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矿井水处理实践报告
有关矿井水处理技术的研究与思考
─以柳林县兴无选煤厂矿井水处理为例
实习时间:
2012年8月1日到8月15日
实习地点:
山西省柳林县兴无选煤厂
实习目的:
了解矿井水处理技术
水资源危机是21世纪人类面临的最严峻的问题之一。
而煤炭是我国重要的基础能源和原料,在国民经济中具有重要的战略地位,在我国一次能源结构中,煤炭占到70%以上。
在我国煤炭生产以地下开采为主,为了确保井下安全,必须排除大量的矿井水。
据统计,我国每年矿井水排放量高达45亿m3,约占整个采矿业(有色冶金、黄金、化工等矿山)的80%,而利用率仅为43.8%。
其中大部分矿井水未经处理就直接排放到江河湖泊,造成严重的环境污染,从而也加重了水资源短缺,已影响到我国煤炭工业的进一步发展。
据统计,全国约有70%的矿区面临缺水,有40%的煤矿严重缺水,国有煤矿缺水达69-86万m3/d。
山西是产煤大省,也是我国重要的煤基地之一,有全国最大的炼焦煤产地、全国最大的无烟煤产地,也是全国最大的优质动力煤产地。
如此大量的煤,对于煤场的废水处理需求就相对比较多、技术要求相对比较高。
现在以柳林县兴无选煤厂为例,对有关矿井水处理的技术进行一些研究与讨论。
一、兴无煤矿矿井水处理工程
(一)、处理工程简介
山西中泽环境工程有限公司采用先进的水处理技术和设备,通过PLC系统和变频系统实现自动加药、自动排泥、自动反冲洗和全过程在线监控。
各液位和水泵、电动阀门等动力设备实现联锁控制、自动开停设备、自动报警。
将整个处理过程中的各种运行参数以图形及文字方式动态显示在工控机上,操作管理方便、自动化程度高,出水水质完全符合国家煤矿井下消防洒水水质标准和国家GB5479-2006生活饮用水卫生标准,处理水量5000吨、天。
(二)、处理工艺流程
矿井水先进入调蓄池,再流经管道混合器时,由加药泵加入PAC和PAM后进入涡旋反应器,再流经坚流反应器。
经过此步骤后,矿井水中固体悬浮物大量沉淀,至此分为两部分,一部分进入储泥池,经过浓缩池进入脱水机房,通过污泥提升泵进入污泥脱水机,最后污泥由污泥车运走。
另一部分则继续经过连续过滤器到达中间水池1,由此也分为两个部分,一部分由活性炭进水泵进入活性炭罐,再到达中间水池2,通过超滤进水泵等超滤设备流入超滤水箱,该部分水由反渗透进水泵,加入阻垢剂后则成为生活用水,可以直接饮用;另一部分由井下用水泵,直接成为井下用水。
综上所述,经过一系列的处理工艺,矿井水最后被处理为三类:
污泥、井下用水和生活用水。
以下为处理工艺流程图:
处理工艺流程图
涡旋反应器坚流沉淀器
PACPAM
第一部分
矿井水调蓄池管道混合器
储泥池浓缩池污泥脱水机
污泥提升泵污泥车
脱水机房
第二部分
活性炭罐超滤水泵
坚流沉淀器连续过滤器
活性炭进水泵超滤水箱
中间水池1中间水池2
反渗透进水泵
井下用水泵
加阻垢剂
井下用水生活用水
(三)、混凝剂PAC和PAM。
聚合氯化铝,也称碱式氯化铝,是AlCl3和Al(OH)3之间的水解产物,英文缩写PAC,分子式为[Al2(OH)nCl6-n]m,其中m≤10,n=1-5,产品质量符合国家GB15892-2003标准。
液体产品为无色、淡黄色、淡灰色或棕褐色透明或半透明液体,无沉淀。
固体产品是白色、淡灰色、淡黄色或棕褐色晶粒或粉末。
产品中氧化铝含量:
液体产品>8%,固体产品为20%-40%,碱化度70%-75%。
该产品是一种无机高分子混凝剂,主要通过压缩双层、吸附电中和吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用,使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳,聚集、絮凝、混凝、沉淀,达到净化处理效果。
使用时,将该产品(固体)与常温水按1/3的重量比边搅拌边投加,至完全溶解后,再加水稀释到所需要浓度,原水浓度100~500mg/l时投加量为3~6mg/l。
具体投加时,应根据水质情况进行水试,选出最佳投加量而后投用。
储存时要注意存放在室内干燥,通风、阴凉处,且勿受潮。
PAC是水净化领域的重要混凝剂,对低温、低浊及高浊水具有高效净化作用,但是由于其单体与有机物反应会生成危害人体健康的物质,所以保证其纯度在水净化中显得很重要。
聚丙烯酰胺,英文缩写PAM,该产品的分子能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥吸附,有着极强的絮凝作用。
密度=1.3。
PAM在50-60°C下溶于水,水解度为5%-35%,也溶于乙酸、丙酸、氯代乙酸、乙二醇、甘油和胺等有机溶剂,一般为白色。
PAM是国内常用的非离子型高分子絮凝剂,分子量150万-2000万,商品浓度一般为8%。
有机高分子絮凝剂具有在颗粒间形成更大的絮体由此产生的巨大表面吸附作用。
该产品具有高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰基,因而在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用,有“百业助剂”、“万能产品”之称。
现主要介绍其在水处理领域中的作用。
PAM在水处理工业中的应用主要包括原水处理、污水处理和工业水处理3个方面。
在原水处理中,PAM与活性炭等配合使用,可用于生活水中悬浮颗粒的凝聚和澄清;在污水处理中,PAM可用于污泥脱水;在工业水处理中,主要用作配方药剂。
在原水处理中,用有机絮凝剂PAM代替无机絮凝剂,即使不改造沉降池,净水能力也可提高20%以上。
所以目前许多大中城市在供水紧张或水质较差时,都采用PAM作为补充。
在污水处理中,采用PAM可以增加水回用循环的使用率。
(四)、反渗透技术
反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。
因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。
根据各种物料的不同渗透压,就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
兴无煤场中也采用了其技术。
二、兴无煤矿污染处理现状
该煤业响应国家建资源节约和环境友好型社会号召,解决当地废水排放和水资源紧缺问题,委托山西中泽环境工程有限公司对其矿井水进行处理,处理后出水全部回用于井下消防洒水和矿区生活饮用水,实现了废水资源化,减少了供水费用,经济效益良好。
兴无煤矿矿井水处理后,每年可减少排放悬浮物约800多吨,减少废水排放150余万吨,环境效益明显。
矿井水净化处理后作为生产用水可以减少地下深井水的开采量,节约地下水资源,保护矿区地下水和地表水的自然平衡;可以解决过度开采地下深井水带来的环境问题;可以解决矿区用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾,提高煤矿的综合效益。
三、兴无煤矿矿井水处理优点与缺点
(一)、处理优点
1、处理工艺系统较为完善;
2、煤泥水系统设施完善,完全实现了洗水闭路循环、煤泥厂内回收。
吨煤清水消耗在0.2m3/T以下,达国家一级标准。
整体符合清洁生产标准要求。
生产除尘系统、矸石排放系统、厂区绿化基本实现环保达标;
3、装备精良、运营自动化程度高。
生产系统自动化程度高,可实现设备启动自动化、液位监控自动化、密度控制自动化、物流计量自动化、煤泥压滤自动化、系统排污自动化、生产管理集中化,改传统“一机一岗制”为“巡检制”,节约了大批劳动力,而且生产效率高,劳动强度低,工作环境好。
(二)、处理缺点。
1、采用的反渗透技术需要高压设备,原水利用率只有75%-80%,反渗透膜要定期清洗;
2、利用活性炭时,可能会因为炭粒排列疏松不规律,无法有效过滤一些无机物。
四、有关矿井水处理的看法与思考
(一)、矿井水生产回用的好处
矿井水排水污染物成分及性质不同于其它工业废水,矿井水排水水量、水质变化较大,悬浮物含量较高,其污染物中不但含有大量的煤渣、砂砾及其它胶结物,而且含有油类等物质。
矿井水经混凝沉淀、过滤等合理、经济的处理后出水水质满足井下消防和防尘洒水水质要求。
通过处理不仅实现了煤矿矿井水资源的合理利用,而且保护了周围环境不受污染,同时为煤矿的正常生产用水提供了可靠的水源,为煤矿产业的发展打下了良好的基础,其经济、社会和环境效益是十分显著的。
1、经济效益。
一般情况下,处理一立方矿井水平均成本约0.35万。
处理后综合利用,可节省水资源费和排污费,此外,按万元产值用水量计算,一立方水可间接创产值20万元。
提高矿井水综合利用率,其经济效益是十分显著的;
2、其社会效益来看,综合利用矿井水可解决各煤矿普遍缺水的状况,解决了生产和生活用水的难题,可促进煤矿企业的可持续发展;
3、从环境效益来看,可以改善地表水水质和缓解水资源紧张的局面。
2004年我国煤炭废水排放量约为38亿吨,占全国废水排放总量的9%、全国工业废水排放总量的15%以上。
根据估算,全部煤矿达到《煤炭工业污染物排放标准》规定限值后,悬浮物固体每年将削减657万吨,每年将控制住约3.5亿吨酸性矿井水的排放,将促进我国地表水水质的改善。
另一方面,我国煤矿大多分布在华北和西北地区,这些地区多属于干旱和半干旱气候区,多年年均降水量在100mm以下,加上水资源的过度利用,造成严重资源性缺水、生态环境恶化。
打到排放标准之后,可以促进矿井水的净化处理和资源化利用,减少污染物排放量,保护矿区资源,节约地下水资源,缓解缺水紧张状况。
由于生活用水和生产用水的水质标准不同,因此,矿井水的净化利用可按先生产用水的生活用水,先井下用水后井上用水的原则进行选择处理工艺。
矿井水经过混凝、沉淀后,水中90%左右的悬浮物已被沉淀分离,浊度可达10度以下,通过多层过滤、吸附等工艺,水质完全澄清,浊度达到1度以下,再经过消毒处理,细菌、大肠杆菌几乎全部被去除掉。
根据矿井水涌出量80m3/h,如果将矿井水全部净化,每天可节约新鲜水1920m3。
(二)、影响矿井水处理的主要因素
影响处理效果的主要因素有混凝剂、水中悬浮物、水温和pH等。
1、混凝剂。
矿井水处理所选的混凝剂主要有一下主要几种:
硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、碱式氯化铝和聚丙烯酰胺。
以上混凝剂所有矿井水处理站均使用过,但经过一段时间的实践运行后,基本上均该为使用碱式氯化铝。
因为碱式氯化铝对矿井水质适应性强、净化效率高、耗药量少、成本低,适应水温和pH的变化。
2、水中悬浮物。
矿井水中悬浮物固体变化大,原因是矿井水在井下水仓中停留实践长短不一,其次是与水仓是否及时得到清洗有很大的关系。
当矿井水在井下水仓中停留时间短、水仓又很久没清洗时,会使悬浮物固体值较高,此时采用一体化净水器处理工艺效果比较差。
3、水温。
水温度矿井水净化处理有较大的影响。
水温低时,水分子布朗运动减弱、粘滞度增大,不利于胶粒的脱稳和聚集,对混凝效果影响明显。
4、pH。
pH值直接影响到混凝剂的水解和缩聚反应,因此对混凝剂品种的采用有很大的影响。
常用混凝剂的pH值适用范围如下:
硫酸铝:
5-7.5
硫酸亚铁:
8.1-9.6
三氯化铁:
6-8.4
碱式氯化铝:
5-9
(三)、我国煤矿井水处理一般方法
煤矿采用澄清池代替混合、反应、沉淀池;有的煤矿还将井下水仓加隔板改成反应、沉淀池,在水仓的入口处投加混凝剂使药剂与进水混合,这样可节省地面净化站的用地、水泵用电及基建投资。
在混凝剂的选用上,多采用当地生产、进货容易、净化效果好、温度适应性强、pH值适应范围广的产品(如碱式氯化铝等),有时还与助凝剂、稳定剂、中和剂配用。
矿井水净化处理应从实际出发,根据水质特点和使用要求,并考虑企业管理水平,力求处理流程简单,便于操作管理。
目前矿井水利用途径主要有:
工业用水、生活用水、生活饮用水、工业用水比较广泛,包括井下防尘、地面洗煤、冷却及其它工业生产和建筑、绿化等。
有的未经处理直接利用,还有些将矿井水供临近单位或农村使用,另外还有大量的矿井水供农村灌溉和发展养殖。
(四)、我国矿井水处理的思考
就柳林县而言,兴无选煤厂的矿井水处理技术较之别的企业属于较高水平,处理效率相对比较高,但是,我国矿井水处理技术总的来说还是不太成熟的。
比如,就高浊矿井水的利用来说,存在的问题有:
(1)矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物,具有加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等特点。
许多含悬浮物矿井水处理工程,投入运行后,设计水量和水质达不到设计要求,主要是因为反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值不合理所致;
(2)不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大,决定了投加混凝剂种类和数量不尽相同。
由于混凝药剂选择和投加不当,使得一些煤矿矿井水处理后达不到预期效果。
由于不能及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控,许多矿井水处理工程只有水泵和简易的加药装置,因此,矿井水处理后的水量和水质无法得到保证;(3)煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油,油类物质进入矿井水中,采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。
还有酸性矿井水、高矿化度矿井水以及高铁锰矿井水等,都还是存在问题的。
因此,我们要对各种类矿井水进行深入的研究,探讨相应的处理新方法,提高矿井水的资源化利用率,解决制约煤矿企业发展的“瓶颈”问题。
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