淀池。

矿井水进入调节池以均和水质水量，随后，矿井水重力流进入后续的泥渣循环高效沉淀池工段。出水总管上安装有流量计以对进水流量进行计量。

2.2.2 泥渣循环高效沉淀池

泥渣循环高效沉淀池是我公司技术创新引进改良的沉淀池。基本原理是在混合反应区内靠搅拌器的提升作用完成泥渣、药剂、原水的快速凝聚反应，然后经叶轮提升至推流反应区进行慢速絮凝反应，以结成较大的絮凝体，再进入斜管沉淀区进行分离。澄清水通过集水槽收集进入后续处理构筑物，沉淀物进入泥斗通过排泥管排出。

2.2.3 均质滤料滤池

国内目前常用的滤池形式有：普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池和均质滤料滤池等。其机理都是以石英砂、无烟煤等粒状滤料截留水中悬浮杂质，完成水的澄清过程，使出水达到饮用水标准。我公司采用均质滤料滤池。该滤池采用均粒石英砂滤料，不均匀系数控制在1.2～1.4之间，这一前提大大提高了滤床的截污能力，延长了滤池的过滤周期，使出水水质更好;滤池采用气水反冲洗和表面扫洗。滤池出水采用衡水位过滤，液位由出水管上调节阀的开启度控制。

B区矿井水净化达到饮用水水质，需要去除水中含有的小颗粒物，利用均质滤料可以达到去除小颗粒物的目的。

2.2.4 超滤系统

均质滤料滤池后为超滤处理阶段。超滤系统用于对水进行深度处理，消除水中的一些细菌性物质，对于大肠杆菌等微生物具有99.99%以上的去除能力，以及去除热源体和一些有机物质，以达到生活饮用水指标。此外在泥渣循环高效沉淀投加铝盐形成的矾花粒子AL(OH)3(S)对水中氟离子具有一定的吸附能力，然后借助沉淀池、均质滤料滤池和超滤对于铝盐水解形成的胶体的截留作用来实现除氟的目的。超滤分成四组，分组都能单独通过PLC控制启停。根据饮用水量的不同，启动不同的组数。

2.2.5 煤泥处理系统

本工程产生的煤泥主要为悬浮物和加药形成的煤泥。为使煤泥含固率大于3%，煤泥池后需要设置煤泥浓缩池。煤泥通过脱水处理后外运销售，产生浓缩排水回流至调节池。

式中：TDS—总干泥量(t/d);

DS—水中干煤泥含量(mg/l);

Q—设计水量(m3/d);

T—设计采用的原水浊度(NTU);

A—浊度与SS的换算系数;

B—设计采用的原水色度;

C—铁盐混凝剂投加量(以Al2O3计，mg/l);

F—铁盐混凝剂投加量(以Fe计，mg/l)。

已知原水悬浮物131mg/l，即 T×A=131mg/l;混凝剂 PAC 投加量 C=30mg/l，F=0，B=0。

则：DS=131+1.53 × 30=176.9mg/l;TDS=1000×24×176.9×10－6=4.25t/d，即每日产生的干煤泥量为4.25t/d。

每日排泥量：4.25/(1－97%)=127.5t/d

排泥时间：3小时

2.2.6 絮凝和消毒加药系统

由于矿井水混凝沉淀需要投加药剂，出水需要消毒排放，故设置加药系统。加药系统包括PAC投加系统、PAm投加系统和消毒系统。矿井水采用PAC+PAm进行混凝以去除水中的悬浮物。

该自动加药系统结构简单、安装方便。它主要由药剂贮槽、计量泵(加药泵)、自动控制系统、连接管路等组成。除部分加药管路、取样管路和加药浓度检测仪表外，这些设备都集中安装在加药间内。变频式自动加药控制装置采用引进的高科技产品——交流变频器构成先进的交流调速系统，对加药量实现最佳自动控制，同时采用模糊控制算法替代PID算法，实时调整药剂投加量以保证出水效果。该系统最大优点是性能可靠、寿命长、启动特性好、能耗低。

消毒加药系统使用次氯酸钠消毒工艺。

3.研究项目效益分析

3.1 经济效益分析

该项目研究预计总投资5977.48万元，吨水运行成本0.49 元/吨水，吨水收入 1.5 元/吨(综合)，吨水盈利1.01元/吨水，每年可盈利628.30万元。本矿井水的水处理副产品为煤泥，干煤泥量是4.32t/d，以市场底价100元/吨计算，每年可盈利46.66万元。煤矿区矿井水的综合利用增加了出售矿井水的水费收入，相应地降低了煤炭的开采成本，减少了水费、排污费、矿井水处理费的支出，随着矿井水的深化利用，其经济效益将更加显著。

3.2 环境和社会效益分析

就环境效益而言，矿井水的综合利用，能从根本上解决矿井水对环境的污染问题，对防止水源枯竭，维持地下水的良性循环，改善矿区生态环境，搞好矿区的环境保护工作有积极作用。

就社会效益而言，矿井水的综合利用，将有效地缓解矿区水资源紧张的问题，为煤炭产业的发展提供尽可能多的水源。同时为职工生活和矿区农业用水提供重要保证。

4.结论

通过对唐山矿业分公司B区矿井水成分的分析，采取了针对性的矿井水净化处理措施，将其处理后作为煤矿工业用水和生活饮用水。不仅解决了矿区缺水问题，而且充分回收利用了水资源。具有明显的经济、环境和社会效益。该矿井水净化处理技术因地制宜，具有工艺简单、处理能力强、运行费用较低等特点，可用于大部分矿井的矿井水净化处理。

The Research and App lication on the Technology of M ine W ater Purification Treatment

XU Xi－ling1，LIU Jian－ping2
(1.Kailuan Group Tangshan Mining Branch;2.Hebei Energy Institute of Vocation and Technology，Tangshan 063000，China)

Based on the analysis of the components of water in coal mine，this paper puts forward the method of purifying mine water for drinking water，the design of mine water treatment technology and process，which not only prevents the pollution of mine drainage to environment，but also saves water resource，and increase the economic benefit and social environmental benefits.

mine water;technology;technological process;environmental pollution

P641.5+5 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2011)04－0055－03

2011－07－25

徐夕岭(1985－)，男，大学，唐山矿业分公司助理工程师，从事地质工作。