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煤矿工业废水处理工艺技术及效益分析 黄德文 1 李小军 2 赖军 1 唐援 1 蒙启昌 1 陈祖珽 1 1. 广西化工环保监测站， 南宁530001; 2. 西安热工研究院有限公司， 西安 710032 摘要 我国煤炭资源十分丰富， 开采过程中产生大量废水， 为了减少煤矿废水治理的投资及运行费用， 详尽阐述了实 用、 可行、 高效的处理技术及工艺组合， 并在煤矿废水处理中取得良好的处理效果， 分析得出煤矿废水经深度处理回用 后具有良好经济、 环境效益。 关键词 煤矿工业废水; 处理技术; 效益 TREATMENT TECHNOLOGY AND BENEFIT ANALYSIS OF COAL MINE WASTEWATER Huang Dewen1Li Xiaojun2Lai Jun1Tang Yuan1Meng Qichang1Chen Zuting1 1. Guangxi Chemical Environment Inspection Station， Nanning 530001， China; 2. Xi＇an Thermal Power Research Institute Co. ， Ltd， Xi＇an 710032， China AbstractCoal resource is very plentiful in our country. A lot of wastewater can be produced in recovering process. In order to reduce investment and operating cost of wastewater treatment，this paper particularly introduced practical， viable and efficient treatment technology and its optimization. Favourable treatment effects were abtained in the treatment of this wastewater using this technology. A conclusion is summarized through analysis that perfect economic and environment benefits can be abtained by reuseing coal mine wastewater after its advanced treatment. Keywordscoal mine wastewater; treatment technology; benefit 0引言 煤炭在我国能源结构中占 70 以上， 煤炭工业 是我国重要的基础产业， 在未来相当长的时期内， 以 煤炭为主的能源供应格局不会改变。研究表明， 每产 出 1t 煤损耗约 2. 48 m3水资源， 因此山西、 陕西每年 生产 10 108～ 15 108t 煤， 使 24 108～ 29 108m3 水资源受到破坏。而我国大型煤炭企业所处地区中 有 71 严重缺水， 尤其是陕北神府煤田水资源更为 缺乏; 随着煤炭资源大规模的开发， 地下水严重超采， 导致地下水位大幅下降; 水资源供需矛盾、 环境的严 重污染已经制约了煤炭生产和矿区经济的可持续发 展并日益明显。 因此， 开发、 管理、 利用好煤矿水资源， 对煤炭工 业可持续发展具有重要意义。 1煤矿工业废水水量、 水质 煤矿工业废水是指煤炭在开采、 筛选、 储存、 冲洗 过程中产生的废水， 主要包括采煤废水、 选煤废水和 洗煤废水， 其中以采煤废水为主要污染源。 1. 1水量分析 采煤废水也称矿井废水， 主要指煤炭开采过程中 井下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然 地下水和井下采煤生产过程中洒水、 降尘、 灭火灌浆、 消防及液压设备产生的废水。 矿井排水量和矿区地理位置、 煤田水文地质条件 及充水因素、 采煤方式等有关， 据调查统计， 我国煤矿 平均吨煤排水量为 0. 5 ～ 1. 0 m3， 而在陕北干旱区， 平均吨煤排水量为 0. 2 ～ 0. 5 m3。 1. 2水质及其特点 矿井排水既具有地下水特征， 又受到人为污染， 水质特性主要取决于成煤的地质环境和煤系底层的 矿物质化学成分、 井田水文地质条件及充水因素。矿 井废水水质复杂多变， 废水中同时含有铁、 锰等金属， 硫、 氟、 氯等非金属， Cl － 、 SO4 2 － 等离子， 有机污染物 及悬浮物， 一般呈酸性， 随着采煤层的变化， 废水性质 也不同。表 1 为多个煤矿取样分析得出的煤矿矿井 废水水质。 31 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 表 1煤矿矿井废水污染物监测表 mg/L 石油类pHρ CODρ 硫化物ρ 悬浮物硬度 CaOρ BOD5LAS 0. 12 ～ 76. 26. 4 ～ 8. 5516. 4 ～ 131. 71. 09 ～ 1. 67160 ～ 82510 ～ 1802. 1 ～ 24. 730. 198 ～ 0. 220 ρ 总氮 ρ 砷 ρ 总磷浊度 /NTU ρ 铁 ρ 锰 ρ Cl － ρ SO2 － 4 1. 60 ～ 5. 850. 004 ～ 0. 0220. 085 ～ 0. 1042. 43 ～ 4550. 02 ～ 0. 0290. 01 ～ 0. 0598 ～ 224185 ～ 376 矿井废水水质特点 颜色一般呈褐色， 有时呈黑 色或灰色; 含大量颗粒性悬浮物， 质重、 易沉淀， 沉淀 煤泥易处理; 有机物含量较低; 由于液压部分、 机械使 用、 检修过程中出现漏油， 水中有部分油污产生; 有毒 有害物质较少， 是典型的无机废水， 处理难度相对 较小。 2处理后水质要求及用途 矿井废水处理后出水水质较好， 在水资源严重缺 乏的矿区， 废水净化后回用于消防、 降尘洒水、 井下生 产、 洗煤、 绿化、 冲厕、 道路洒水、 冲洗车辆、 景观用水、 循环水、 选煤补充水、 建筑施工等。随着循环经济和 可持续发展政策的深入和膜处理技术的发展， 很多煤 矿将井下废水净化后用于洗衣、 洗澡， 甚至生活饮用 领域。 矿井废水处理后根据不同要求和用途， 需主要达 到以下标准 1 处理后外排， 水质需满足 GB 204262006煤 炭工业污染物标准 。 2 处理后回用于井下消防、 降尘、 洒水等， 水质 满足 GB 503832006矿井井下消防、 洒水设计规 范 的水质标准。 3 处理后回用于井下液压支柱等生产用水， 水 质满足 MT 762002 液压支架 柱 用乳化油、 浓缩 物及其高含水液压液 水质标准。 4 处理后用于绿化、 道路洒水、 消防、 冲厕、 车辆 冲洗、 建筑施工等， 水质满足 GB/T 189202002城 市污水再生利用城市杂用水水质 标准。 5 处 理 后 作 为 居 民 生 活 饮 用 水，水 质 满 足 GB 57492006 生活饮用水卫生标准 。矿井废水 经过膜法深度处理后供当地居民生活饮用， 在严重缺 水地区更具实际意义。 3处理技术及工艺优化 我国大多矿区废水治理工作都只经过简单沉淀 后外排。因此将防治污染和循环利用结合起来是废 水治理发展的必然趋势。 膜分离作为一项高新技术在该领域中得到了广 泛应用， 矿井废水经过膜分离净化后可作为生活饮用 水， 为缺水矿区的生产和生活提供了新的水源。 经过大量的研究和工程实践， 矿井水处理工艺有 多种组合方式， 根据矿井废水具体污染成分的不同， 出水要求不同， 工艺需经过优化采用最佳组合方式。 根据水质的简易程度和处理要求把工艺段分为 预处理部分、 主体工艺部分、 深度处理部分和煤泥处 理部分， 各部分可根据实际优化组合。 3. 1预处理部分 工艺一 矿井来水→预沉调节池; 工艺二 矿井来水→曝气预沉调节池; 工艺三 矿井来水→曝气初沉隔油池→调节池。 预处理相当于废水处理整个工艺体的前部分， 主 要作用是为后续处理奠定基础。普通矿井废水可采 用预沉调节池， 主要起水质水量的调节作用， 同时使 大颗粒悬浮物沉淀在底部， 减少后续沉淀负荷， 减小 加药量; 如果废水中有机物偏高， 可选用工艺二， 加入 曝气系统， 去除悬浮物的同时， 还可去除部分有机物; 如果废水中有机物和油偏高， 可选用工艺三， 加入曝 气、 隔油系统。 3. 2主体工艺部分 主体工艺部分如图 1 所示。 图 1矿井废水治理主体工艺部分 混凝沉淀、 过滤是矿井废水处理的工艺主体， 大 部分污染物在此工艺段去除。上述三种沉淀方式、 三 种过滤设备各有优缺点， 根据不同的操作、 投资、 占 地、 维护等要求优化组合， 处理效果取决于工艺参数 和结构的设计。如果废水中含油浓度较高， 在沉淀前 加气浮工段， 去除水中油类污染物。过滤出水可完全 达到排放标准， 并可回用于生产用水。 3. 3深度处理部分 深度处理部分如图 2 所示。 41 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期 图 2矿井废水治理深度处理部分 过滤出水根据回用的不同要求选择深度处理工 艺。活性炭具有脱色、 除臭、 吸附有机物、 吸附有毒物 质的作用， 如果水中含挥发酚类有毒物质、 对水质要求 较高， 出水作为饮用水时， 设计采用活性炭吸附装置。 UF 出水经过消毒可达到本文所要求的标准。如果出 水作为生活饮用水， 必须用 RO 系统。 3. 4煤泥处理部分 煤泥处理部分如图 3 所示。 图 3矿井废水中煤泥的处理工艺 矿井废水的煤泥呈黑色， 一次沉淀后含水率在 98.5 左右， 经过污泥浓缩池浓缩后含水率为 97 ～ 98 。比重小、 粒度小的煤泥采用离心机脱水， 分离 效率低， 效果差， 且离心机功率大、 噪声大， 设计较少 采用。带式压滤机处理效率高、 自动化程度高， 加药 后效果较好; 板框压滤机处理效果好、 也可不加药， 对 压力控制要求高， 自动化程度低。 4投资运行及效益分析 4. 1工程投资 矿井废水处理工程的单位投资与矿区所属区域、 产生废水水质、 出水要求、 建设规模、 附属设施要求等 有关。经济发展好的地区、 寒冷地区、 偏僻地区， 工程 投资相对较高; 原水水质差、 出水要求高， 投资较大; 建设规模越大， 相对单位投资较小; 附属设施多、 装饰 要求高的投资较高。综合全国行业统计及已完成项 目投资情况， 不做深度处理的工程投资约 2 000 ～ 4 000元 / m3d ， 包 含 深 度 处 理 的 工 程 投 资 约 3 000 ～ 5 500 元 / m3d 。 4. 2运行费用 对多 个 工 程 案 例 的 运 行 费 用 模 拟 分 析，以 2 000 ～ 5 000m3/d 设计规模的处理站为例， 运行费用 如表 1 所示。 表 1矿井废水运行费用 元 /m3 项目人员费动力费药剂费维修费折旧费换膜费合计 不做深度处理0. 1 ～ 0. 150. 15 ～ 0. 50. 18 ～ 0. 30. 0550. 3000. 785 ～ 1. 305 深度处理0. 12 ～ 0. 180. 2 ～ 0. 60. 2 ～ 0. 60. 060. 350. 3 ～ 0. 361. 23 ～ 2. 15 4. 3经济效益分析 煤泥回收利用后可作为蜂窝煤主料或建筑材料的 添加料， 干化后也可和成品煤一并出售或用于火电厂， 每吨废水的煤泥效益为 0. 22 元/m3 SS 650 mg/L; 煤 泥含水率 70 ; 价格 100 元/t 。 经济效益用两种不同的核算方法， 并按照 3 000 m3/d 计算。第一种 处理后做普通回用水， 代替开采 地下水， 见表 2。第二种 处理后做生活饮用水或其 他要求较高的特种用水， 代替自来水， 见表 3。 表 2处理后做普通回用水经济效益分析 原用水成本 / 元m － 3 水处理成本 / 元m － 3 煤泥效益 / 元m － 3 吨水效益 / 元m － 3 年效益 / 元a － 1 取水及资源费 1. 60 公用设施排污费 0. 45 1. 3050. 220. 9651056675. 0 表 3处理后做生活饮用水经济效益分析 自来水费 / 元m － 3 水处理成本 / 元m － 3 煤泥效益 / 元m － 3 吨水效益 / 元m － 3 年效益 / 元a － 1 3. 52. 150. 221. 571719150. 0 5结论 1 国家提倡建设节约型社会， 发展循环经济， 煤矿 作为基础产业必将顺应历史潮流， 走可持续发展道路。 2 矿井废水经过深度处理后可安全回用于多个 用水点。 3 矿井废水的处理技术已比较成熟， 关键是各 工艺段的优化组合和参数设计。 参考文献 ［1 ］ 陈鹏. 中国煤炭性质、 分类和利用［M］ . 北京 化学工业出版 社， 2001. ［2 ］ 张烽， 徐平. 反渗透、 纳滤膜及其在废水处理中的应用［J］ . 膜 科学与技术， 2003， 23 4 234- 236. ［3 ］ 雷乐成. 污水回用新技术及工程设计［M］ . 北京 化学工程出版 社， 2002 453- 461. 作者通信处黄德文530001广西南宁市望州路北二里七号 广西 化工环保监测站 广西化工研究院内 E- mailhuangdewensupersky 163. com 2010 － 09 － 28 收稿 51 环境工程 2011 年 4 月第 29 卷第 2 期