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【摘 要】针对沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿矿井水处理能力偏低与实际排水量不相匹配的问题，采用混凝实验、斜管沉淀池实验、定盘过滤实验等模拟实验收集、分析实验数据，并与现有工艺进行对比，提出一系列的改造方案，同时将方案进行对比确定与经济分析，得出最优化处理改造方案，使改造后排放出的矿井水符合煤炭工业污染物排放标准。
【关键词】矿井水；实验；分析；改造
一、红阳二矿矿井水处理概况
红阳二矿位于沈阳市苏家屯区红菱镇南红村，矿井设计生产能力150万t/a，矿井污水主要来自于井下排水，井下最大排水量7200m3/d，实际处理能力4000m3/d，与7200m3/d比少3200m3/d。现工艺流程为：矿井水自流进入煤泥沉淀区，经过提升泵房进入缓冲调节区，由泵输送至混凝区，在混凝区内投加药剂，并与矿井水充分混合反应后进入斜管沉淀区。在斜管沉淀区中的絮凝体沉入池底，上清液达标排放。斜管沉淀区的污泥排入污泥沉淀区，经由污泥泵回排至煤泥沉淀区。现生产工艺流程如图1.1所示。
二、矿井污水处理存在的问题
随着矿井采煤生产量的提高，矿井污水量也随之增加，原有的设计工艺流程达不到要求，无论设备结构、操作技术、处理能力、出水水质等方面均不能满足实际污水处理量需求。
1.矿井污水由2000年的4000m3/d增加到现 7200m3/d，随着现代化矿井建设。矿井污水还有增加的趋势，现有净水设施和设备结构理论上可以满足污水处理要求，但实际上存在利用问题。
2.随着井下工作面的延长，矿井污水的浊度越来越高，而现有设计，絮凝沉淀后污泥回排至入水区，导致入水口的悬浮物浓度更为增大。
3.混凝池药剂投配不合理或搅拌不充分，达不到最佳处理状态。
4.斜管沉淀池的污泥斗体积不足，起不到预沉调节作用，造成整个系统超负荷运行，重复净水，降低了矿井水处理系统的工作效率。
5.现矿井水呈黑色，感官性差，主要污染物为悬浮物（SS），是典型的无机矿井水。悬浮物主要是煤屑、岩粉、粘土等细小颗粒物，其含量为几十到几百毫克每升，特点是悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢。
三、矿井污水处理改造方案
（一）改造方案总体原则
1.尽量保留现有工艺，通过优化改进现系统、应用新技术提升处理能力。
2.尽量利用现有设施、减少投资，不破坏现有基础设施结构，避免发生隐蔽工程。
3.利用现有面积进行改造，节约空间。
（二）矿井水处理技术选择
矿井水呈黑色，感官性差，主要污染物为悬浮物（SS），是典型的无机矿井水，一般采用沉淀的方法去除。目前国内常用的处理技术有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。
1.改造方案模拟实验分析。
（1）混凝实验数据分析
混凝实验部分以烧杯模拟实验形式进行，利用现生产使用药剂（PAC和PAM）进行不同配比实验。实验数据如表3.1所示。
由实验可以看出在PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）比例为2：1、3：1、4：1的条件下水质均可达标（国家一级A标准）。选择PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）比例为2：1、3：1进行下一步实验，实验数据如表3.2、3.3所示：
实验结论：从经济上考虑，选择PAC（聚合氯化铝）6ml/L和PAM（聚丙烯酰胺）2ml/L为最优投配比。
（2）斜管沉淀池实验
实验测定结果如图3.1所示。
实验结论：斜管沉淀池模拟实验装置运行状况稳定，出水水质均符合辽宁省污水综合排放标准中对SS的规定要求（20mg/L）。
（3）定盘过滤实验
实验测定结果如图3.2所示。
实验结论：定盘过滤池实验装置运行状况稳定，二次定盘出水水质符合辽宁省污水综合排放标准中对SS的要求（20mg/L）。在前三天，随着进水SS浓度的升高，出水SS浓度也呈现出逐渐上升的趋势，从第四天开始进水SS浓度开始逐渐下降，但是出水水质仍呈现出逐渐上升的趋势。分析原因如下：
①人工添加藥剂出现药剂添加量不足，导致后期处理能力下降；
②前期进水悬浮物浓度的迅速变化导致滤布堵塞，且未启动反洗装置，使得后期处理能力下降。在实际工程应用中，使用加药装置进行药剂添加，同时定期对定盘进行抽吸，实际运行状况会比实验装置更加稳定可靠。
参考实验数据与分析所得结论，鉴于此工程为改造工程，根据设计依据要求，拟采用“扩容或分流”的方式达到处理能力。
（三）矿井污水处理改造方案（新技术分流方案）
根据红阳二矿目前矿井污水处理的现状，结合《煤炭工业污染物排放标准》《辽宁省污水综合排放标准》等要求，将现有煤泥沉淀池隔离出一部分作为定盘过滤区，通过定盘技术弥补3200m3/d的能力差距。同时将斜管沉淀与定盘处理区串联，有助于提高出水水质，为下一步环保提标做准备。
矿井水自流进入蓄水区，经缓冲调节区后由泵输送至混凝区，在混凝区内与药剂充分混合反应后进行分流，分别进入斜管沉淀区和定盘处理区（也可串联：先入斜管区，后入定盘过滤区），在斜管沉淀区中的絮凝体沉入池底后排入污泥沉淀池，上清液达标排放。定盘过滤区定期进行反洗抽吸，反洗水返回混凝区进行处理。污泥沉淀区的污泥，由泵输送至压滤脱水区，经板框压滤后进行外运。
四、经济效益分析
（一）人工费
本套工艺自动化程度较高，实际每班仅需1人，工资平均按4500元/月计，则吨水费用为（4500×3）÷（7200×30）=0.0625元，与现有每班3人比较，节约3倍。
（二）药剂费
本矿井水处理系统使用药剂主要有絮凝剂和助凝剂，折合吨水费用在0.29～0.45元之间。PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺），与现有药剂消耗比基本持平。
（三）吨水费用
平均吨水处理成本为：0.35～0.51元。
（四）矿井水再利用节省外购费
矿内冷却、矸石山灭火、供暖等不再外购水，年可省外购水费64万t，64万t/年×1.1元/t=70.4万元/年。
（五）排污费
改造后为0，现每年约1.5～2万元。
累计年节约用水成本85万元。
五、环境效益及社会效益分析
为保护浑河水源，促进两岸中下游农业生产的发展和经济腾飞，省政府一直把浑河水治理工程作为辽宁省环保工作中的重要一项。本改造项目，在消除了矿井污水排放的同时，还节约了水资源。若在全省推广，实现矿井水高标准排放及回用，节约其他地下水的效果将直接体现在下游水资源使用的效益上，具有极大的间接经济效益和巨大的社会效益。
参考文献：
[1]李秀全，西曲矿井下污水处理改造。山西建筑，2003年5月.
[2]杜志琴，浅谈常村矿矿井污水处理改造。实用技术，2014.12.023.
[3]郝兵兵、王守文，屯兰矿井下污水处理站的改造，山西焦煤科技，2003年10月.
作者简介：
温明卓，男，1983年3月出生，辽宁鞍山市人，辽宁工程技术大学矿物资源工程专业本科学历，学士。现任沈阳市沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿企管办主任，工程师。
吴冷，女，1985年1月出生，满族，辽宁铁岭市人。毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，采矿工程硕士。单位：铁煤集团，辽北技师学院； 职务：讲师；
【关键词】矿井水；实验；分析；改造
一、红阳二矿矿井水处理概况
红阳二矿位于沈阳市苏家屯区红菱镇南红村，矿井设计生产能力150万t/a，矿井污水主要来自于井下排水，井下最大排水量7200m3/d，实际处理能力4000m3/d，与7200m3/d比少3200m3/d。现工艺流程为：矿井水自流进入煤泥沉淀区，经过提升泵房进入缓冲调节区，由泵输送至混凝区，在混凝区内投加药剂，并与矿井水充分混合反应后进入斜管沉淀区。在斜管沉淀区中的絮凝体沉入池底，上清液达标排放。斜管沉淀区的污泥排入污泥沉淀区，经由污泥泵回排至煤泥沉淀区。现生产工艺流程如图1.1所示。
二、矿井污水处理存在的问题
随着矿井采煤生产量的提高，矿井污水量也随之增加，原有的设计工艺流程达不到要求，无论设备结构、操作技术、处理能力、出水水质等方面均不能满足实际污水处理量需求。
1.矿井污水由2000年的4000m3/d增加到现 7200m3/d，随着现代化矿井建设。矿井污水还有增加的趋势，现有净水设施和设备结构理论上可以满足污水处理要求，但实际上存在利用问题。
2.随着井下工作面的延长，矿井污水的浊度越来越高，而现有设计，絮凝沉淀后污泥回排至入水区，导致入水口的悬浮物浓度更为增大。
3.混凝池药剂投配不合理或搅拌不充分，达不到最佳处理状态。
4.斜管沉淀池的污泥斗体积不足，起不到预沉调节作用，造成整个系统超负荷运行，重复净水，降低了矿井水处理系统的工作效率。
5.现矿井水呈黑色，感官性差，主要污染物为悬浮物（SS），是典型的无机矿井水。悬浮物主要是煤屑、岩粉、粘土等细小颗粒物，其含量为几十到几百毫克每升，特点是悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢。
三、矿井污水处理改造方案
（一）改造方案总体原则
1.尽量保留现有工艺，通过优化改进现系统、应用新技术提升处理能力。
2.尽量利用现有设施、减少投资，不破坏现有基础设施结构，避免发生隐蔽工程。
3.利用现有面积进行改造，节约空间。
（二）矿井水处理技术选择
矿井水呈黑色，感官性差，主要污染物为悬浮物（SS），是典型的无机矿井水，一般采用沉淀的方法去除。目前国内常用的处理技术有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。
1.改造方案模拟实验分析。
（1）混凝实验数据分析
混凝实验部分以烧杯模拟实验形式进行，利用现生产使用药剂（PAC和PAM）进行不同配比实验。实验数据如表3.1所示。
由实验可以看出在PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）比例为2：1、3：1、4：1的条件下水质均可达标（国家一级A标准）。选择PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺）比例为2：1、3：1进行下一步实验，实验数据如表3.2、3.3所示：
实验结论：从经济上考虑，选择PAC（聚合氯化铝）6ml/L和PAM（聚丙烯酰胺）2ml/L为最优投配比。
（2）斜管沉淀池实验
实验测定结果如图3.1所示。
实验结论：斜管沉淀池模拟实验装置运行状况稳定，出水水质均符合辽宁省污水综合排放标准中对SS的规定要求（20mg/L）。
（3）定盘过滤实验
实验测定结果如图3.2所示。
实验结论：定盘过滤池实验装置运行状况稳定，二次定盘出水水质符合辽宁省污水综合排放标准中对SS的要求（20mg/L）。在前三天，随着进水SS浓度的升高，出水SS浓度也呈现出逐渐上升的趋势，从第四天开始进水SS浓度开始逐渐下降，但是出水水质仍呈现出逐渐上升的趋势。分析原因如下：
①人工添加藥剂出现药剂添加量不足，导致后期处理能力下降；
②前期进水悬浮物浓度的迅速变化导致滤布堵塞，且未启动反洗装置，使得后期处理能力下降。在实际工程应用中，使用加药装置进行药剂添加，同时定期对定盘进行抽吸，实际运行状况会比实验装置更加稳定可靠。
参考实验数据与分析所得结论，鉴于此工程为改造工程，根据设计依据要求，拟采用“扩容或分流”的方式达到处理能力。
（三）矿井污水处理改造方案（新技术分流方案）
根据红阳二矿目前矿井污水处理的现状，结合《煤炭工业污染物排放标准》《辽宁省污水综合排放标准》等要求，将现有煤泥沉淀池隔离出一部分作为定盘过滤区，通过定盘技术弥补3200m3/d的能力差距。同时将斜管沉淀与定盘处理区串联，有助于提高出水水质，为下一步环保提标做准备。
矿井水自流进入蓄水区，经缓冲调节区后由泵输送至混凝区，在混凝区内与药剂充分混合反应后进行分流，分别进入斜管沉淀区和定盘处理区（也可串联：先入斜管区，后入定盘过滤区），在斜管沉淀区中的絮凝体沉入池底后排入污泥沉淀池，上清液达标排放。定盘过滤区定期进行反洗抽吸，反洗水返回混凝区进行处理。污泥沉淀区的污泥，由泵输送至压滤脱水区，经板框压滤后进行外运。
四、经济效益分析
（一）人工费
本套工艺自动化程度较高，实际每班仅需1人，工资平均按4500元/月计，则吨水费用为（4500×3）÷（7200×30）=0.0625元，与现有每班3人比较，节约3倍。
（二）药剂费
本矿井水处理系统使用药剂主要有絮凝剂和助凝剂，折合吨水费用在0.29～0.45元之间。PAC（聚合氯化铝）和PAM（聚丙烯酰胺），与现有药剂消耗比基本持平。
（三）吨水费用
平均吨水处理成本为：0.35～0.51元。
（四）矿井水再利用节省外购费
矿内冷却、矸石山灭火、供暖等不再外购水，年可省外购水费64万t，64万t/年×1.1元/t=70.4万元/年。
（五）排污费
改造后为0，现每年约1.5～2万元。
累计年节约用水成本85万元。
五、环境效益及社会效益分析
为保护浑河水源，促进两岸中下游农业生产的发展和经济腾飞，省政府一直把浑河水治理工程作为辽宁省环保工作中的重要一项。本改造项目，在消除了矿井污水排放的同时，还节约了水资源。若在全省推广，实现矿井水高标准排放及回用，节约其他地下水的效果将直接体现在下游水资源使用的效益上，具有极大的间接经济效益和巨大的社会效益。
参考文献：
[1]李秀全，西曲矿井下污水处理改造。山西建筑，2003年5月.
[2]杜志琴，浅谈常村矿矿井污水处理改造。实用技术，2014.12.023.
[3]郝兵兵、王守文，屯兰矿井下污水处理站的改造，山西焦煤科技，2003年10月.
作者简介：
温明卓，男，1983年3月出生，辽宁鞍山市人，辽宁工程技术大学矿物资源工程专业本科学历，学士。现任沈阳市沈阳焦煤股份有限公司红阳二矿企管办主任，工程师。
吴冷，女，1985年1月出生，满族，辽宁铁岭市人。毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，采矿工程硕士。单位：铁煤集团，辽北技师学院； 职务：讲师；