introductory

在相同地質(zhì)條件下，礦井產(chǎn)能越高則礦井水排放量越大。但在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期，受限于技術(shù)水平造成認(rèn)識(shí)不足，礦井水一直被當(dāng)作礦井生產(chǎn)中的一項(xiàng)災(zāi)害加以預(yù)治，大多煤礦企業(yè)均采取直接排放的處理方法，這樣不僅嚴(yán)重破壞了區(qū)域水平衡、污染了環(huán)境，還造成了企業(yè)用水緊張。

1工程概況及存在的問(wèn)題某礦井生產(chǎn)規(guī)模為1.5 Mt/a，礦井涌水量為250 m3/h（6 000 m3/d），井上下生產(chǎn)、生活用水合計(jì)約為2 600 m3/d，礦井涌水尚有富余，需合理處理剩余的涌水。由于井下涌水量大于生產(chǎn)用水，儲(chǔ)水壓力較大，因此，需要增加消耗量或外排。而井下水未經(jīng)過(guò)處理，水質(zhì)達(dá)不到生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)和外排標(biāo)準(zhǔn)。需要對(duì)井下水進(jìn)行水處理，以解決水質(zhì)污染的問(wèn)題，保證處理后的水能排往工作面直接使用，排放地面的水質(zhì)達(dá)到地面綠化用水，其中一部分達(dá)到生活及鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。

2井下礦井水處理的目的傳統(tǒng)的礦井水處理方式在礦井地面工業(yè)場(chǎng)地建立一套水處理系統(tǒng)，將井下涌水處理后再送往井上下用水點(diǎn)。因此礦井由地下抽排至地上再輸送至井下，存在往返耗能問(wèn)題。若礦井涌水在井下處理后直接送往井下各用水點(diǎn)，則水流路徑最短，也最節(jié)能。剩余處理后的礦井水再排至地面使用，則不存在路徑折返問(wèn)題，從而達(dá)到節(jié)能減排、增加效益的目的。

3井下礦井水處理工藝

（1）預(yù)處理預(yù)處理系統(tǒng)工藝原理是通過(guò)簡(jiǎn)單的初步處理措施過(guò)濾掉水中漂浮的雜物，為后續(xù)深度處理工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供保障，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的礦井排水指標(biāo)應(yīng)滿足煤炭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。目前主要預(yù)處理方法有常規(guī)沉淀池、高效旋流工藝、微砂循環(huán)水處理工藝（重介速沉）。①常規(guī)沉淀池采用這種形式的優(yōu)點(diǎn)：處理水量可大可小、操作簡(jiǎn)單、便于系統(tǒng)管理、單位耗能小等。缺點(diǎn)：相關(guān)工藝設(shè)備占用空間大，抵抗負(fù)荷沖擊能力弱，經(jīng)過(guò)沉淀之后的污泥也非常容易造成堵塞，從而導(dǎo)致淤泥排放不暢通，因此不適合用于井下。②高效旋流工藝高效旋流多級(jí)凈化工藝是一種先進(jìn)的、技術(shù)集成度高的工藝。利用閃混技術(shù)、旋流＋離心分離、污泥層過(guò)濾、污泥旋流濃縮、輕質(zhì)濾料動(dòng)態(tài)過(guò)濾等的多種技術(shù)原理，將混凝反應(yīng)、泥水分離沉淀和過(guò)濾、以及污泥濃縮的水處理環(huán)節(jié)融為一體，在相同的容器空間內(nèi)可以用非常短的時(shí)間（20～35 min）完成污水的分級(jí)凈化，相比于回用和排放的標(biāo)準(zhǔn)，該工藝具有較大的優(yōu)勢(shì)。③微砂循環(huán)水處理工藝（重介速沉）重介速沉水處理工藝基于微砂絮凝循環(huán)技術(shù)研發(fā)而成。微砂絮凝循環(huán)技術(shù)與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)（混凝、絮凝和沉淀）原理很相似，均使用混凝劑混凝，聚合物絮凝劑收集懸浮固體，傾斜管（板）沉降除去懸浮物體，此技術(shù)改進(jìn)是投加微砂，并快速地形成以微砂為核心的絮凝體，此絮凝體具備密度大、質(zhì)量大、易沉降的特點(diǎn)。重介循環(huán)水處理設(shè)備集絮凝、沉淀、微砂循環(huán)、除油等功能于一體，具備體積小、處理效率高、高度集成和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)高濁水和低濁水的處理，適用范圍廣。這種工藝通過(guò)投加微砂，使水中的顆粒物和膠體在高分子絮凝劑的作用下與微砂凝聚成為大顆粒的容易沉淀物體，加快沉淀池中污染物的沉淀速度；又結(jié)合斜管（板）沉淀的原理，沉淀面積及沉淀時(shí)間得到較大的縮減，可以獲得良好的出水效果。本文研究采用重介速沉工藝。

（2）深度處理該工程礦井水中含有膠體、懸浮物、噬鐵菌等有害微生物，采用超濾工藝可最大限度地截留該類物質(zhì)，從而保證用水安全及后續(xù)工藝的正常工作。根據(jù)項(xiàng)目前期工作成果，采用無(wú)機(jī)陶瓷膜進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。該工程礦井原水水質(zhì)較好，僅有含鹽量及Cl-離子等少量指標(biāo)超出用水水質(zhì)限值，因此對(duì)脫鹽膜選擇的標(biāo)準(zhǔn)是最大的透水量；采用較大的脫鹽率和最小的滲透壓，以節(jié)約電能，降低運(yùn)行成本；具有最少的膜元件、最低的價(jià)格、最長(zhǎng)的使用年限、最大的抗污染能力和最短的供貨周期。同時(shí)考慮到該系統(tǒng)設(shè)在井下，為使設(shè)備安裝維護(hù)方便，反滲透流程采用短管型，以縮短設(shè)備單個(gè)部件長(zhǎng)度。

（3）消毒方式目前水處理消毒工藝種類繁多，將常見(jiàn)的幾種消毒方法進(jìn)行比較，如表1所示。

綜合比較以上幾種消毒方法，其中采用化學(xué)方法消毒通常容易產(chǎn)生副產(chǎn)物，并且需要增加多套投加裝備和占地用房，并且也不宜在封閉的空間內(nèi)設(shè)置具有揮發(fā)性的消毒設(shè)備；而紫外線消毒是唯一不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物的方法，不會(huì)造成二次污染問(wèn)題，且占地面積節(jié)省，目前很多污水處理廠都采用了此種方法。因此，本文推薦井下消毒采用紫外線消毒，地面消毒采用ClO2。

4井下礦井水處理方案

（1）礦井水處理工藝流程根據(jù)來(lái)水水質(zhì)及回用水質(zhì)要求，經(jīng)研究采用分質(zhì)處理，工藝流程分為預(yù)處理、深度處理、污泥處理三部分。①預(yù)處理系統(tǒng)工藝路線預(yù)沉池→重介速沉裝置；②深度處理系統(tǒng)工藝路線自清洗過(guò)濾器→陶瓷膜超濾裝置→反滲透裝置，對(duì)預(yù)處理后的礦井水進(jìn)行過(guò)濾并部分回用，少部分濾后水經(jīng)反滲透處理后供地面生活用水；③污泥處理路線預(yù)沉池及重介裝置（排泥）→污泥暫存池→污泥濃縮機(jī)→廂式板框壓濾機(jī)。

（2）井下礦井水處理規(guī)模礦井正常涌水期水量為6 000 m3/d（250 m3/h）；處理規(guī)模為300 m3/h，可處理水量6 000 m3/d，正常工作20 h/d，可滿足礦井水回用要求。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)礦井水治理工作按365 d計(jì)算，考慮人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、膜更新費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、大修費(fèi)、折舊費(fèi)等費(fèi)用后，水處理成本為4.956元/t。5結(jié)語(yǔ)利用井下水處理工藝系統(tǒng)處理后的礦井水可滿足礦井大部分生產(chǎn)及生活用水的需求，多余的水量可并入礦區(qū)水網(wǎng)，為其他企業(yè)及水用戶提供水源。井下水處理工藝技術(shù)不但解決了煤礦企業(yè)自身用水需求，還解決了礦井水抽排放問(wèn)題，處理成本低，經(jīng)濟(jì)效益高，即節(jié)能又環(huán)保，符合國(guó)家環(huán)保及資源綜合利用政策。通過(guò)井下礦井水處理方案研究，為煤礦生產(chǎn)企業(yè)提供了礦井水再利用與零排放的經(jīng)驗(yàn)。