摘要：新庄孜煤矿矿井水处理站建于2007年12月,矿井水处理能力为9000m3/d,处理后的出水作为煤矿生产、生活用水，现有的水处理能力可以满足要求。2014年6月份李嘴孜煤矿矿井水汇入新庄孜煤矿一并处理,矿井水处理水量在原有基础上增加了13000m3/d(540m3/h)。新庄孜煤矿矿井水处理站急需扩建，且扩建后要求最大处理能力要达到22000m3/d。
关键词：矿井水处理站扩建 工艺选择及方案选择 经济效益
1 工程概况
新庄孜矿井水处理站建于2007年，由煤科集团杭州环保研究院有限公司设计，新庄孜矿配合设计。2007年12月建成后投入使用，处理站处理能力为9000m3/d,处理后水质除含氟量略有超标、其余指标全部达到饮用水质标准，处理效果良好。
2014年6月份集团公司决定将李嘴孜矿井水汇入新庄孜矿井水处理站一并处理，新增矿井水处理能力13000m3/d（540m3/h）,扩建完成后，新庄孜矿矿井水处理站设计最大处理能力为22000m3/d。
新庄孜矿矿井水处理扩建工程主要包括两部分,一是增加处理能力13000m3/d的矿井水处理系统；二是新老系统的煤泥脱水系统。工程占地3500m2,工程投资974.71万元，扩建处理运行成本0.173元/吨水。
2 工艺选择
2.1工艺方案综述
采用沉淀或混凝沉淀的处理工艺:净化处理后回用作生活饮用水、生产用水或景观水,较多是采用混凝、沉淀、过滤或微絮凝过滤的净水处理工艺。微絮凝过滤从目前的使用情况看只能适用于水中悬浮物和胶体总含量小于50mg/L的矿井水,当悬浮物和胶体的含量大于50mg/L时,即会产生处理效率下降和处理后出水达不到设计要求的情况。混凝、沉淀、过滤(澄清、过滤)是目前国内净化处理矿井水作生活饮用水、生产用水或景观水的常用处理工艺。
采用混凝、沉淀、过滤工艺处理矿井水的过程中,各地使用的净水处理设施(设备)也各不相同。目前采用的反应设施有涡流反应池、穿孔旋流反应池、机械搅拌反应池等。沉淀设施有平流式沉淀池、斜管(斜板)沉淀池和将混凝反应与沉淀过程结合在一起的机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、一体化净水器等。各种处理设施均有其一定的优缺点。采用反应池加沉淀池形式具有处理能耗小,设计处理水量可大可小,操作管理简单等优点,但存在着处理设施占地面积大,沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅、耐负荷冲击能力小,不易去除矿井水中的油类物质等缺点。机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、一体化净水器都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施,一体化净水器(设备)是80年代国内为实现小城镇处理地表水成生活饮用水，发展起来的水处理净化设备,具有设备体积小,处理设施占地面积小、安装方便等优点,该设备存在着沉淀区容积小,按设计处理水量达不到设计要求、单体处理量小、设备日常维护工作量大、设备寿命短等缺点。
矿井水为井下生产排出的一种污水,其性质与当地地下水水质相似,矿井水除保持当地地下水质的基本特性外,还因流经采掘工作面而带入大量煤粉及岩粉等悬浮颗粒,具有较高悬浮物的特性。
矿井水具有较高的悬浮物。矿井水中构成悬浮物的主要是煤尘、岩尘、粘土等细小颗粒物,尤其是煤尘,其主要特征是浓度高,所含固体颗粒细,灰粉高,颗位表面多带负电荷。由于颗粒带同号电荷,阻止颗粒间彼此接近聚合成大颗粒下沉。同时,颗粒同周围水分子发生水化作用,形成水化膜,也阻止颗粒聚合,使颗粒在水中保持分散,此外,煤泥颗粒在水中还受布朗运动的影响,颗粒界面间的相互作用,使得煤泥水性质复杂化,不但有悬浮液的特性,还有胶体的某些性质,它集中了最细最难处理的微细粒级颗粒,因此需选择适合的工艺和处理设备。
由于新庄孜矿原有矿井水处理站采用的“预沉+澄清+过滤”处理工艺,经过多年的工程实践表明,运行效果良好,所以本次扩建工程仍采用“预沉+澄清+过滤”处理工艺。
2.2煤泥水处理工艺选择
矿井水处理过程中，不可避免会有煤泥水产生，主要产生煤泥水的工段有预沉调节池、澄清池及分离池排出的淤泥。该煤泥水的固相成分主要是煤粉。目前国内矿井水处理产生的煤泥水处理的主要方法有：
（1）和选煤厂的煤泥水一起处理
矿井水处理澄清池产生的煤泥水（即底流），实际含水率在95%~98%之间，其中悬浮物（即煤粉）含量在2000~5000mg/L之间。矿井水产生的煤泥水中煤粉含量远远小于选煤厂的煤泥水（煤粉含量在10000mg/L以上）。矿井水产生的煤泥量通常只有选煤厂煤泥量的1/30~1/80，所以，对于企业有选煤厂的矿井水处理产生的煤泥水，一般都去选煤厂和煤泥水一并处理。
（2）去矸石山
煤矿矸石山一般都需要进行冲扩堆，矿井水处理过程产生的煤泥水，由于含固率极低，实际上接近水。所以，有些煤矿将煤泥水直接充当矸石山的冲扩堆用水。但从环保角度看，去矸石山势必对周围环境产生一定程度的污染，且输水管线长，易堵塞，不建议采用。
（3）去井下灌浆和煤场用水
煤矿在开采过程中，需要进行井下灌浆，矿井水产生的煤泥水可以作为井下灌浆使用。
（4）煤泥干化场
在我国有些煤矿，在场地允许情况下，可考虑采用煤泥干化场处理。该处理设施优点是投资小，运行管理简单，维修工作量小，缺点是占地大。
（5）机械压滤处理
目前，国内采用煤泥水压滤的方法为板框压滤、带式压滤及离心脱水机。该方法的优点是处理彻底，压滤机压出的煤泥饼含水率底。缺点是投资大、运行成本高、部分国产机械设备故障多。根据现场条件，本方案煤泥水脱水采用机械脱水处理。
2.3处理后矿井水去处
根据现场勘查和多次研究，本扩建工程处理后矿井水有两种去向。本次设计将处理后的矿井水尽量用于矿井地面及井下生产、生活、绿化等用水，用不了的外排至新庄孜矿原有生活污水排放口（瓦斯储气罐附近），同时预留将处理后矿井水回用作为新庄孜电厂循环冷却的接口。
3 取得的经济效益
3.1工程建成后,大大降低矿井废水对环境的污染,减少了CODcr、SS的排放。处理后的废水对下游受纳水体的污染将大大降低,环境功能将会得到好转,已被破坏了的生态环境将逐步恢复。本工程实施后,每天运行量按13000m3计算,一年运行365天,以系统进水SS含量平均300mg/L计算,每年可减少SS排放量1366吨,污染物的大量削减,将减少对河流的污染,保护了水资源环境。具有明显的环境效益。
3.2减少了污染物的排放量,改善周边居民生活环境,促进矿区可持续发展。
3.3本设计出水可作为一般工业用水的水源,也可作为矿工洗浴用水。若回用作为新庄孜矿电厂的循环冷水的水源,即可以减少矿井水的外排量,提高矿井水的回用率,具有明显的经效益。工程投资概算为974.71万元,改扩建水处理运行成本0.173元/吨水。使用矿井水较使用自来水每年可为新庄孜矿节约成本约1170万元。因此该方案设计具有投资少、运行费用低的特点。
参考文献：
[1]《给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社，2000年10月第二版，林选才、刘慈慰等；
[2]《室外给水设计规范》（GB50013-2006），中国计划出版社，戚盛豪、万玉成、冯一军等；
[3]《泵站设计规范》（GB50265-2010），中国计划出版社，别大鹏、孙万功、张平易等。