肖利萍， 于 洋， 周金娣
(遼寧工程技術大學土木建筑工程學院，遼寧 阜新123000)

　　摘 要： 北方礦區嚴重缺水，許多礦區需要開辟新水源，礦井涌水資源化是解決礦區水問題的最佳選擇。針對阜新煤礦礦井涌水的特點，進行了礦井涌水資源化 的技術、經濟可行性研究，并根據“優質水優用，低質水雜用”的原則，推薦了最優方案，確定了最佳工藝流程。
　　關鍵詞： 礦井涌水； 資源化； 可行性
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號： 1000-4602(2002)01-0085-03

　　我國水資源的分布極不均衡，淮河以北的廣大地區水資源僅占全國的19%，而煤炭資源卻占全國總量的75%，形成了北方地區的富煤貧水格局。煤礦用水極為緊張，有些礦區每日供水不足4h，嚴重制約了礦山生產和影響煤炭職工的日常生活；另一方面，全國煤礦每年外排礦井涌水約22×10⁸m³，利用率卻不到20%，預計2005年礦井涌水外排總量將達到23.5×108m3，綜合利用率為23%。礦井涌水污染程度輕，處理成本低，是一筆寶貴的水資源，再利用的同時還能節省排污費及抽用地下水的水資源費，經濟及社會效益顯著。
　　預計到2005年，阜新市需水量將達50×10⁴m³/d，而供水能力僅為35×104m³/d，缺水為15×10⁴m³/d。阜新市礦區總涌水量為8×10⁴m/d左右，遠期涌水量為14×10⁴m³/d。當降水量在400～500 mm/a以上時，礦井涌水量基本上是穩定的，可以成為一個長期而穩定的新水源。
阜新礦區礦井涌水受地質環境影響，一般屬碳酸鈣鎂型，pH值為7.0～8.25，偏堿性。經水質分析化驗表明，礦井水的水質較好，在36項指標中，大部分滿足生活飲 用水標準，只有幾項超標(見表1)，而且基本上都屬于低量超標。

表1 礦井涌水超標項目 項目 總硬度(mg/L) 濁度(NTU) 總溶解性固體(mg/L) 硫酸鹽(mg/L ) 總鐵(mg/L) 錳(mg/L) 氟化物(mg/L) 細菌總數(個/mL) 大腸菌群(個/mL) 礦井水 740.1 100 1364 270.0 0.753 0.2 1.9 550 160 飲用水標準 450 3 1000 250.0 0.3 0.1 1.0 100 3

2 處理方法和設施

　　根據該礦井涌水的特性，為了達到飲用水標準，除了采用常規工藝外，還需要考慮增加預處理和深度處理單元。
　　① 曝氣氧化
　　由于Fe、Mn少量超標，去除Fe、Mn可利用自然充氧曝氣氧化法，采用階梯式跌水可節省曝氣能耗。

　　4Fe(HCO₃)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃↓+8CO₂↑
　　2Mn(HCO₃)₂+O₂→2MnO₂↓+4CO₂↑+2H₂O

　　生成的Fe(OH)₃、MnO₂在調節池中預沉，同時一部分比重較大的懸浮物也在調節池中沉淀，降低了濁度，減輕了后續處理構筑物的負荷。調節池采用普通平流沉淀池即可。
　　然后加石灰—蘇打使硬水軟化，并同時去除了氟化物。如：

　　　　Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂→2CaCO₃↓+2H₂O
　　　　CaSO₄+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2Na++SO₄^2-
　　　　2HF+Ca(OH)₂→CaF₂↓+2H₂O

　　鎂鹽的沉析與鈣鹽反應同時進行，產生共沉淀效果。
　　② 混凝沉淀
　　利用混凝劑去除濁度、色度、硫酸鹽等。選擇合適的混凝劑，不僅能保證出水水質，而且還能有效地降低礦井水的處理成本。可通過混凝試驗來確定最佳藥劑及其最佳投加量，試驗結果見表2。

表2 混凝試驗結果 混凝劑種類 原水濁度(NTU) 水溫(℃) 混凝劑單耗(mg/L) 沉淀上清液濁度(NTU) 聚合氯化鋁(PAC) 100 20 10 8.0 聚合硫酸鐵(PFS) 100 20 20 12 聚丙烯酰胺(PAM) 100 20 0.2 15.5 PAC+PAM 100 20 5+0.2 3.5 PFS+PAM1 100 20 10+0.2 5.8 注： 單位質量價格比為PAC∶PFS∶PAM=1∶3∶5.6

　　 結果表明，采用無機混凝劑PAC和有機高分子絮凝劑PAM配合投加，混凝效果非常顯著。工藝中采用泵前投加PAC，水泵混合，泵后投加PAM，管式混合。可考慮采用混凝自動控制技術，既保證出水水質又防止藥劑浪費。反應設施對出水水質影響很大，應選用新型、先進、實用的正弦流網格反應池，其特點是構造簡單、施工方便，造價和藥耗比普通反應池分別低1/4 及1/3。
　　沉淀池采用高效率斜板斜管沉淀池，可增加出水量和提高水質。近幾年來斜板沉淀有了新的發展，開發出效率更高的同向流斜板、迷宮式斜板、人字形短斜板等新型沉淀池，由于迷宮斜板沉淀池效率高，停留時間短，占地面積小，出水濁度小，投資少，從而在水處理中的應用越來越廣泛，因此采用迷宮斜板沉淀池。
　　礦井涌水經混凝沉淀后，濁度、色度、氟化物、硬度大大降低。另外Fe、Mn、SO₄^2-、礦化度也得到部分去除。可以滿足洗煤用水、冷卻水、農業灌溉和市政綠化、市政雜用、消防等用水要求。
　　③ 過濾
　　過濾可進一步去除水中的細小煤粒、巖粒以及呈膠體狀的物質，降低色度、硬度、礦化度，去除部分細菌、病毒等。本工藝選用重力式無閥濾池作為過濾設施。
　　④ 消毒
　　濾后水中還含有細菌、病毒，需進行消毒，采用氯消毒法。加氯點設在清水池入口。消毒后，除了礦化度，其他各項指標均達到了飲用水衛生標準，可作為對水質要求較高的礦區生產用水、生活雜用水。
　　⑤ 除鹽
　　為了滿足生活飲用水水質要求，需對消毒后水進行除鹽，采用電滲析法除鹽。利用微機自控系統控制，以節省用電、減輕勞動強度、避免極化結垢、保證出水水質和提高工效。

3 礦井涌水資源化流程優化

　　根據“優質水優用，低質水雜用”的原則對各種處理方法、設施進行組合，確定了最佳工藝流程(如圖1)。

　　該工藝流程技術上先進、科學，經濟上合理、可行，運行管理簡化、方便、適用，并具有以下特點：
　　① 實現了生活用水的分質供水，既保障了居民飲用水質量，又節省了資金和能耗。
　　因生活用水中的40%用于盥洗，45%用于洗衣、洗澡，而飲用水不足10%，因此只對生活飲用水進行深化處理是科學合理的。
　　② 電滲析器設置在辦公樓、居民區，比設置于水廠省卻了長距離輸水管，同時比設置于家庭節省了設備投資。

4 經濟效益分析

　　以阜新五龍礦區為例，該礦區礦井涌水量為2.0×10⁴m³/d，按優化工藝流程進行分質分級出水，則主要技術經濟指標見表3。 表3 礦井涌水凈化工程技術經濟指標分析 項 目 目標水質 用水量計劃(m³/d) 成本(元/m³) 投資(萬元/m³) 總投資(萬元) 原供水成本(元/m³) 直接經濟效益(萬元/a) 電費 折舊費 維修費 藥劑費 人工費 合計 預沉—混凝—沉淀工藝 工業用水 8000 0.180 0.018 0.029 0.016 0.030 0.273 0.026 520 0.65(抽取地下水) 110.08 增設過濾、消毒工藝 部分生產用水 5850 0.244 0.031 0.049 0.018 0.047 0.389 0.045-0.026= 0.019 228 0.65(抽取地下水) 55.73 生活雜用水 4950 0.244 0.031 0.049 0.018 0.047 0.389 0.045-0.026 =0.019 　 1.6(自來水) 218.80 增設電滲析工藝 飲用水 1200 0.482 0.082 0.131 0.018 0.092 0.805 0.12-0.045=0.075 90 1.6(自來水) 34.82 室內增設優質水管道工程 　 　 　 　 　 　 　 　 　 120 　 　 免交排污費 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 36.5 合計 　 　 　 　 　 　 　 　 　 958 　 455.93 注： 電價為0.60元/(kW·h)，PAC計2 500元/t，PAM計1 7 000 元/t，消毒劑液氯計660元/t，折舊、維修費分別取投資的2.5%、4%，排污費為0.05元/m³。

　　據表3分析，工程總投資估算為958萬元，直接經濟效益為455.93萬元/a，投資回收期僅為2 .10 a。按此推算，對于阜新整個礦區近期涌水量為8×10⁴m³，則直接經濟效益估計為1824萬元/a,遠期涌水量為14×10⁴m³,則直接經濟效益估計為3192萬元/a，可創造明顯的經濟效益。同時礦井涌水資源化可節約自來水898×10⁴m³/a、地下水資源2022×10⁴m³/a，遠期可節約自來水1571×10⁴m³/a、地下水資源3539×10 ⁴m³/a，既可緩解礦區嚴重缺水狀況，又能創造明顯的經濟、環境效益。

5 結論

　　① 面對北方礦區嚴重缺水、開辟新水源已勢在必行的現狀，指出礦井涌水資源化是解決礦區水問題的發展方向。
　　② 根據礦區礦井涌水的水質特性、涌水量情況，從技術上論證了阜新礦區實現礦井涌水資源化是完全可行的。
　　③ 選擇先進、合理、經濟、實用、可靠的處理方法和處理設施，推薦了礦井涌水資源化的最優方案和最佳工藝流程，并實現了“優質水優用，低質水雜用”。
　　④ 通過經濟效益分析，證實了礦井涌水資源化的可行性，并可創造明顯的經濟、環境及社會效益。

參考文獻：

　　［1］ 胡文容.煤礦礦井水及廢水處理利用技術［M］.北京：煤炭工業出版社，199 8.
　　［2］ 楊信榮，張明星.論我國煤礦礦井水的資源化［J］.煤礦環境保護，1993，7 (1)：2-4.

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　　收稿日期：2001-08-16