煤矿矿井废水处理专业技术方案设计.docx
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煤矿矿井废水处理专业技术方案设计
一、煤矿矿井废水处理回用简况
中国煤炭资源丰富，年产量居世界之首，一般情况下，每挖1吨煤，矿坑排水量约0.88m3，但大多数煤矿，每挖1吨煤可排放2-3m3的水，2005年山西煤炭产量约5.5亿吨，这就意味着有13亿吨水资源受到破坏，水量排放之大，水资源浪费之多触目惊心。
煤矿开采，使原来水质良好的地下水受到污染，大量煤粉。
岩石粉尘、悬浮物、人为污染和微生物进入水中，有的矿井水中悬浮物、化学需氧量、硫化物和总硬度等较高。
所以，矿井排放大量超标废水不经处理直接排放，造成水质污染、地下水系统破坏，使很多煤矿生产、生活用水无源。
水资源紧缺已成为我国可持续发展的“瓶颈”。
由于产业特点，煤矿本身是用水大户，在井下消防防尘、洗煤、职工洗浴、绿化及生活都需要用大量的水。
矿井废水是一种宝贵的资源，如何处理回用，多年来做了大量工作，取得了一定成绩。
但是，目前国内采用的处理方法仍然是传统工艺，该工艺虽然处理回用水效果较好，但工艺落后，设备、设施复杂，工程投资大，占地面积多，运行费用高，操作管理不方便，所以，多年来没有在全国普遍推广应用。
为了克服煤矿矿井废水处理回用传统工艺的不足，经过多次实验研究，反复改进终于研制成功《煤矿矿井废水处理回用设施》与高效水处理剂组合新技术，为煤矿矿井废水处理回用开创出一条新途径。
对社会效益、经济效益和环境效益都有较好的回报。
对煤炭行业、环境保护实现循环经济发展至关重要。
具有重大的现实意义和深远的影响。
矿井排放水在呻吟，重复利用势在必行。
二、处理原理 将矿井废水打入多功能水处理设施内，当水和水处理剂接触混合后，利用有机无机复合协同作用，使胶粒互相粘附，絮凝体由小变大而沉降，从而在一瞬间完成混凝全过程。
三、工艺流程 矿井废水打到多功能水处理设施的同时，将已配制好的水处理剂适量加入多功能水处理设施内，经自行推流、混合后，静置20-30分钟即可达到国家环保排放标准而排放或回用。
四、实用新型煤矿矿井废水处理设施专利技术的特点
1、工艺技术先进，处理效果好
多功能水处理设施，设计了推流，搅拌，混凝、沉淀集多功能于一体的处理回用设施，一个处理池，取代了传统工艺的多个处理池和多台提升泵、反冲洗泵和净化设备。
多功能水处理设施新技术，先后己在8个煤矿选用，经新技术处理后，使黑水变成白水，经有资质环保监测部门检测，8个煤矿矿井废水中的主要污染物均达到和小于国家《污水综合排放标准（GB8978-1996）表4中的一级标准》。
2、工程投资少，占地面积小。
煤矿矿井废水处理回用工程，采用多功能水处理设施和水处理剂新技术，在一般水质情况下，日处理回用矿井废水500-1000m3，工程投资仅为15-20万元左右（特殊水质另行设计）。
主体工程占地面积约50m2左右。
采用传统工艺处理回用同等数量的废水，工程投资约50-100万元左右，主体工程占地面积约500-1000m2左右。
采用新技术，可以根据用户需要扩大处理规模。
进行深度处理，使矿井浊水变甘泉，达到生活饮用水标准。
3、操作管理方便，运行成本低。
采用多功能水处理回用设施和水处理剂新技术，操作管理方便，日处理回用500-1000m3矿井废水，配备1-2名操作管理人员即可，处理回用1吨矿井废水运行成本费约为0.25-0.30元左右。
该项新技术，是目前国内处理回用煤矿矿井废水投资最少，处理效果好，运行成本低，占地面积小，操作管理方便，是最理想的新型实用技术。
五、市场转化潜力和经济效益分析
1、市场转化潜力较大。
2006年根据全国煤炭行业关小改中上大的资源整合原则，全国已颁发煤矿企业安全生产许可证6657个，占应发证矿井个数的26%，山西矿井总数从一万多个减少到3828个。
可见煤矿数量之多，废水排放量之大，治理任务是很艰巨的，目前煤矿矿井废水治理己引起国家和有关省政府的重视，要求采取有效措施保护江、河、湖、海和饮用水源水质己成为发展经济关心人民健康的一件大事。
如山西省人民政府1994年10月颁发了《山西省水环境功能划分（DB14/67-94）文件、晋政发[1999]34号文件《关于印发汾河流域水污染防治实施方案的通知》，晋政发[1999]50号文件《关于下达山西省工业污染源限期治理任务的通知》、晋政发[2006]15号文件《关于实施蓝天碧水工程的决定》、《山西省煤炭开采环境管理暂行规定（草案）》等，这些文件的颁发对《煤矿矿井废水处理回用设施》专利技术的推广、应用、转让创造了有力的市场环境和条件。
2、经济效益较好
全国煤矿整合后，每个煤矿年产量最低为60万吨以上，这样的煤矿目前全国还有2万多个，如果全国2万多个煤矿，治理总数按四分之一估算，即治理5000个，每个煤矿净利润按3万元计算，可获利1.5亿元，经济效益是比较可观的，而且新的煤矿正在相续开采，所以该专利技术投资前景较好。
煤矿矿井废水处理问题的分析与解决方法
一、 概述
煤炭在我国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。
据统计我国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。
西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。
因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。
1、煤废水污染严重
据包括10多位院士在内的专家学者鉴定通过的一项课题研究表明，山西每年挖5亿吨煤，使12亿立方M的水资源受到破坏。
这相当于山西省整个引黄河水入晋工程的总引水量。
专家呼吁，应当从技术、人才、资金投入和经营机制等多方面解决这一世纪难题，帮助山西省等煤炭主产区摆脱“产煤致旱、因煤致渴”的困扰。
这项关于山西省煤炭产业可持续发展的研究表明，山西省采煤造成严重的水资源破坏，加剧了水资源短缺问题。
这项课题研究表明，山西每挖１吨煤损耗2.48吨的水资源。
每年挖5亿吨煤，使12亿立方M的水资源受到破坏。
这相当于山西省整个引黄工程的总引水量。
因此，这对于山西这个人均水资源量仅占全国平均水平不到五分之一的地区来说是个非常严重的问题。
目前，由于煤炭开采对地下水系破坏非常严重。
据统计，山西采煤对水资源的破坏面积已达20352平方公里，占全省总面积的13％。
山西省大部分农村人畜吃水靠煤系裂隙水，而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层。
据统计，全省由于采煤排水引起矿区水位下降，导致泉水流量下降或断流，使近600万人及几十万头大牲畜饮水严重困难。
2、煤炭采掘业废水治理技术问题
99%的采煤工程废水没有进行治理，从主观上应该说是环保监管不力。
从客观上说是我们环保部门对采煤工程废水治理技术持谨慎态度。
采煤废水治理技术多如牛毛，那种技术最适用、工艺最成熟、操作管理最方便、投资最省、运行费用最低，一直是我们环保部门在寻求的。
由于采煤废水复杂多变，在同一矿井废水中，同时含有铁、锰等重金属，硫、氟、氯等非金属及有机污染物和悬浮物，有的矿井废水呈弱酸性（如织金县珠藏、凤凰山等），再就是即使是同一矿井，所采层不同，废水性质也不同，甚至是差别很大。
这就给煤矿废水治理技术的选用带来很大的困难。
通常情况是某一技术只能有效处理某一污染物，不可能把所有超标的污染物都处理好。
一个煤矿不可能投入很多资金对污染物进行单项处理，这就是采煤废水治理在技术上的难点。
有的业主自行修了一两个池子，把矿井废水往池子一放，就是对废水进行处理了。
事实上不是这样简单，可能连悬浮物也处理不了，金属和非金属就更不可能处理了。
3、煤矿废水处理要求
1.1、煤矿废水包括矿井涌水、煤场和矸石场淋溶废水等。
在进行处理前，应先委托地区环境监测站进行监测，以监测资料作为废水处理工程设计的依据。
DFMC煤矿废水治理技术和成套设备是目前经实践证明的实用技术，50万吨以下、小时涌水量50m3以下的煤矿可采用此技术和设备。
对于酸性煤矿废水还需新增设备和药剂。
煤矿废水经处理达标后尽可能循环使用，循环使用率不低于50％，经处理后排放的废水列为总量控制指标进行考核。
1.2、新建煤矿必须执行“三同时”规定，试产三个月必须申请地区环保局验收，验收达标的发给排污许可证，不达标的停产治理。
1.3、原有煤矿分期分批进行治理，2005年50%左右的原有煤矿治理完工并通过达标验收。
列入家2005年治理计划的煤矿不治理的，依法予以处罚；治理不达标的，停产治理。
治理计划由各县市环保局商煤炭局提出，报地区环保局综合平衡后以治理计划下达执行。
表1某A煤矿废水处理监测结果单位：
mg/l
指标
排放
标准
处理前
浓度
超标倍数（倍）
处理后
浓度
比排放标准低（%）
悬浮物
70
258
2.7
11.5
83.6
铁
1
2.58
1.6
0.68
32
硫化物
1
2.8
1.8
0.5
50
COD
100
281.9
1.8
7
93
锰
2
0.13
未超标
0.1
—
表2某B煤矿废水处理监测结果单位：
mg/l
指标
排放
标准
处理前
浓度
超标倍数（倍）
处理后
浓度
比排放标准低（%）
悬浮物
70
318
3.5
4.5
93.6
铁
1
2.28
1.3
0.74
26
硫化物
1
3.21
2.2
0.5
50
COD
100
228.4
1.3
18.8
81.2
锰
2
0.37
未超标
0.18
—
1.4、煤矿废水中铁含量高，如浓度大于100mg/l，其处理设备投资和运行费用将要增加。
因为铁含量过高，要达到1mg/l的排放标准，一级除铁是不行的，必须三至四级除铁。
1.5、酸度高的煤矿废水应使达标（6～9）。
1.6、煤矿要对煤场、矸石场进行硬化处理，建导流沟，把因大气降水产生的这一部分淋溶水引入废水处理系统进行处理。
1.7、预防事故和自然因素引起的非正常排放为预防因降暴雨致使废水次理池溢流，工程设计必须考虑废水处理池有足够的容积。
为防止事故性排放，必须建事故调节池。
四、煤矿生活废水处理要求洗煤厂和煤矿生活废水处理采用深圳开发研制的微型生活废水处理装置进行处理。
生活废水经处理达标后可排放。
五、煤矿废水治理技术选用实践证明是可行的DFMC煤矿废水治理技术和成套设备可选用。
未经试点的技术只能试点，不能推广。
经试点并由A地区环境监测站监测、提出监测报告，从治理效果、投资、运行费用等全面评价后由地区环保局决定是否推广。
二、 废水主要处理技术
我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。
然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。
现国内使用的处理技术主要有：
沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。
处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。
三、 矿井水处理回用的条件
1、矿井废水的产生及特点
煤矿矿井废水包括：
煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。
因此，它既具有地下水特征，但又受到人为污染。
矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。
因此，对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。
某矿区M煤矿矿井废水水质取矿井正常排水时井口水样，结果见表1。
M煤矿矿井废水污染物监测表
表1 单位：
mg/L
序号
监测工程
日均值浓度范围
序号
监测工程
日均值浓度范围
1
肉眼可见物
微粒悬浮物
9
总氮
5.600～5.854
2
PH值
8.41～8.55
10
砷（ng/L）
3.4～5.2
3
CODcr
66.4～131.7
11
总磷
0.085～0.104
4
硫化物
1.09～1.67
12
粪大肠菌
260～393
5
悬浮物
360～500
13
铜
0.0207～0.0294
6
酚
0.006～0.051
14
铅
--
7
BOD5
14.10～24.73
15
镉
--
8
LAS
0.198～0.220
16
锌
0.0381～0.0407
通过网络调查和资料查找，收集了多年来某矿区有关矿井水和地下水的化验数据资料，以及环境监测站监测数据（表1）综合分析，该煤矿矿井废水含煤泥为主要悬浮物，有机物略有超标，粪大肠菌群超标，挥发酚超标。
2、矿井废水回用途径
煤矿矿井水处理后可作生产用水或生活用水，矿井生产用水主要是井下采掘设备液压用水、消防降尘洒水，生活用水主要是冲厕、洗浴水以及深度处理后用于饮用水。
水质标准分别为：
1、防尘洒水《煤矿工业矿井设计规范》（GB50215－94）SS≤150mg/L，粒径d<0.3mm；PH值为6～9；大肠菌群≤3个/L。
2、空压机、液压支柱用水水质SS≤10～200mg/L，粒径d<0.15mm；硬度（碳酸盐）2～7mg/L；pH值为6.5～9；浊度<20。
3、矿井洗浴水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅲ类水体标准。
4、中水水质达到《生活杂用水水质标准》（CJ/T48-1999）。
5、生活饮用水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。
煤矿矿井废水处理回用工艺比较研究
（1）
2008-02-0310:
51:
33作者：
来源：
给排水在线
摘要：
介绍了污水、废水处理资源化的最新技术和工艺，分析比较了三种工艺方案处理煤矿矿井废水的系统投资和运行成本，并探讨了反渗透水处理技术在煤矿矿井废水处理中应用的技术经济可行性.煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为：
2.185-2.465元/吨。
其中膜法的处理费用最低为:
2.185元/吨。
这样的价格对干旱缺水的西北地区是很有吸引力的。
对矿井废水进行回收再利用，不但可以减少废水排放量，又可以使废水资源化，应该说，它是一种水资源再生的希望方法，也是我国实现水资源可持续利用的有效途径之一。
关键词：
反渗透电镀废水处理回收利用
中图分类号：
TQ028.8文献标识码:
A
我国人口众多，淡水资源时空分布不均匀，水资源和社会经济发展不均衡；人口的不断增长又使水资源需求量逐年上升，工业的快速发展使水污染愈加严重，因此造成水资源缺短和水环境污染现象日趋严峻。
目前，我国水资源供需矛盾比较突出，全国有300多个城市缺水，其中有114个城市严重缺水。
21世纪我国水资源供需形势非常严峻，水资源危机将成为所有资源问题中最为严惩的问题。
要解决这一难题，除水资源的科学管理和优化配量之外，充分发挥高新科技手段在水资源利用中的作用也是十分关键的。
近年来，我国每年排污水量约400-500亿M3，经处理后排放的仅15-25%，由于污水到处横流，使我国各大水源都产生不同程度的污染，水环境严重恶化[4]。
所以，加强污水深度治理，使之不仅达标排放而且还可大量回用，非常必要，这对改善水环境、缓解水资源的不足，节约宝贵的水资源都是十分重要的。
城市及工业污水经过深度处理后可用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地表水等方面的应用[8]。
传统水处理技术能够消除部分污染物，将COD、BOD以及重金融等污染物指标降到安全排放标准或杂用（中水）标准，但无法完全消除排水中所含的微量溶解性污染物。
采用反渗透膜技术可彻底去除这些污染物，实现严格意义下的污水再生。
用传统处理工艺和膜技术集成，可将污水或废水变成不同水质标准的回用水，或使之循环回用，这样即缓解了供求矛盾，又减少了污染，还可促进环保产业的发展[6]。
1污水废水资源化技术及应用简介
水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求有相应的污水废水资源化的技术。
在这一领域中膜分离技术占有重要的位置和作用。
膜分离作为一项高新技术在近40年来迅速发展成为产业化的高效节能分离技术过程。
40多年，电渗析、反渗透、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化，膜接触和膜反应过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、化工、轻工、食品、饮料行业和日常生活及环保领域等均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。
社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、技术进步，完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键[1][9]。
1．1连续膜过滤技术（CMC）
中空纤维膜由于比表面积大，膜组件的装填密度大，所以设备紧凑；这种膜因纺制而成，工艺简单，所以生产成本一般低于其它的膜：
由于没有支撑层均可以反向清洗，特别是一些耐污染性好，对氧化性清洗剂耐受性好的膜的出现，使得在大规模的污水处理工程中，中空纤维膜的应用有独特的优势[1][7]。
CMF技术的核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术，可以实现对膜的不停机在线清洗清洗，从而做到对料液不间断连续处理，保证设备的连续高效运行。
CMF目前主要用于大型城市污水处理厂二沉池生水的深度处理回用，海水淡化或大型反渗透系统的预处理。
地表水地下水净化、饮料澄清除浊等。
1．2膜生物反应器（MBR）
膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺。
用在污水废水处理领域，利用膜件进行固液分离，截留的污泥或杂质回流至（或保留）在生物反应器中，处理的清水透过膜排水，构成了污水处理的膜生物反应器系统，膜组件的作用相当于传统污水生物处理系统中的二沉池[4]。
MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纤维膜，目前主要以中空纤维膜为主。
生活污水经MBR处理后，生水水源已达到很高的水标准。
此方法不仅限于处理生活污水，MBR技术也广泛地用于染色废水，洗毛废水、肉类加工污水等水处理系统。
MBR系统的另一个特点是规模可大可小，小装置可用于一个家庭，大型装置日处理量可达数万立方M。
1．3反渗透技术（RO）
反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。
该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，通常称为“淡化技术”。
由于反渗透技术具有无相变，组件化、流程简单，操作方便，占面积小、投资少，耗能低等优点，发展十分迅速。
RO技术已广泛用于海水、苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯，废水资源化等领域。
工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。
废水资源化是有开发增量淡水资源与保护环境双重目的。
无机系列废水处理与海水苦咸水淡化采用同类装并具有较多共性工艺技术。
RO可使废液中的铜、铅、汞、镍、锑、铍、砷、铬、硒、铵、锌等离子脱除除90-99%。
目前，反渗透技术在城市污水深度处理，一些工业废水深度处理方面的应用受到了高度重视，包括中水回用，污水处理厂二级出水的深度处理，经初级处理后的工业废水深度处理制取优质淡水。
中东不少缺水国家，在大量采用反渗透海水淡化技术的同时，引入反渗透技技术处理二级污水，出水水质可达TDS≤80mg/L，扩大了淡水资源。
如中东地区、澳大利亚、新加坡等国都有这方面的大型工程实例[9]。
1．4集成膜过程污水深度处理方法
集成膜过程是将超滤/微滤与反渗透（或纳滤）结合使用，形成能够满足各咱回用目的的污水深度处理工艺。
超滤、微滤可以作为独立的高级三级处理方法，也是反渗透过程理想的预处理工艺，抗污染能力强、性能优越的超滤、微滤单元代替了复杂的传统处理工艺，而且出水品质远高于三级出水指标，不但完全可以去除污水中的细菌和悬浮物，对COD、BOD也有一定的却除效果。
在超滤、微滤之后使用的反渗透膜，其清洗周期由采用传统预处理工艺的3-4周增加到半年以上，膜寿命可延长到达-6年。
膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。
新一代中空纤维超滤（微滤）膜与传统产品相比，具有机械强度高、抗氧化、抗污染、高通量等特点，在运行工艺上，采用了低压操作、反冲清洗、气水冲洗等新技术，使得超滤膜装置能够在污染倾向极强的污水介质中保持稳定的性能，超滤膜的使用范围因此扩展到了能适应于多种复杂的介质环境，同时大大扩展了反渗透技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术将膜技术带到了一个全新的时代，彻底改变了膜法水处理技术必须依托于复杂、精细的预处理系统的形象，使膜技术应用于二级出水、三级出水以及多种原废水等许多复杂的水质体系的深度处理。
1．5传统处理方法
传统污水三级处理工艺，主要的工艺单元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气浮等。
根据具体污水排入物质的成分的不同，处理
方式有所差异。
传统处理工艺存在着工艺复杂、水利用率低、化学品消耗量大的弊病，而且由于无法彻底去除生物絮体及胶体物质，致使清洗频繁，影响了出水水质。
2矿井废水处理回用工艺比较
序号方案1设备
（常规预处理+RO工艺）
方案1设备
（盘式过滤器+RO工艺）
方案3设备
（UF+RO膜组合工艺）
1混凝剂加药装置混凝剂加药装置混凝剂加药装置
2次氯酸钠加药装置次氯酸钠加药装置次氯酸钠加药装置
3还原剂加药装置还原剂加药装置还原剂加药装置
4加酸装置加酸装置加酸装置
5阻垢剂加药装置阻垢剂加药装置阻垢剂加药装置
6膜杀菌剂加药装置膜杀菌剂加药装置全自动盘式过滤器
7多介质过滤器综合净水器全自动超滤装置
8活性碳过滤器全自动盘式过滤器保安过滤器
9保安过滤器活性碳过滤器高压泵
10高压泵保安过滤器反渗透装置
11反渗透装置高压泵清洗装置
12清洗装置反渗透装置控制系统
13控制系统清洗装置
14控制系统
3矿井废水处理回用工艺经济分析比较
序号工程方案1
（元/吨）
方案2
（元/吨）
方案3
（元/吨）
1反渗透膜组件的更换费用0.380.190．38
2超滤膜组件的更换费用0.13
3耗电量0.630.630．63
4混凝剂的费用0.120.120．12
5次氯酸钠的费用0.070.070.07
6还原剂的费用0.100.100.10
7加酸的费用0.020.020.02
8阻垢剂的费用0.3750.3750.375
9膜杀菌剂的费用0.10.1
10反渗透膜清洗酸碱费用0.010.010．01
11超滤膜清洗酸碱费用0.01
12设备折旧费用0.370.30．31
13设备维修保养费用0.040.050．04
14预处理费用0.10.05
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