补连塔煤矿矿井水综合利用研究及其具体成效.pdf

第 卷 增 刊中 国 煤 炭V o l N o S 年月C H I N AC O A LJ u l y 移动扫码阅读引用格式:乔柄霖,彭海兵,刘兆祥,等补连塔煤矿矿井水综合利用研究及其具体成效 J中国煤炭,(S):D O I:/j c n k i c c m S Q I AOB i n g l i n,P E N G H a i b i n g,L I UZ h a o x i a n g,e t a l R e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fm i n ew a t e ri nB u l i a n t aC o a lM i n ea n d i t ss p e c i f i cr e s u l t sJ C h i n aC o a l,(S):D O I:/j c n k i c c m S 作者简介:乔柄霖(),男,内蒙古鄂尔多斯人,助理工程师,主要从事煤矿环保管理工作.E m a i l:q q c o m补连塔煤矿矿井水综合利用研究及其具体成效乔柄霖,彭海兵,刘兆祥,刘学江(国能神东煤炭集团补连塔煤矿,内蒙古自治区鄂尔多斯市,)摘要简要分析了我国煤矿矿井水排放及综合利用现状,阐述了补连塔煤矿矿井水综合利用项目研究的必要性以及该项目采用的矿井水处理工艺.该项目的应用取得以下显著成效:矿井水 达标回用加快了沉陷区生态环境综合治理项目的实施;从根本上消除了采空区积水隐患保障了煤矿安全生产;免除了矿井水入河排污费、减少了矿井水新水用量;采用“三级三用二循环”矿井水治理保护模式,让矿井水转变为绿色水源,有效缓解了矿区用水矛盾.关键词矿井水;综合利用;处理工艺;除氟除氨氮系统;成效中图分类号T D 文献标志码AR e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fm i n ew a t e r i nB u l i a n t aC o a lM i n ea n d i t s s p e c i f i cr e s u l t sQ I AOB i n g l i n,P E NG H a i b i n g,L I UZ h a o x i a n g,L I UX u e j i a n g(B u l i a n t aC o a lM i n eo fC h i n aE n e r g yS h e n d o n gC o a lG r o u pC o,L t d,O r d o s,I n n e rM o n g o l i a ,C h i n a)A b s t r a c tB r i e f l ya n a l y z e dt h es t a t u sq u oo fm i n ew a t e rd i s c h a r g ea n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o ni nC h i n a,d e s c r i b e dt h en e c e s s i t yo fr e s e a r c ho nB u l i a n t aC o a lM i n ew a t e rc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o np r o j e c ta n dt h em i n ew a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g ya d o p t e d i nt h ep r o j e c t T h ea p p l i c a t i o no f t h ep r o j e c th a da c h i e v e dt h e f o l l o w i n gr e m a r k a b l er e s u l t s:t h e s t a n d a r dr e u s eo fm i n ew a t e rh e l p e dt oa c c e l e r a t et h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tp r o j e c ti nt h es u b s i d e n c ea r e a;F u n d a m e n t a l l ye l i m i n a t et h eh i d d e nd a n g e ro fw a t e ra c c u m u l a t i o ni ng o a ft oe n s u r et h es a f e t yo fc o a lm i n ep r o d u c t i o n;T h ed r a i n a g e f e eo fm i n ew a t e r i n t ot h e r i v e r i se x e m p t e d,a n dt h en e ww a t e r c o n s u m p t i o no fm i n ew a t e r i s r e d u c e d T h e t h r e e l e v e l,t h r e e u s ea n dt w o c y c l e m i n ew a t e r t r e a t m e n t a n dp r o t e c t i o nm o d e i sa d o p t e dt ot r a n s f o r m m i n ew a t e r i n t oag r e e nw a t e r s o u r c e,e f f e c t i v e l ya l l e v i a t i n gt h ec o n t r a d i c t i o no fw a t e ru s e i nm i n i n ga r e a s K e y w o r d s m i n ew a t e r;c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n;t r e a t m e n t t e c h n o l o g y;r e m o v a l o f f l u o r i n ea n da mm o n i an i t r o g e ns y s t e m;e f f e c t神东矿区位于黄土高原丘陵沟壑区和毛乌素沙地过渡带,气候干旱少雨,年降雨量 mm,是年蒸发量的/;地下水资源缺乏,是全国平均水平的 .补连塔煤矿作为国能神东煤炭集团的骨干矿井、世界上最大的单井井工煤矿,年产煤炭 万t,矿井水涌出量约 万m/d.为提高矿井水排放标准、有效防治水污染、保护水生态环境,补连塔煤矿开展了矿井水提标治理项目.项目目的是通过改造升级已有矿井水处理厂,增加补连塔煤矿区域矿井水提标治理系统,采用膜处理蒸发结晶(除盐)工艺,提高矿井水出水水质,经处理 后 的 矿 井 水 达 到 地 表 水 环 境 质 量 标 准(G B )类水标准,既能满足国家排放要求,又能满足煤矿生态环境综合治理项目的用水要求.我国煤矿矿井水排放及综合利用现状根据文献资料,年全国煤矿年排放矿井水约 亿m;年至 年月,我国煤矿因采煤新生成的矿井水资源量为 亿m,其中新产生矿井水较多的省(区)有内蒙古自治区、山西省、河南省、陕西省、河北省、贵州省、安徽省,并主要集中在黄河流域等缺水区域.据报道,年黄河流域省(区)煤炭产量 亿t,矿井涌水量约为 亿m,接近我国南水北调西线工程一期设计的调水量.煤炭是赋存在地下沉积岩类的矿产资源,含煤层、含水层、隔水层共生在一起,开采煤炭时不可避免会对地下含水层造成破坏,必然要产生矿井水.矿井水的主要来源:一是地下水,主要来自奥陶系和寒武系灰岩水、砂岩裂隙孔隙水、第四系冲积层水、老窑水等,各煤矿煤层所处的地质构造不同,排水量大小差别也很大;二是煤矿生产的废水,采煤过程中地面要输入生产用水,用于滚筒采煤机、液压支架、机电设备及其采煤生产的防尘降尘洒水等,这期间产生少量废水;三是地表裂缝渗入的地表水.矿井水水质特点和性质煤矿在生产过程中,由于地下水在流经采煤工作面时会携带大量煤粉、岩粉等悬浮物杂质,使矿井水颜色多呈灰黑色,有的煤矿煤层与碳酸盐、硫酸盐、石灰岩等可溶性岩石共生在一起,地下水与岩石 发 生 氧 化 作 用,使 矿 井 水 呈 高 矿 化 度 或 酸性.从大量的矿井水水质资料分析看,矿井水中的汞、铁、铝、铬、砷等有毒有害重金属含量极少,大部分矿井水呈中性,不含有毒、有害离子,一般污染较小,处理工艺相对比较简单,经净化处理后,能达到排放标准;深度处理后,能用于生产用水和生活用水标准.地下水作为矿井水的主要来源,一般占到矿井排水量 左右,矿井水的水质与当地地下水水质基本相同,属于极为重要的非常规水资源.地表水分类、矿井水分类及综合利用途径根据 中华人民共和国地表水环境质量标准,依据地表水水域环境功能和保护目标,我国水质按功能由高到低依次分为类.一类水质主要适用于源头水,国家自然保护区;二类水质主要适用于集中式生活饮用水,地表水源地一级保护区;三类水质主要适用于集中式生活饮用水、地表水源地二级保护区;四类水质主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区;五类水质主要适用于农业用水区及一般景观要求水域.煤矿矿井水可分为以下种类型.()洁净矿井水.未被污染的干净地下水,基本符合生活饮用水标准,有的含有益的多种微量元素,可开发为矿泉水.()含悬浮物矿井水.水质呈中性,没有有毒有害元素,矿化度小于 m g/L,金属离子很少,含有大量悬浮物、少量的可溶性有机物和菌群等.()高 矿 化 度 矿 井 水.水 中 含 有S O、C、C a、K、N a、HC O等离子,离子总量大于 m g/L,个别达到 m g/L左右,水质多数呈中性或偏碱性,带苦涩味,俗称“苦咸水”.高矿化度矿井水广泛分布在我国黄河流域、淮河平原及华东沿海地区.()酸性矿井水.水质p H值小于 ,当开采含硫高的煤层时,硫化物受到氧化与生化作用产生硫酸而使水呈酸性,酸性水易溶解煤及围岩中的金属元素,因此铁(F e)、锰(M n)等重金属元素以及无机盐类增加,使矿化物度、硬度升高.()含特殊污染物矿井水.主要指含氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、含放射性元素矿井水或含油类矿井水,高氟矿井水广泛分布于黄河流域等北方区域.含放射性和含油矿井水的煤矿目前发现较少.综合考虑矿井水水质、技术可行性和经济合理性,矿井水综合利用要遵循“能用尽用”的原则,主要用于工业用水、杂用水、生态环境用水、农田灌溉用水、生活饮用水.生态用水主要用于河湖补水、湿地补水、营造城市景观水体和各种水景构筑物.并 且,当 矿 井 水 总放 射 性 含 量 小 于 B q/L且总放射性含量小于B q/L时可进行利用.年增刊 中 国 煤 炭 第 卷补连塔煤矿矿井水综合利用项目研究的必要性根据补连塔煤矿提供的矿井水逐月水量统计报表,补连塔煤矿 年矿井水涌水量分别为 万m、万m、平均涌水量分别为 万、万m/d,由此可看出 年矿井涌水量呈稳定趋势,原矿井水处理规模(万m/d)不能满足目前排水量要求,年神东煤炭集团对补连塔煤矿矿井水处理厂进行了改扩建,矿井水处理总规模提升为 万m/d.神东矿区位于晋陕蒙接壤区,属黄土高原丘陵沟壑区与毛乌素沙地过渡地带,原生环境十分脆弱,是全国水土流失重点监督区与治理区.煤炭开采期间,神东煤炭集团坚持“开发与治理并重”的理念,创新了“三期三圈”生态环境防治技术体系,“三期”以采前、采中、采后为时间顺序,“三圈”以中心美化圈、周边常绿圈、外围防护圈为空间结构和时空结合,构建持续稳定的生态系统,形成以“先治后采、治大采小、采治互动、以采促治、以治促效”为特征的技术模式,植物群落以油蒿为主的草本群落演替为以沙棘为主的灌草群落,植物物种由原来的 种增加到目前的近 种,微生物和动物种群也大幅增加,矿区风沙天数由 d以上减少为d,降雨量少且年内不均匀的现象明显改善,已形成良性生态系统.神东矿区不仅没有因大规模开发造成环境破坏,而且让原有的脆弱生态环境实现了正向演替,建成“山水林田湖草沙”生命共同体,因此有必要通过补连塔煤矿矿井水提标治理,提高矿井水水质标准,对处理后达到标准的矿井水进行充分利用.补连塔煤矿始终坚持矿井水清污分流原则.年以来,矿井涌水经过井下采空区过滤被直接复用于井下生产和沉陷区灌溉.但采空区储水对井下生产作业安全造成一定威胁,近年来国家矿山安全监察局多次发文要求企业逐步建立“采空区零积水”模式.因此,该项目的实施非常必要.补连塔煤矿矿井水综合利用项目工艺 矿井水处理厂基本情况补连塔煤矿矿井水处理厂提标治理项目前处理规模为 万m/d,厂区占地面积 m,包括高效旋流系统及除氟除氨氮系统,其中主要设施有预沉调节池个、高效澄清池座、多介质滤池座、煤泥浓缩池个、清水池个、集水池个,自动搅拌加药装置、带式压滤机,经处理过后出水水质氟化物达到了 地表水环境质量标准(G B )类水标准.新建补连塔煤矿区域矿井水提标治理项目,占地约万m,其中主要设施有深度处理综合车间、中间水池、清水池、蒸发结晶车间,处理后的矿井水全项指标达到了 地表水环境质量标准(G B )类水标准,且T D S m g/L.提标治理项目前后补连塔煤矿矿井水处理系统工艺流程及其工作原理煤矿矿井水处理系统按照个环节建设,第环节是矿井水预处理系统、第环节是新建矿井水除氟除氨氮系统、第环节是补连塔煤矿区域矿井水提标治理系统(除盐).前个环节属于矿井水预处理系统,第环节是提标治理项目的核心,通过增加深度处理系统,采用膜处理蒸发结晶(除 盐)工艺,去除硫 酸盐、硝酸盐、氯化物、总氮以及部分金属(含铁、镁、锰等化合物)离子.矿井水预处理系统矿井水预处理系统的作用主要是去除矿井水中的悬浮物,利用重力沉淀的原理,通过添加混凝药剂和增加斜板等方法,提高固液分离效率.最终实现悬浮物的去除.()混凝沉淀系统工艺流程:井下来水 预沉调节池 提升泵 澄清池 滤池 清水池 去往除氟车间.工作原理:井下污水进入预沉调节池进行初步沉淀,然后利用提升泵将药剂与矿井水的混合水提升进入高效澄清池内,经过混合、絮凝、沉淀后出水到达多介质滤池进行过滤,最后进入清水池.其工艺流程如图所示.()高效旋流系统工艺流程:井下来水 预沉调节池 提升泵 高效旋流器 清水池 去往除氟车间.工作原理:利用预沉池内提升泵将污水提升至高效旋流器内,进入旋流器前加混凝剂、絮凝剂,充分混合后进入旋流器内;利用旋流技术将煤泥等打团颗粒物和水分离,实现污水处理功能.其工艺流程如图所示.矿井水除氟除氨氮系统氟化物去除采用F e C a催化羟基磷灰石氟置换工艺;原水通过提升泵打入除氟过滤池中,过滤池中加入F e C a催化反应除氟剂(羟基磷灰乔柄霖等:补连塔煤矿矿井水综合利用研究及其具体成效 年增刊石),形成合成纳米级晶体,与水中氟化物吸附并发生反应,同时该反应剂含有铁离子,能起到加速催化反应的作用,反应结合后的清水进入清水池再生,同时加入氢氧化钠溶液,反应一段时间后置换出F e C a催化反应剂中的氟离子,浸泡h后,再生废液排至石灰反应池,在石灰反应池中再生废液 发生反应生 成沉淀(含氟 离子),上清液回流至氢氧化钠储存罐再次利用,下层沉淀通 过 压 滤 机 压 泥 后 外 运.该 工 艺 流 程 如 图所示.图混凝沉淀系统工艺流程图高效旋流系统工艺流程 矿井水除盐提标治理系统矿井水经预处理系统及除氟除氨氮系统处理过后去往提标治理系统,提标治理系统主要采用膜处理蒸发结晶(除盐)工艺,进水经反渗透膜多级浓缩后,去除硫酸盐、硝酸盐、氯化物、总氮以及部分金属(含铁、镁、锰等化合物)离子后满足 地表水环境质量标准三类水.该工艺流程如图所示.补连塔煤矿矿井水综合利用项目取得的成效()作为水资源严重短缺地区,矿井水 达标回用有助于加快采煤沉陷区生态环境综合治理项目的实施,采用“三期三圈”生态环境治理模式,具有提升水源涵养生态功能、修复地表水系生态基流、构建水土保持生态体系、实现大气降水生态循环的良好生态效应.()按照目前国家矿山安全监察局要求,煤矿 年增刊 中 国 煤 炭 第 卷需树立“采空区零积水”理念,采取采空区积水灾害源头治理措施,实现从根本上消除采空区积水隐患,确保煤矿安全生产的相关要求.()矿井水的达标综合利用,免除了矿井水入河排污费,减少了矿井水新水用量,节约了用水成本及水资源纳税税额;同时,沉陷区种植沙棘等产 品 作 物,还 可 有 效 带 动 当 地 产 业 经 济发展.图F e C a吸附法除氟工艺流程图浓盐水浓缩蒸发结晶除盐工艺流程()补连塔煤矿矿井水处理站出水水质监测结果显示,经综合处理后的矿井水满足 城市污水再生利用 工业用水水质(G B/T )、城市污水再生利用 景观环境用水水质(G B/T )、城市污水再生利用 绿地灌溉水质(G B/T )、城市污水再生利用 城市杂乔柄霖等:补连塔煤矿矿井水综合利用研究及其具体成效 年增刊用水水质(G B/T )、城市污水再生利用 农 田灌溉用 水水 质(G B/T )、工业循 环 冷 却 水 处 理 设 计 规 范(G B )等用水水质的要求,产品水水质满足 地表水环境质量标准(G B )类水 项指标要求.可直接用于景观环境、绿地灌溉、厕所冲洗、道路清扫、车辆冲洗、农田灌溉及一般工业循环冷却水等用途.()补连塔煤矿矿井水提标治理项目极大地减轻了补连塔煤矿的环保压力和矿井水对地表水体的污染,采用“三级三用二循环”矿井水治理保护模式,可以使矿井水转变为绿色水源,有效缓解了矿区用水矛盾.结语按照国家和行业水污染物排放控制及地方生态环境部门的要求,兼顾煤矿安全生产需要和纳污水功能区水质保护等要求,补连塔煤矿富余矿井水经矿井水处理站处理,达到或优于 地表水环境质量标准(G B )类水质标准,处理后的氟化物(以F计)小 于 m g/L,硫 酸 盐 小 于 m g/L,氯 化 物 小 于 m g/L,T D S小 于 m g/L,全盐量低于 m g/L.因此,补连塔煤矿矿井水提标治理项目取得理想效果,为补连塔生态煤矿建设做出突出贡献.参考文献:王行军我国 年以来煤矿矿井水资源研究J中国煤炭地质,():,高亮我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势J煤炭科学技术,():刘勇,孙亚军,王猛矿井水水质特征及排放污染J洁净煤技术,N o ():胡冬冬高矿化度矿井水硫酸盐、总硬度去除的实验研究D太原:太原理工大学,国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局中华人民共和国地表水环境质量标准:G B S/O L北京:中国标准出版社,:h t t p s:/w e n k u b a i d u c o m/v i e w/d a a f d b b e f a c f a a h t m l?_w k t s孙宁湖煤矿矿井水处理技术综述J山东煤炭科技,():(责任编辑康淑云王雅琴)年增刊 中 国 煤 炭 第 卷