礦井水綜合處理在綠色礦山建設(shè)中實踐
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綠色礦山建設(shè)關(guān)系著我國生態(tài)環(huán)境的保護和企業(yè)的可持續(xù)和諧發(fā)展。為切實履行社會責任，服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展大局，改善地方生活環(huán)境，徹底解決陜北荒漠長期缺水和所屬礦區(qū)水污染問題，華電煤業(yè)小紀汗煤礦投資4.62億元建設(shè)陜西省內(nèi)第一家規(guī)模最大、投資最多的礦井水綜合利用示范項目，礦井水經(jīng)處理后全部利用，實現(xiàn)零排放，徹底解決了礦井水的排放污染問題。在滿足環(huán)保要求的同時取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，用實際行動為建設(shè)綠色礦山提供了技術(shù)支持和實踐經(jīng)驗。
一、項目實施背景
當前我國煤炭開采方式主要以井工為主，開采過程中會產(chǎn)生大量的礦井水。礦井水外排，在礦區(qū)周邊形成黑湖和咸水湖，造成淺層地下水含鹽量增大，土壤堿化，農(nóng)業(yè)和林業(yè)植被遭受破壞。同時，水資源是煤炭開采與利用的重要保障，在我國14個億噸級大型煤炭生產(chǎn)基地中，有11個煤炭生產(chǎn)基地面臨著嚴重缺水問題，尤其是晉、陜、蒙、寧、甘等西部地區(qū)煤炭產(chǎn)量超過全國煤炭總產(chǎn)量的70%，而水資源占有量僅為全國總量的3.9%。黨的十八大報告提出，大力推動生態(tài)文明建設(shè)，必須守住節(jié)約資源和保護環(huán)境的發(fā)展底線，踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。近年來，國家和地方各級政府出臺的地方發(fā)展規(guī)劃、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等政策文件中，均對煤礦礦井水資源處理和利用提出了嚴格的要求。因此，利用科學(xué)有效的技術(shù)和工藝，處理和利用好礦井水，是節(jié)約水資源，減少環(huán)境污染，保護礦區(qū)生態(tài)的重要舉措，更是煤炭企業(yè)建設(shè)綠色礦山、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求，實施礦井水處理再利用項目、發(fā)展礦山綠色循環(huán)經(jīng)濟已刻不容緩。
二、項目簡介
華電煤業(yè)小紀汗煤礦位于陜北侏羅紀煤田榆橫礦區(qū),地處毛烏素沙漠與陜北黃土高原接壤地帶，礦井水屬于含懸浮物、鈣離子及高硫酸根的高礦化度礦井水。小紀汗煤礦投產(chǎn)以來，礦井排水量逐年增加，2018年以來礦井排水量均在1250m3/h以上。根據(jù)《小紀汗煤礦13盤區(qū)涌水量預(yù)測報告》，2021年排水量將達到峰值1762m3/h。小紀汗煤礦礦井水綜合利用項目包括生活污水處理系統(tǒng)、礦井水處理系統(tǒng)和礦井輸水管線。礦井水處理系統(tǒng)處理能力為1900m3/h，產(chǎn)品水水質(zhì)達到國家《地下水質(zhì)量標準（GB/T14848-2017）》III類標準并滿足《石油化工給水排水水質(zhì)標準（SH3099-2000）》的要求。經(jīng)處理后的礦井水，一部分供煤礦生產(chǎn)及生活；一部分通過管道輸送至榆橫發(fā)電廠作為循環(huán)冷卻補充用水；一部分供給周邊水資源缺乏地區(qū)作為其生態(tài)補充用水及農(nóng)田灌溉用水；剩余全部輸送給榆林市水務(wù)集團統(tǒng)一調(diào)配使用。同時，系統(tǒng)產(chǎn)出的濃鹽水經(jīng)過濃縮結(jié)晶處理后，全部轉(zhuǎn)化為符合GB/T6009-2014的I類一等品工業(yè)硫酸鈉，礦井疏干水全部實現(xiàn)達標處理和綜合利用，真正實現(xiàn)礦井水“零排放”，推動了綠色礦山建設(shè)和水資源綜合利用進程。
三、處理工藝
1.項目主要優(yōu)點
小紀汗煤礦礦井水處理項目采用國內(nèi)、外先進成熟的超濾、反滲透、納濾、強制結(jié)晶工藝，處理設(shè)施設(shè)備高效、節(jié)能、環(huán)保，工藝流程簡單，操作簡便，便于管理和維護，運行成本較低。礦井水處理站外形設(shè)計美觀、大方，構(gòu)筑物布置緊湊、合理，設(shè)施及管線布置流暢、整齊，有效減少了占地面積和管道費用。整個礦井水處理系統(tǒng)的自控水平高，配套高性能的在線儀表，實現(xiàn)自動化運行，操作管理的勞動強度低，系統(tǒng)運行安全可靠。
2.主要工藝流程
小紀汗煤礦礦井水處理工藝主要分為脫鹽段、二次濃縮段、蒸發(fā)結(jié)晶段三個階段。（1）預(yù)處理及脫鹽階段。采用藥劑澄清沉淀+超濾+反滲透工藝。礦井原水進入高密度澄清池前混合池，通過投加碳酸鈉、氫氧化鈉和混凝劑等，攪拌混合后進入高效澄清池絮凝沉淀區(qū)，使產(chǎn)生的碳酸鈣充分沉淀，從而達到降低硬度的作用，出水Ca2+含量小于150mg/L。在后中和池內(nèi)投加硫酸，去除澄清池出水中的過飽和堿度，同時投加殺菌劑，殺滅原水中的微生物。處理后的水進入超濾裝置，超濾產(chǎn)水再通過反滲透裝置進行脫鹽。經(jīng)過高效澄清池、原水超濾和第一次反滲透，可以有效去除水中的懸浮物、膠體微粒、細菌和大部分病毒等，降低原水中含鹽量。經(jīng)過該階段處理，有效降低了原水中總硬度、總堿度、膠體和懸浮物，產(chǎn)品水達到國家飲用水標準，處理后的濃鹽水排入到反滲透濃水池，作為下段工藝的原水。此階段原水回收率達到75%，除鹽率達到98%以上。（2）反滲透濃水二次濃縮處理階段。再次采用藥劑澄清沉淀+變孔隙濾池+超濾+弱酸陽床離子交換+脫碳+納濾+碟管式反滲透工藝。上一階段產(chǎn)生的濃鹽水進入本階段的高密度沉淀池，再次通過加入氫氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈉、聚合硫酸鐵，使其沉淀分離，上層清液進入集水槽后流入中和水池，中和水池通過投加硫酸回調(diào)PH度，自流進入變孔隙濾池去除大量懸浮物后，出水進入濃水超濾系統(tǒng)，最終產(chǎn)水濁度小于0.2NTU。再通過納濾膜去除水中的色度、硬度和異味，進入產(chǎn)品水池。剩余濃水通過碟管式反滲透（DTRO）系統(tǒng)再次進行濃縮處理，保證出水持續(xù)穩(wěn)定、達到國家一級排放標準。（3）蒸發(fā)結(jié)晶段。此階段采用MVR強制結(jié)晶工藝，對碟管式反滲透(DTRO)濃縮后的高濃度鹽水進行蒸發(fā)結(jié)晶處理。高濃度鹽水經(jīng)蒸發(fā)預(yù)處理后，轉(zhuǎn)料進入MVR硫酸鈉結(jié)晶罐，經(jīng)過進一步蒸發(fā)濃縮后，當料液溫度達到硫酸鈉的過飽和濃度時，硫酸鈉以晶體的形式結(jié)晶析出。對固液分離后的結(jié)晶鹽進行干燥、包裝處理，其白度、純度均達到GB/T6009-2014《工業(yè)無水硫酸鈉》A類一等品標準，全部資源化利用。蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的冷凝水統(tǒng)一收集至冷凝水罐，然后輸送至產(chǎn)品水池統(tǒng)一使用，真正實現(xiàn)廢水“零排放”。
四、經(jīng)濟與社會效益
小紀汗煤礦礦井水綜合處理項目日平均處理水量3.4萬m3，日平均產(chǎn)水量約2.9萬m3，水質(zhì)達到國家標準，其中煤礦每日生產(chǎn)生活自用水量6156m3，剩余約2.3萬m3供給榆橫電廠和榆林市水務(wù)集團，售價4～6元/噸，無水硫酸鈉售價100～150元/噸，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。小紀汗煤礦礦井水綜合處理項目極大地緩解了所屬礦區(qū)缺水問題，一方面置換出了大量寶貴的地表及地下水資源，改善了陜北荒漠缺水的問題，年節(jié)水量33萬m3；另一方面，避免了礦井水直接排放，減少了周邊環(huán)境的污染，滿足了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型國家循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)的基本要求，在實現(xiàn)100%復(fù)用、零排放目標的基礎(chǔ)上造福企業(yè)、造福人民，成為保護生態(tài)環(huán)境的成功典范。小紀汗煤礦也因此被成功納入2019年全國綠色礦山名錄,榮獲國家2019年度綠色礦山科學(xué)技術(shù)獎重大工程類二等獎，2020年順利通過國家一級安全生產(chǎn)標準化礦井驗收。
五、小結(jié)
實踐證明，建設(shè)綠色礦山是新形勢下礦產(chǎn)資源管理與礦產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重要方向和工作抓手，是推進生態(tài)文明建設(shè)、踐行綠色發(fā)展理念的關(guān)鍵要素。礦井水綜合處理再利用不僅是有效緩解礦區(qū)水資源短缺、提高水資源循環(huán)利用效率的重要舉措，也是改善環(huán)境質(zhì)量、保護礦區(qū)生態(tài)的必然要求。小紀汗煤礦礦井水綜合利用項目使得每年超千萬噸的礦井水實現(xiàn)“零排放”，同時使結(jié)晶鹽得到資源化利用，強力推動了地方生態(tài)環(huán)境保護和水資源綜合利用進程，為創(chuàng)建綠色礦山打下了堅實的基礎(chǔ)。小紀汗煤礦在建設(shè)綠色礦山、推進綠色礦業(yè)發(fā)展工作中的成功做法和經(jīng)驗，對于推廣先進技術(shù)、引領(lǐng)煤炭行業(yè)綠色發(fā)展具有重大指導(dǎo)作用，對于推進全國綠色礦山建設(shè)工作健康發(fā)展具有典型示范帶動作用。
作者:張建春 單位:華電煤業(yè)集團有限公司