戚 俊

（淄博市淄川區(qū)水資源服務(wù)中心 淄博 255100）

我國(guó)煤炭井下開采噸煤涌水量均值約為 2.1m3，即每生產(chǎn)一噸原煤平均產(chǎn)生2.1m3礦井污水。某煤礦日均污水量約15000m3，主要污染物為煤粉、煤泥、乳化液等，這些污水在匯集至中央水倉(cāng)的過(guò)程中，造成了排水溝的淤堵，中央水倉(cāng)的煤泥淤積的情況也日益突出，頻繁的清淤工作給煤礦的生產(chǎn)管理造成了困擾，消耗大量的人力、物力、財(cái)力。

1 存在的問(wèn)題

（1）某煤礦因水量較大，傳統(tǒng)的PAC（聚鋁，化學(xué)絮凝劑）和PAM（聚丙，化學(xué)助凝劑）的混凝沉淀法需要開挖較大硐室甚至硐室群，建立污水處理廠（站），以滿足混凝沉淀的基本需求，投資巨大，空間需求苛刻不易滿足。而且混凝后的淤泥粘性較大，形成小分子結(jié)構(gòu)后，不容易破壁，給后續(xù)的壓濾脫水工作造成困難。

（2）某煤礦井下主要污水從東、西兩翼在中央水倉(cāng)匯集，東翼總水量約為100m3/h，西翼總水量約200m3/h。東翼水體由約70m3/h 鉆孔帶壓清水和約30m3/h 的生產(chǎn)污水構(gòu)成；西翼水體由約150m3/h鉆孔帶壓清水和約50m3/h 的生產(chǎn)污水構(gòu)成。中央水倉(cāng)污水的來(lái)源主要是東西兩翼在采工作面的生產(chǎn)污水，占比約25%～30%。在東翼，生產(chǎn)污水在采區(qū)水倉(cāng)、大巷水溝、大巷沉淀和中央水倉(cāng)池逐級(jí)沉淀，形成沉積污泥；在西翼，生產(chǎn)污水在采區(qū)水倉(cāng)、大巷水溝、中央水倉(cāng)逐級(jí)沉淀，形成沉積污泥。生產(chǎn)污水給整個(gè)水路沿線都造成了不同程度的煤泥淤積，增加了繁重、持續(xù)的清淤工作。

2 井下污水處理研究的現(xiàn)狀

煤礦井下污水處理的案例較少，目前主要研究集中在兩個(gè)方面：一是工作面水量較大的固液分離處理，采用振動(dòng)篩份和粗過(guò)濾的辦法，降低煤體的含水量，方便運(yùn)輸，同時(shí)減少工作面轉(zhuǎn)運(yùn)端部粗粒煤泥的淤堵問(wèn)題，粗過(guò)濾后的污水通過(guò)水溝流向水倉(cāng)；二是在中央水倉(cāng)水體入口處進(jìn)行前置處理（如超磁水處理系統(tǒng)），可以大幅減少進(jìn)入水倉(cāng)的污泥量，大幅降低清淤任務(wù)量，但這樣相當(dāng)于把地表污水處理廠建于井下，甚至還要重新開鑿專門的硐室，運(yùn)行和管理成本均高于井上，經(jīng)濟(jì)性不高，推廣價(jià)值有限。

針對(duì)井下污水構(gòu)成的特點(diǎn)，進(jìn)行生產(chǎn)污水的分流、前置處理的案例鮮有報(bào)道：一是對(duì)井下水情、污水來(lái)源與水路分布研究不夠；二是適用井下的小型、可移動(dòng)的一體化設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)沒有突破，使得因設(shè)備尺寸過(guò)大，或者工藝太復(fù)雜而不具備實(shí)施可能。

本文提出直接在井下進(jìn)行生產(chǎn)污水的分流和前置處理，做到煤泥不進(jìn)水倉(cāng)、水溝，解放清淤工作。

3 一體化水處理系統(tǒng)的技術(shù)概況

某煤礦礦井水的污染源主要來(lái)自在采工作面，而采空區(qū)的涌水、頂板潰水、巷道淋水均不需要處理，因此只要對(duì)在采工作面的污水進(jìn)行原位處理即可。

JC 一體化水處理系統(tǒng)無(wú)需土建工程、沉降速度快、淤泥脫水性好、無(wú)二次污染、自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)小型模塊化的井下巷道內(nèi)的原位處理，不僅安裝方便，還具有移動(dòng)性。這種處理模式的優(yōu)點(diǎn)是：一是將整個(gè)煤礦污水的處理量降至50%以內(nèi)；二是排水溝（或巷道）內(nèi)只流清水，避免了淤積堵塞和持續(xù)清理；三是中央水倉(cāng)存儲(chǔ)清水，將不受沉淀泥煤的困擾；四是避免了污水抽至地表的過(guò)程中對(duì)水泵的損害；五是處置方式的改變可系統(tǒng)性降低運(yùn)行成本，對(duì)某煤礦而言，年節(jié)約成本以百萬(wàn)元計(jì)。

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

井下煤泥污水的處理，最關(guān)鍵的技術(shù)是快速實(shí)現(xiàn)固液的相態(tài)分離以及基于相態(tài)分離的機(jī)械分離，和整套設(shè)備的小型化，占地不超過(guò)6m2，且模塊化、可移動(dòng)。

相態(tài)分離指的是水體的液相和煤泥顆粒的固相分離，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)合渦流條件下的高效微絮凝，可實(shí)現(xiàn)在20～30s 內(nèi)的相態(tài)分離；基于相態(tài)分離的機(jī)械分離是指借助裝備手段實(shí)現(xiàn)固液的分流，即清水入倉(cāng)或水溝，固態(tài)煤泥快速截留、分離，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了不設(shè)沉淀池、直接進(jìn)行相態(tài)分離后的快速固液分流，進(jìn)而可對(duì)絮凝條件進(jìn)行放寬，微絮凝即可，大大降低了絮凝藥劑的使用量。

突破的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是復(fù)合渦流的小體積化；二是基于動(dòng)態(tài)膜原理的輕質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保障介質(zhì)和絮凝體的自動(dòng)分離，且本質(zhì)型不堵塞；三是截留懸浮物（絮凝體）的濃縮和穩(wěn)定性。

3.2 設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.2.1 設(shè)計(jì)水量

依據(jù)JC 成熟的一體化設(shè)備為基礎(chǔ)，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和組裝、同時(shí)增加防爆裝置；同時(shí)根據(jù)工作面原位處理的工作條件和井下運(yùn)送的客觀限制，設(shè)計(jì)處理能力和設(shè)備尺寸。單套處理能力設(shè)計(jì)為2000m3/d，污水處理系統(tǒng)為24h 待機(jī)運(yùn)行。

即：QT=2000m3/d，設(shè)計(jì)小時(shí)處理量 Q =100m3/h（預(yù)留一定余量）。

3.2.2 進(jìn)水水質(zhì)（表1）

表1 進(jìn)水綜合水質(zhì)參照表

3.2.3 出水水質(zhì)（表2）

表2 出水綜合水質(zhì)參照表

3.3 污水處理工藝

JC 一體化水處理系統(tǒng)，采用物理方法，是綠色生態(tài)的新型方法，也是未來(lái)水處理的發(fā)展方向。JC水處理系統(tǒng)無(wú)需土建工程、沉降速度快、淤泥脫水性好，自動(dòng)化程度高，投資和運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)明顯，見表3。

表3 參數(shù)對(duì)表

3.4 工藝流程圖（圖1）

圖1 JC 一體化水處理工藝流程圖

3.5 一體化污水處理系統(tǒng)尺寸

攪拌模塊尺寸：長(zhǎng)2.5m×寬1.4m×高1.5m。

沉淀模塊尺寸：長(zhǎng)2.5m×寬1.4m×高1.5m。

4 投資預(yù)算

JC 一體化水處理系統(tǒng)（日處理2000 m3）：

模塊化設(shè)計(jì)：30 萬(wàn)元；防爆系統(tǒng)：10 萬(wàn)元；設(shè)備費(fèi)：90 萬(wàn)元；總計(jì)：130 萬(wàn)元。

每增加一套，費(fèi)用增加100 萬(wàn)，即8000m3/日，總投資約430 萬(wàn)。

5 運(yùn)行成本預(yù)算

5.1 能耗費(fèi)用

各用電單元電耗：攪拌機(jī)3 臺(tái)、投藥劑1 臺(tái)，總功率2.95kW，電費(fèi)為1 元每度，則：

噸水電費(fèi)＝2.95×1/100 ＝0.024 元。

5.2 藥劑費(fèi)用

根據(jù)污水水質(zhì)情況，JC 絮凝劑投入量正常水質(zhì)（工作面水濃度較大）按50ppm（工作面污水濃度較大，中央水倉(cāng)處污水約20ppm 投藥量）計(jì)，則噸水藥費(fèi)約為0.35 元/t。

5.3 人工費(fèi)用

由于處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，所以只需工作人員照看和加藥即可，按3 班，每班1 人，工資3500元每月，則：

噸水人工費(fèi)＝3500×3×1/30/2000 ＝0.18 元。

5.4 設(shè)備維修費(fèi)用

由于工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，而且設(shè)備都選用質(zhì)量可靠、信譽(yù)好的產(chǎn)品，所以維修費(fèi)用較低。設(shè)每年設(shè)備維修費(fèi)為10000 元，則：

噸水設(shè)備維修費(fèi)＝10000/365/2000 ＝0.02 元。

5.5 總費(fèi)用

每噸水處理的總費(fèi)用＝噸水電費(fèi)＋噸水藥費(fèi)＋噸水人工費(fèi)＋噸水設(shè)備維修費(fèi)＝0.57 元。

6 結(jié)語(yǔ)

JC 一體化水處理系統(tǒng)成功運(yùn)行后，采區(qū)中央水倉(cāng)、水路沿途、水溝、東翼大巷沉淀池等的清理任務(wù)可基本省去或大幅減輕；地表污水處理廠的負(fù)荷大幅降低，藥劑使用量降低60%以上；抽水泵的使用壽命顯著延長(zhǎng)；鉆孔水不帶壓力的工作面，生產(chǎn)用水可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，極大地降低污水處理成本，避免地表煤泥對(duì)環(huán)境的污染，保障煤礦的安全和綠色生產(chǎn)，在集團(tuán)內(nèi)部甚至全國(guó)范圍內(nèi)都有推廣價(jià)值，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益■