大屯矿区矿井水和生活污水处理利用技术.pdf

0前言 大屯矿区位于江苏省沛县境内， 总面积约 245 km2， 建有4个煤矿、4座洗煤厂和1座电厂 （含矸石电厂）。 在矿井水和生活污水未处理利用 之前， 整个矿区生产和生活用水除电厂取微山湖 地表水以外，其余均靠抽取地下深井水。目前实际 取水量约3 900万m3/a，长期超负荷抽取地下水， 造成了矿区的部分区域形成稳定的沉降漏斗，产 生大面积的地表沉降， 已经对矿井井筒和工业广 场建筑物构成威胁，必须寻求补充水源，以减少地 大屯矿区矿井水和生活污水处理利用技术 李馥友 （中煤集团 大屯公司，江苏沛县221611） 摘要随着煤炭矿区经济的高速发展,矿区缺水问题越来越突出，解决矿区缺水问题的有 效途径是合理开发利用矿井水和生活污水资源。 以大屯矿区矿井水与生活污水处理利用 工程实例为背景，以处理后的矿井水与生活污水回用途径为依据，论述了大屯矿区矿井水 净化处理与深度处理、 生活污水二级生化处理与深度处理及利用工艺技术， 介绍了大屯 矿区矿井水与生活污水处理后的利用模式， 供其他类似矿区开展矿井水和生活污水资源 化借鉴。 关键词矿井水；生活污水；净化处理；生化处理；深度处理 中图分类号X703文献标识码A文章编号1006-8759（2010）01-0001-05 THE TREATMENT AND UTILIZATION TECHNOLOGIES FOR MINE DRAINAGE AND DOMESTIC WASTEWATER IN DATUN MINING AREA LI Fu-you （Datun Branch of China Coal Energy Group Co., Ltd, Peixian 221611,China） Abstract With the rapid development of economy in coal mining areas, the problems of wa- ter scarcity became more and more prominent. The effective way to solve the problems is ra- tional development and utilization of mine drainage and domestic wastewater resources. Based on the background of engineering cases and reuse ways of mine drainage and domestic wastewater, this paper discusses the treatment and utilization technologies of purification treatment of mine drainage, advanced treatment of mine drainage, secondary biological treat- ment of domestic wastewater and advanced treatment of domestic wastewater. It also intro- duces the utilization patterns of mine drainage and domestic wastewater in Datun mining area. The treatment technologies and engineering cases could be learned in other similar mining areas. Keywords mine drainage; domestic wastewater; purification treatment; biological treatment; advanced treatment. 综 述 与 专 论 能 源 环 境 保 护 Energy Environmental Protection Vol．24,No．1 Feb.,2010 第24卷第1期 2010年2月 收稿日期2009－10-15 作者简介李馥友（1955-），男，本科，高级工程师，高级经济师， 现任中煤集团大屯公司董事长、总经理。 下水的抽取量。 解决矿区缺水最直接有效的办法是将矿区排 放的矿井水、生活污水处理后进行利用。大屯矿区 矿井水排放量在800万m3/a左右，生活污水排放 量在1 000万m3/a左右。近年来，随着国家在环境 保护、节能减排方面的工作力度不断加大，大屯矿 区积极开展了矿井水和生活污水处理利用技术研 究与工程应用工作。 先后建成了4对生产矿井的 矿井水和生活污水处理利用工程及中心区生活污 水处理利用工程。 从大屯矿区矿井水与生活污水 处理利用工程实例和回用途径出发， 对大屯矿区 矿井水净化处理、 矿井水深度处理、 生活污水二 级处理、 生活污水深度处理及综合利用技术进行 了详细论述， 并分析了大屯矿区矿井水与生活污 水的综合利用模式， 根据工程实例说明了矿井水 和生活污水处理利用技术在煤炭系统缺水矿区的 应用是切实可行的， 供其他类似矿区开展矿井水 和生活污水资源化借鉴。 1大屯矿区矿井水处理利用技术 1.1大屯矿区矿井水水质和处理规模 大屯矿区采煤产生的矿井水中不仅含有以煤 屑为主的悬浮物，而且溶解性总固体、总硬度、硫 酸盐含量也比较高， 属于典型的含悬浮物高矿化 度矿井水， 这类矿井水必须经过净化处理才能达 到排放要求或对水质要求不高的工业用水水质要 求。 净化处理后的矿井水必须经过深度处理才能 达到洗浴用水或锅炉用水源水对水质的要求。 大 屯矿区孔庄、徐庄、姚桥、龙东煤矿矿井水水质见 表1，处理规模见表2。 1.2矿井水净化处理利用技术 大屯矿区矿井水经净化处理后水质无异臭、 无异味、 无肉眼可见物、pH值6.58.5、 浊度 3NTU，CODcr20mg/L、细菌总数100个/mL；总大 肠菌群3个/L，能够满足矿区选煤厂生产用水、厂 区冲洗、 防尘及井下注浆等用水要求不高的生产 生活用水。 去除矿井水中的悬浮物通常采用混凝、 沉淀 或澄清、过滤、消毒工艺，其中孔庄煤矿采用混 凝、沉淀、过滤、消毒工艺，徐庄、姚桥、龙东煤矿采 用混凝、澄清、过滤、消毒。矿井水净化处理工艺流 程见图1、图2。 工程运行实践表明， 采用净化处理工艺流程 较适合大屯矿区矿井水水量和水质特点， 采用一 次提升再自流进入后续各处理构筑物， 动力设备 较少，能耗较低，出水水质稳定可靠。 同时矿井水 中乳化液、 机油等能够在高效澄清池内被大量循 环回流的泥渣截留和吸附，从而有效地得以去除。 1.3矿井水深度处理利用技术 由于大屯矿区矿井水经净化处理后只能去除 悬浮物、胶体、细菌和大肠菌群等，不能去除矿井 水中的溶解性总固体、总硬度、硫酸盐等物质，必 须经过深度处理才能满足锅炉补水源水、 食堂和 洗浴用水对水质的要求。 矿井水深度处理工艺见 图3、图4。 表1孔庄、徐庄、姚桥、龙东煤矿矿井水水质 项目单位孔庄徐庄姚桥龙东 pH无量纲7.547.958.077.72 悬浮物mg/L200～120050～55050～50065～450 硫酸盐mg/L1194124913501570 氯化物mg/L222327368436 重碳酸盐mg/L200219238240 总硬度mg/L946116912511299 溶解性总固体mg/L2471258028783121 表2大屯矿区矿井水处理规模m3/d 孔庄徐庄姚桥龙东 净化处理规模4000400090004000 深度处理规模1000200020001000 煤矿 类别 净化后的矿井水→清水池→提升泵→活性炭过滤器→ 精密过滤器→电渗析装置→成品水池→供水泵→用户 图3姚桥煤矿矿井水深度处理工艺流程 图4孔庄、徐庄、龙东矿井水深度处理工艺流程图 净化后的矿井水→清水池→提升泵→多介质过滤器→ 活性炭过滤器→精密过滤器→保安过滤器→高压泵→ 反渗透装置→成品水池→供水泵→用户 2李馥友 大屯矿区矿井水和生活污水处理利用技术 矿井水→预沉调节池→吸水井→提升泵→高效澄清池→ 多介质滤池→清水池→供水泵→用户 图2徐庄、姚桥、龙东煤矿矿井水净化处理工艺流程 图1孔庄煤矿矿井水净化处理工艺流程 矿井水→预沉调节池→提升泵→管式混合器→旋流反应斜管沉淀池 →多介质滤池→清水池→供水泵→用户 絮凝剂 ↓ 絮凝剂 消毒 ↓ 絮凝剂 ↓ ↓ 工程运行实践表明， 采用图4深度处理工艺 较适合大屯矿区矿井水水量和水质特点， 反渗透 装置虽然较电渗析装置一次性投资高， 但水回收 率高，经常性的维修费用较低。 2大屯矿区生活污水处理利用技术 2.1大屯矿区生活污水水质和处理规模 大屯矿区生活污水中除了居住区排放的生活 污水外，工广洗浴污水也占有一定的比例，同时还 有部分地面冲洗用水混入， 使得煤矿生活污水水 质与城镇生活污水有一定差别， 主要是污水中的 CODcr和BOD5较低，悬浮物含量较高，大屯矿区 生活污水采用二级生化处理工艺达到排放标准， 采用深度处理达到电厂循环冷却水和锅炉补充水 源水对水质的要求。 大屯矿区生活污水处理规模见表3。 2.2大屯矿区生活污水二级处理技术 针对大屯矿区生活污水水质特征， 其二级处 理工艺根据污水水质不同而采用不同的处理工 艺， 大屯矿区生活污水采用的主要工艺有氧化沟 法、接触氧化法等，二级处理后的生活污水达到污 水综合排放标准一级要求， 即pH 69，CODcr 60 mg/L，BOD520 mg/L，SS20 mg/L，NH3-N15 mg/L。 大屯矿区中心区生活污水二级生化转刷曝 气氧化沟处理工艺见图5，孔庄、徐庄煤矿生活污 水二级生化倒伞型曝气氧化沟处理工艺见图6， 姚桥煤矿生活污水二级处理生物接触氧化法处理 工艺见图7， 龙东煤矿生活污水二级生化接触氧 化处理工艺见图8。 工程运行实践表明， 对于矿区生活污水二级 处理工艺各有优缺点， 采用不同的工艺均能达到 相同的处理效果，选择工艺时需综合考虑场地，投 资与运行成本等因素。 如孔庄、徐庄、中心区生活 污水水量较大，工程建设场地较大，故选择氧化沟 工艺较为适合。姚桥煤矿生活污水水量适中，场地 有限，选择生物接触氧化法工艺较适合，但处理成 本较氧化沟工艺稍高。 龙东煤矿生活污水水量较 小，其可供建设使用的场地有限，故选择接触氧化 法作为主体工艺较为合适。 2.3大屯矿区生活污水深度处理技术 大屯矿区生活污水二级处理后一部分用于水 质要求不高的选煤厂用水或矿区绿化等用水，一 部分直接达标排放。 大屯矿区生活污水深度处理 后主要回用于电厂用作循环冷却水和锅炉补水源 水，其水质要求达到GB50050-2007循环冷却水 处理设计规范要求，即pH值7.0～8.5；SS5 mg/ L； 浊 度5NTU；CODcr30 mg/L；BOD55 mg/L， NH3-N5 mg/L，另外电厂锅炉补充水源水水质还 要求COD10 mg/L。 根据处理后的生活污水回用于电厂实际用 途，中心区生活污水深度处理工艺采用“高效澄清 图5中心区生活污水二级生化转刷曝气氧化沟 处理工艺流程图 剩余污泥 生活污水→格栅井集水池→提升泵→平流式沉砂池→ 转刷曝气氧化沟→二沉池→出水 脱水外运←污泥浓缩池 ↓ 回流污泥 ↓↑ 生活污水→格栅井→提升泵→平流沉砂池→配水井→倒伞型曝气氧化沟 出水←计量井←接触池←二沉池 污泥外运←污泥脱水机←污泥浓缩池 ← 回 流 污 泥 ↓ ↓剩余污泥 图6孔庄、徐庄矿生活污水二级生化倒伞型 氧化沟处理工艺流程图 图7姚桥煤矿生活污水生物接触氧化法工艺流程图 污泥浓缩池 污泥压滤 泥饼外运 ↓ ↓ 生活污水→格栅→调节池→初沉池→一级氧化 一级沉淀 二级氧化 二级沉淀 出水 ↓ ↓ ↓ ↓ ← 剩余污泥 图8龙东煤矿生活污水二级生化A/O接触氧化处理工艺流程图 生活污水→格栅井→调节池→ A/O生化池→二沉池→接触池→出水 浓缩池→→ ↑ 回流污泥剩余污泥 脱水外运 第24卷第1期3能 源 环 境 保 护 表3大屯矿区生活污水处理规模 中心区孔庄徐庄姚桥龙东 二级处理规模15 0004 5005 0005 0003 000 深度处理规模9 000-4 0004 500- 煤矿 类别 m3/d 过滤化学氧化吸附” 相结合的物化法处理工艺， 可将处理后的生活污水回用于电厂用作循环冷却 水及锅炉补水源水，工艺流程见图9。 徐庄、姚桥 生活污水深度处理后回用于电厂用作循环冷却 水，处理后水质要求达到GB50050-2007循环冷 却水处理设计规范。根据其二级生化处理出水水 质， 姚桥矿生活污水深度处理工艺采用 “化学氧 化强化沉淀过滤液氯”工艺，徐庄矿生活污水深 度处理采用“ABFT生化处理过滤”工艺，工艺流 程分别见图10、图11。 矿区生活污水深度处理采用上述图9“高效 澄清过滤化学氧化吸附”处理工艺处理后水质不 仅能达到GB50050-2007循环冷却水处理设计规 范标准，同时能将COD降到10 mg/L以下，满足 了电厂循环冷却水与锅炉补充水水质要求， 适用 于回用要求高的生活污水深度处理。 图10所述 “化学氧化强化沉淀过滤液氯” 深度处理工艺 适用于污水中氨氮超标不高且随季节变化较大的 生活污水，液氯作为去除氨氮的保障处理措施，随 着出水氨氮浓度高低有选择性的投加， 处理后可 满足电厂循环冷却用水。 图11所述的“ABFT生 化处理过滤”工艺耐冲击负荷强，适用于污水中 污染物浓度较高且稳定的生活污水深度处理，处 理后可满足电厂循环冷却用水要求。 3大屯矿区矿井水、生活污水综合利用模式 为解决矿区缺水问题， 大屯矿区将处理后的 矿井水、生活污水按其处理程度、处理后水质进行 了综合利用，形成了大屯矿区矿井水、生活污水利 用模式。 3.1矿井水综合利用模式 大屯矿区矿井水利用模式见图12至图15。 孔庄煤矿矿井水净化处理设计规模4 000 m3/d，设计深度处理水量1 000 m3/d，净化处理后 部分用于选煤厂补充水， 净化后的矿井水再经深 度处理后用于锅炉补充水源水。 龙东煤矿矿井水净化处理 设 计 处 理 规 模 4 000 m3/d，处理后用于选煤厂、生活杂用、锅炉冲 灰、洗车用水。 深度处理工程设计规模1 000 m3/d （待建）， 将矿井水深度处理回用作锅炉补充水源 水。 徐庄煤矿矿井水净化处理设计规模4 000 m3/d， 净化后矿井水主要用于风井井下注浆和办 公楼冲厕以及厂区绿化用水。 由于井下涌水较洁 净， 采暖期时可将注浆用水直接以井下洁净矿井 水替代， 净化后的矿井水进行深度处理后供矿区 澡堂洗浴用水和锅炉补水源水。 图9大屯中心区生活污水深度处理工艺流程图 二级生化水→格栅井→调节池→提升泵→高效澄清池→多介质滤池→氧化池 回用←清水池←活性炭滤池 ↓ 消毒剂 ↓ ↓ 氧化剂 ↓ 吸附剂 ↓ 絮凝剂 ↓ 臭氧 二级生化水→格栅→调节池→提升泵→强化沉淀池→多介质滤池→清水池 回用 ↓ ↓ 氧化剂 ↓ 絮凝剂 ↓ 液氯 图10姚桥煤矿生活污水深度处理工艺流程图 二级生化水→ ABFT生化池→调节池→提升泵→多介质滤池→清水池→回用 图11徐庄煤矿生活污水深度处理工艺流程图 矿井水→净化处理→选煤厂用水 深度处理→锅炉补水水源 ↓ ↑ 损耗 图12孔庄矿矿井水利用模式 图13龙东矿矿井水利用模式 4李馥友 大屯矿区矿井水和生活污水处理利用技术 选煤厂用水 生活杂用水 锅炉冲灰水 洗车用水 深度处理锅炉补水水源 损耗 净化处理矿井水 → → → → → → ↑ ↓ 图14徐庄矿矿井水利用模式 损耗 净化处理矿井水 深度处理 → → ↑ ↓ 非 采 暖 期 井 下 注 浆 办公楼冲厕、厂区绿化 锅 炉 补 水 水 源 澡堂淋浴 → → → 姚桥煤矿矿井水净化处理工程设 计 规 模 9 000 m3/d， 净化处理后矿井水用于井下注浆、皮 带走廊防尘用水。 深度处理设计规模2 000 m3/d， 处理后用于洗衣房用水、洗浴用水。 3.2生活污水综合利用模式 大屯矿区生活污水利用模式见下图16至图19。 大屯中心区生活污水处理厂设计生活污水二 级处理规模15 000 m3/d， 其中9 000 m3/d经深度 处理后供矸石热电厂作冷却塔循环冷却水补充水 及锅炉用水源水， 剩余部分二级处理后的污水供 于选煤厂及脱水机房用水。 姚桥、徐庄煤矿生活污水利用模式相同，生活 污水分别经二级处理、 深度处理后全部供于电厂 用作循环冷却用水。 龙东煤矿生活污水二级处理系统两套， 处理 能力分别为1 350 m3/d与1 650 m3/d，共计处理量 3 000 m3/d， 将处理后的生活污水部分达标外排， 另一部分用于道路冲洗、绿化。 孔庄煤矿生活污水来源有工人村污水与工广 区污水， 原针对工人村生活污水建有一套二级处 理系统， 设计能力1 500 m3/d， 由于处理能力不 足，2009年进行了生活污水处理系统的重新扩 建，扩建工程设计处理规模4 500 m3/d。 项目建成 后，将对孔庄煤矿工人村和工广区污水合并处理， 处理后回用于厂区绿化、工广冲洗等生产、生活用 水，并将根据需要适时进行深度处理。 4结语 （1） 解决矿区缺水问题的有效途径是合理开 发与利用矿井水和生活污水， 不仅开辟了缺水矿 区第二水源，而且达到了节能减排的目的。 （2）根据大屯矿区矿井水水量和水质特征，净 化处理主要采用混凝、澄清、过滤工艺，处理后可 用于井下生产、选煤厂用水等；深度处理主要采用 反渗透工艺，处理后可供工广洗浴、锅炉补水水源 等。 （3）针对大屯矿区生活污水水量和水质情况， 二级处理采用氧化沟和生物接触氧化技术， 处理 后可用于地面冲洗，厂区绿化等；深度处理采用了 强化澄清过滤技术和曝气生物流化床技术， 处理 后可作电厂循环冷却用水、锅炉补水水源等。 （4） 大屯矿区产业布局在全国煤炭行业具有 一定的代表性，矿井水、生活污水的水量和水质特 点在煤炭行业存在一定的共性， 其矿井水和生活 污水处理利用方面取得的技术成果、 工程经验及 利用模式可在全国其它矿区中推广应用。 参考文献 [1]周如禄，高 亮，陈明智.煤矿含悬浮物矿井水净化处理技术探 讨[J].煤矿环境保护，200011012. [2]朱留生，周如禄.姚桥煤矿矿井水净化处理计算机控制系统设 计[J].能源环境保护. 2003（2）3032. [3]周如禄，宁静，毛维东.矿区生活污水深度处理后用作电厂用 水应用研究[J].煤炭科学技术，2008（7）13. 图15姚桥矿矿井水利用模式 损耗 净化处理矿井水 深度处理 → → ↑ ↓ 井下注浆 运销跳汰机、皮带走廊防尘 洗衣房、浴室 → → 图16大屯中心区生活污水利用模式 图17姚桥、徐庄矿生活污水利用模式 生活污水→二级处理→深度处理→电厂用水 图18龙东矿生活污水利用模式 生活污水→二级处理→道路冲洗、绿化 ↓ 达标排放 工广区污水→二级处理→工广区冲厕、绿化 ↓ 损耗 图19孔庄煤矿生活污水利用模式 第24卷第1期5能 源 环 境 保 护 损耗 二级处理矿井水→ ↑ → 深度处理 电厂循环冷却水 锅炉补充水源水 → → → 选煤厂用水 脱水机房反冲洗水 → →