马道头煤矿水处理工程设计 5页

第31卷第8期露天采矿技术Vo1．3lNo．82016年8月OpencastMiningTechnologyAug．2016DOh10．13235~．cnki．hcm．2016．08．021引用格式：盛守福．马道头煤矿水处理工程设计[J]．露天采矿技术，2016，31(8)：75—78马道头煤矿水处理工程设计盛守福(中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015)摘要：介绍大同煤矿集团马道头煤矿对本矿生产废水进行综合治理，处理出水作为洗煤水、井下冷却防尘用水、生活饮用水、锅炉用水等，将污废水处理后综合利用，节约水资源，不仅符合环保要求，而且具有一定经济效益和社会意义。关键词：综合治理；洗煤水；防尘用水；超滤；反渗透中图分类号：TD74文献标志码：B文章编号：1671—9816(2016)08—0075—05WatertreatmentengineeringdesigninMadaokouCoalMineSHENGShoufu(ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupShenyangDesign&ResearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：Theartic1eintroducesthecomprehensivecontrolofproductionwastewaterinMadaokouCoalMine，whichtakeswaterascoalwashingwater，undergroundwaterforcoolinganddustprevention，drinkingwater，boilerwater，etc．Theminecomprehensivelyutilizeswastewater，andsaveswaterresources，whichnotonlyconformstotherequirementsofenvironmentalprotection，butalsohasacertaineconomicbenefitandsocialsignificance．Keywords：comprehensivecontrol；coalwashingwater；dustproofwater；uhrafihration；reverseosmosis0引言矿井水的平均利用率只有22％，大量未经过处理的煤矿污水直接排放出去，不仅污染环境，也浪费众所周知，我国是一个缺水非常严重的国家，如煤矿的矿井水资源[41。何科学合理利用有限的水资源，就显得尤为重要，当针对上述情况，同煤集团马道头煤矿因地制宜，前主要的方法为调水、蓄水和节水3种Ⅲ。节水是其进行煤矿废水综合利用建设，根据用水对象的不同中最为经济可行的方法。随着我国煤炭行业的快速水质要求，采用分质处理的系统，分别供应生活饮用发展，煤矿开采过程中产生的污、废水越来越多，合和生产复用，基本达到零排放的目标。理的开发和利用这部分水资源，可以极大地缓解煤矿的用水问题，从而形成良性水平衡，对煤矿周围环1水处理工程设计境和水资源修复有利[2J。本工程位于大同煤田西南部，地处左云县境内，目前我国煤矿中的地下水利用情况并不乐观，距大同市区45km。西北距左云县城15km，东南距据统计我国煤矿的矿井水的年排放量达到22亿t，陈家堡20km，其地理位置为：东经112。3701”～其中中性水约占70％80％，硬度符合饮用水要求112o5103”，北纬39。464839o5325”。本区属典的占40％一50％，这是一个相当可观的水资’源【，但型的大陆性气候，干旱少雨，周围没有可利用的地表长期以来，矿井水大部分被当作煤矿开采的负担，很河流【。少考虑到矿井水的有利一面，从而导致不经过综合本工程井下水文地质报告预测正常涌水量1162利用和保护，直接外排掉。mS／h(27888m／d)，最大涌水量1453m3／h(34872mS／d)，根据井下巷道工程建设情况，井下实际涌水收稿日期：2016—02—23作者简介：盛守福(198l一)，男，汉族，辽宁人，工程师，量远小于地质报告水量，因此，建设方决定减少水处硕士，毕业于西安建筑科技大学，从事煤炭行业给排水设计理规模，按照750m3／h设计。工作。1．1原水进水水质·7·\n第3l卷第8期露天采矿技术Vo1．31No．82016年8月OpencastMiningTechnologyAug．20161．2设计水质标准水、井下冷却防尘用水、生活饮用水、锅炉用水回用。由于矿井水通过预处理后除一小部分可直接兑水处理厂出水达到如下标准：入洗煤水外，大部分需再通过深度处理后作为洗煤1)洗煤水水质标准：3)生活饮用水水质：参照GB5749-2006生活泥；另一部分来自于高效全自动净水装置。调节水池饮用水卫生标准执行沉淀污泥由吸泥泵将污泥抽吸并输送到污泥池。高4)锅炉用水水质标准：参照GB／T1576-2007效全自动净水装置沉淀污泥采用多斗式重力间歇式工业锅炉水质执行排泥。污泥依靠重力自然排到池外的排泥沟内，再流1．3水处理工艺的选择入污泥池。污泥池的污泥通过污泥输送泵送至卧螺本工程水性质有机污染物较低，但ss含量较离心机，在污泥输送泵出口的管道上设置静态混合高，根据深度处理系统对进水水质的要求，首先采用器，并投加助凝剂(PAM)，使得污泥更好的絮凝成大物化处理方法对原水进行预处理，使其满足深度处颗粒，然后送入卧螺离心机脱水，脱水后污泥含水率理系统的进水要求，洗煤水对硬度有要求，由于原约65％一78％。卧螺离心机分离出的清水回流到原水中的总硬度超标，必须进行深度处理或部分深度水调节水池。系统净化工艺流程如图1所示。处理，生活饮用水和锅炉房补充水对水质要求较高，2主要工艺设备简述根据GB5749-2006生活饮用水卫生标准及GB／T1576-2007工业锅炉水质之规定，原水中的总硬2．1调节池度、氨氮、溶解性总固体、铁、锰、钼、砷、总Ot放射调节池的主要功能是对矿井水来水的水量进行性、总放射性、氯化物等超标，简单的一、二级处理调节，对水质进行均衡，同时对矿井水的煤泥进行预不能满足，需要对经过一、二级处理的矿井水进行深处理，以减少澄清过滤的负荷及加药量。度处理。设计停留4h，有效容积为3000in，分为2座原水由矿井排水管到调节水池经过原水提升泵1500m3水池，每座池内设吸泥泵1台，地下式钢筋通过静态混合器加药后进入高效全自动净水装置。混凝土结构。由助凝剂、混凝剂、氧化剂加药装置的计量泵将助凝2．2高效全自动净水装置剂、混凝剂及氧化剂注入静态混合器，混合器通过自高效全自动净水装置是一种综合高密度矾花接身结构的剪切、搅拌作用，使其混合均匀，然后进入触絮凝、浅池沉淀理论、深层过滤机理和虹吸反洗机高效全自动净水装置。在装置内完成对二价铁的氧理的多段工艺组合的一体化水处理装置。净水器出化、絮凝、沉淀、过滤后的清水浊度≤10NTU进入水自流进入矿井及选煤厂生产系统复用水池，清水池。一部分直接兑人洗煤水，一部分超滤和反渗单台处理能力150m，沉淀区设计表面负荷4透的深度处理，满足各种不同回用要求后回用。In／mh，滤速9m／h，共5台。本工程的污泥一部分来自于调节水池沉淀污2．3混凝剂加药系统·76·\n第31卷第8期露天采矿技术Vol31No．82016年8月OpencastMiningTechnologyAug．2016矿井原水注：虚线框为高效全自动净水装置图1系统净化工艺流程图水中悬浮物含量高，通过投加混凝剂对原水进剂溶液箱为PP材料，容积按单箱24h加药量考虑。行处理，经多方面比较混凝剂采用聚合氯化铝。聚合配有搅拌机、计量泵等，装置设有药液箱液位传感氯化铝简称PAC，通常也称作碱式氯化铝或混凝剂器。等，它是介于A1C1，和AI(OH)，之间的一种水溶性2．4超滤装置无机高分子聚合物，颜色呈黄色或淡黄色、深褐色、超滤主要通过机械筛分作用，在压力作用下，溶深灰色树脂状固体。该产品有较强的架桥吸咐性能，剂和小分子溶质透过膜，大分子溶质被膜截留，采用在水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化超滤装置作为反渗透前的预处理设备，滤除水中的学过程。它与传统无机混凝剂的根本区别在于传统胶体、蛋白质、微生物和大的有机物等【。超滤作为无机混凝剂为低分子结晶盐，而聚合氯化铝的结构反渗透前的预处理设备，出水水质好而且稳定，耐冲由形态多变的多元羧基络合物组成，絮凝沉淀速度击负荷能力强，超滤装置处理能力98m／h·套，共2快，适用pH值范围宽，对管道设备无腐蚀性，净水套，膜元件采用外压式中空纤维膜，设计超滤水箱用效果明显，能有效去除水中色质SS、COD、BOD及于贮存超滤装置产水，提供反渗透脱盐系统运行用砷、汞等重金属离子，广泛用于饮用水、工业用水和水和自身反洗用水。水箱容积为200m。在水箱上设污水处理领域[61。置1套就地显示液位计和1套液位变送器，高、低液混凝剂配制投加浓度为5％，原水中的投加量约位与前、后级设备及水泵联锁，防止水箱断水水泵无为30～50mg／L，处理水为750m／h，即每小时的投水空转。加量约为750L溶液。2．5反渗透装置混凝剂加药装置为二箱二泵集装式结构，混凝在压力作用下，使纯水透过反渗透膜，水中的溶·77·\n第3l巷笫8期露天采矿技术Vo1．31No．82016年8月OpencastMiningTechnologyAug．2016解性无机盐、有机物、微生物、细菌、病毒等杂质被截实际现场未做任何措施，没有分隔房间，同时缺乏管留，随少量浓水排放，从而得到脱盐水。理，没有明确分类，现场药剂散乱堆放，存在管理和本项目中反渗透装置的技术指标如下：安全隐患；改进措施为药剂间完全独立设置，药品按产水量：88m／h．套照类别严格分类储存，设置必要的防护措施；系统脱盐率：≥97％(3年内)2)超滤和反渗透的再生液均为酸，有挥发性，造水回收率：≥75％成超滤和反渗透高压泵外壳存在不同程度的腐蚀，数量：2套影响水厂运行环境和水泵使用寿命；改进措施为对反渗透装置采用一级二段式，11—6排列，即第有挥发性的处理设备，比如反洗再生液等，设置分隔一段11根膜壳，第二段6根膜壳，膜壳采用国产房间，保证在一个相对密闭的空间内，同时考虑排风300psi一8—6型玻璃钢膜壳，该膜壳内壁光滑、与膜换气的要求，避免腐蚀其他设备；组件吻合程度好、耐压高、不易滋生细菌、耐腐蚀性3)水处理间内的水泵间未设计起吊梁，日常维能强、使用寿命长等优点，装置共17根膜壳，102支护较困难：根据GB50013-2006室外给水设计规范膜元件。反渗透膜元件采用进口抗污染膜元件。起质量小于0．5t时，采用固定吊钩或移动吊架，本设2．6消毒装置计未设置起吊梁，实际运行检修过程中，由于泵坑较水的消毒方法很多，基本上可分为物理和化学深，工人劳动强度较大，缺少人性化方面考虑；两大类：物理方面的有加热至沸腾、紫外线消毒、超4)煤泥脱水未考虑备用，设备检修时需要暂停声波消毒等方法；化学方面的有氯化消毒、臭氧消煤泥系统：根据规范GB50013-2006室外给水设计毒、重金属离子消毒等方法【71。本工程消毒设备采用规范，泥量较小时污泥脱水设备可以不考虑备用，通化学法二氧化氯发生器，二氧化氯发生器是目前国过调整运行方式进行调节，实际矿井水厂运行过程内消毒效果好，造价低廉的先进消毒设备。化学法二中，一旦设备故障，由于矿井较偏僻，换件等维修周氧化氯发生器所产的以ClO：为主，混有CI、0：、H0期较长，影响水厂正常运行；改进措施为增加一台备等多种强氧化剂，具有广泛的氧化和杀菌能力，能杀用煤泥脱水设备。灭水中各种芽孢病毒【8]。5)过滤器排水沟根据常规水力计算设计，保险将氯酸钠溶液与盐酸按一定比例通过原料投加系数较小，未考虑水跃等方面因素，导致溅水现象较系统输送到发生系统中，在特定温度条件下，反应生严重；改进措施为调整排水沟深度，排水管出口设置成二氧化氯和氯气的混合气体，经收集系统收集后，缓冲装置。通过抽取系统直接进入消毒系统，投加比例可根据4结论水质的不同，调整投加量。投加量必须保证出厂水中余量≥0．1mg／L，管网末梢水中余量≥0．02mg／L，二水处理工程理论来源于实践，又在实践中得到氧化氯与水的接触时间至少30min[9]。验证。本次水处理设计，涉及深度处理和水泵房合建二氧化氯发生器由原料罐、反应系统、温控系统、等方面的综合因素，系统较为复杂，对药剂间，消毒投加计量系统、控制系统、及氯气投加系统等组成。间等危险部位严格按照规范设计的同时，加强日常设计采用二氧化氯发生器，就地配制二氧化氯维护和管理方面的文字说明，在理论计算的基础上并投加，一方面用于对通过预处理系统后的清水进多考虑现场实际运行等其他方面的客观因素，结合行杀菌处理，另一方面对需要进行深度处理的矿井现场实际有针对性的设计，保证设计产品在满足用水中二价铁离子进行氧化转化为三价铁离子而形成户基本运行需要的同时，更加人性化和合理化。本工氢氧化铁悬浮物，再经过高效全自动净水装置过滤程设计工艺完全是依据理论推断和实际调查分析后去除。设计二氧化氯投加量为3×l06，处理水量为确定的。该工程已经投入运行，出水水质指标完全符750m／h，即每小时的投加量约为2250g，选用2500合国家饮用水标准，达到预想的结果，比较合理的利g／h二氧化氯发生器。用水资源，为今后科学利用地下水提供借鉴。3存在的问题和改进措施参考文献：1)药剂库设计时考虑分隔或者设置砖砌隔墙，(下转第83页)·78·\n第3l卷第8期露天采矿技术Vo1．3lNo．82016年8月OpencastMiningTechnologyAug．2016表3煤质分析用，渗透效果好，1d内在煤层表面形成良好的固化层1cm，固化效果左右良好。3)喷洒抑尘剂和未喷洒的煤堆在不同风力作用下的粉尘浓度对比表明：该抑尘剂可以大大降低由于风力作用而导致的粉尘浓度升高，防风抑尘作用明显。的一部分，故可以预见喷洒抑尘剂对于煤质并不会产4)煤堆喷洒抑尘剂可以降低雨水对煤堆的冲刷生太大的影响，由成分分析的实验结果也可以看出，效果，保护固化层，减少冲刷煤炭损失。未喷洒抑尘剂的煤样与喷洒了抑尘剂的煤样在水5)抑尘剂喷洒在煤堆上，对于煤质并无不良作用。分、灰分及挥发分等组分上基本一致，硫含量略微偏参考文献：高，但也相差不大。从煤质的发热量来看，发热量也基本一致，这说明抑尘剂对原有煤质无不良影响。[1]范恩飞，冯威，陈杰，等．开放性煤尘污染抑制剂的制备和性能研究[J]．吉林电力，2006，34(3)：8-10．5抑尘剂经济效果预期[2]王婷，杜翠凤．尾矿库粘结型防尘抑制剂的性能实验对于一个年耗煤量为320万t的火力发电厂来研究[J]．矿业工程，2007，5(3)：57—60．说，由于风力、雨水等自然条件造成的煤尘损失大约[3]苏义华，李利东．环保型扬尘抑制剂性能研究与应用为5‰，也就是说每年损失的煤料质量为1．6万t，[J]．化学工程师，2006，20(5)：44—45．[4]沈祥智．火力发电厂露天储煤场的煤尘飞扬与氧化自按照市场煤价800元／t来计算，每年的经济损失为燃[J]．工业安全与防尘，1997(1)：13—15．1280万元，经济损失十分严重，急需有效可靠并经[5]陈高林，王林，郭红光．抑尘剂技术研究现状与发展趋济的方法来减少煤料的损失。势[J]．煤炭技术，2014，33(11)：340—342．该覆盖剂经过实验室内模拟现场条件实验，模16]Gay，FrankT，Cowseae，eta1．Methodofdustingcoal拟小型煤堆实验可知该覆盖剂对于煤尘的损失可减mine$ulfaces~UnitedStates，6726849[P]．2004—04—少90％以上，也就是说使用该覆盖剂可挽回每年因27．煤尘损失而产生的经济损失1152万元。经过估算，【7]Pullen，ErrollM，MelvynD，eta1．Fluidfodmulationand对于320万t的煤料，其所耗覆盖剂的量为1900t，methodfordustcontrolandwettingenhancement：Unit-而覆盖剂每吨的价格为480元，即对于耗煤量为edStates，6124366[P]．2000—09—26320万t的火力发电厂，在覆盖剂上的消耗为91万l8jYangJing，WuXiu-kun，LiGai—ping．Studiesofsur-元，相对于节省的经济损失1152万元来说，经济效facecharacteristicsandwettingmechanismofrespirable果十分显著。coaldust[Jj．JournalofChinaUniversityofMiningandTechnolory，2010(3)：365—3716结语[9]丛晓春，刘玉峰，张旭．自然外力作用下的抑尘层力学强度分析[J]．中国矿业，2005，14(9)：66—69．1)对于抑尘剂的室内试验，表明抑尘剂有固化、[1O]张文案，霍磊霞，刘海龙等．复合型煤尘抑制剂的制防尘、防风和防雨的优良性能。备及性能研究[J]．煤化工，2009，5：21—24．2)新型抑尘剂在散堆储煤场的露天煤堆上使【责任编辑：解连江】(上接第78页)设计[J]．露天采矿技术，2015(4)：62—68．[1]盛守福．贺斯格乌拉露天矿水处理工程设计[J]．露天[6]闫新房，田军仓．煤矿污水处理及污水资源化综述[J]．采矿技术，2013(O1)：24—29．煤炭技术，2010(5)：4—6．[2]盛守福．浅谈煤矿污水的处理与利用[J]．世界家苑，[7]付万军，于宏伟．舒兰煤矿井下污水处理与利用[J]．煤2O12(O5)：36—37．炭科学技术，2009(5)：122—124．[3]李越．浅谈煤矿污水的处理及利用[J]．中国科技博览，[8]张爱青．大同煤矿生活污水资源化处理利用的途径2013(4)：226．[J]．煤炭加工与综合利用，2005(5)：51—53．[4]许明福．煤矿污水处理浅析[J]．山东煤炭科技，2009[9]蒋俊峰，赵琼祥．高议民煤矿生产中污水资源的合理(3)：1l1-112．利用[J]．陕西煤炭，2010(4)：111-ll2．[5]盛守福．呼伦贝尔铁路装车系统生活饮月J水处理工程【责任编辑：张东旭】·83·