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1、1浅谈我国露天煤矿污水处理及污水资源 化摘要：根据我国现已投产运行的霍林河等五大露天矿区污、废水处理工艺及污水资源化的现状，通过对现状的分析展望我国露天矿区污水处理工艺的发展趋势，阐述我国露天矿区实现污、废水资源化的有利条件及制约因素，并提出充分实现资源化的有效途径。 关键词：现状 水量 水质 处理工艺 污水资源化 露天煤矿作为煤炭开采的一种重要形式，因其开采规模大、产量高，一直在煤炭行业及在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用。1992 年，随着我国第一座自行设计、建设的大型露天煤矿霍林河一号露天煤矿的建成投产，标志我国在大型露天煤矿的建设水平上又上了一个新台阶，随后我国相继开发建设了伊敏河、
2、元宝山、准格尔、平朔大型露天矿区。露天矿区的建设规模巨大，涉及国计民生的各个方面，在露天矿区的总体规划中，往往会形成以煤炭为依托、以电力、钢铁为龙头的重工业格局。在露天矿区的规划建设中会受到诸多因素的制约，其中水源成为制约矿区建设和可持续发展的重要因素。我国大型露天矿田的分布主要集中在山西和内蒙地区，而这些地区温带大陆性气候特征明显，水资源匮乏，干旱少雨、风沙大。因此，充分的、最大限度的使用和利用水资源对露天矿区的建设和发展具有十分重要的意义。污、废水资源化是实现露天矿区最大限度使用和利用水资源最有效的途径，2而污、废水处理技术是实现资源化的保证，露天矿区工业用水对水质的不同要求为实现污水资源
3、化提供了可能和发展空间。本文根据我国现已投产运行的霍林河、伊敏河、元宝山、准格尔、平朔等大型露天矿区污、废水处理工艺及污水资源化的现状，通过对现状的分析展望我国露天矿区污水处理工艺的发展趋势，阐述我国露天矿区实现污、废水资源化的有利条件及制约因素，并提出充分实现资源化的有效途径。1 露天矿区给排水工程及资源化现状1.1 露天矿区特点及用水量组成露天矿区一般由露天矿、选煤厂、油库、火药厂、机修厂、居住区等单项工程组成。从矿区工业企业的布局看，露天矿及选煤厂工业场地通过皮带运输机相连；矿区居住区一般距工业场地较远。整个矿区工业建筑分散，工业场地战线很长，没有明确的露天工业场地界限。从供水分布看，用
4、水大户为露天矿、选煤厂和居住区，其中露天矿主要用水量为矿山公路防尘洒水；选煤厂用水主要为洗煤生产用水；居住区用水主要为生活用水。见用水量组成表(表 1)。表 1 露天矿区用水量组成表序 号矿区名称及规模道路洒水及绿化(m3/d)3洗煤生产用水 (m3/d)一般生产生活用水(m3/d)工业场地用水合计(m3/d)居住区及市政用水(m3/d)备注1霍林河矿区(10Mt/a)31202789.71957.57867.644001981-19922准格尔矿区(12Mt/a)58425400255141379390001990-19973元宝山矿区(5Mt/a)103332104042.28285.2-
5、1988-19934伊敏河矿区(10Mt/a)482030001574.7711819.82424.981991-199555平朔安太堡(15Mt/a)48005000210011900-1985-19876平朔安家岭(15Mt/a)42605000201211272-1997-2001注：上述矿区水源除准格尔矿区水源取自黄河水、元宝山矿区水源取自露天疏干水之外，其余水源由地下水源保证。1.2 露天矿区污、废水量组成露天矿区污、废水一般由工业场地及生活区的生产生活污水、采掘场疏干排水、采掘场矿坑排水、矿区所属地方井工矿井下排水等组成。见水量组成表(表 2)。61.3 露天矿区污、废水水质及处理
6、工艺现状由于露天矿区的自身特点不尽相同，矿区污、废水处理厂所接纳的水质也不相同。随着水处理技术的不断发展，矿区污、废水处理所采取的处理工艺不断发展，各种水处理工艺在实践中不断的接受检验，有成功的经验，也有失败的教训。本文收集了霍林河露天矿等六大露天煤矿污水处理厂的污水水质指标和处理工艺，见表 3。1.4 露天矿区污、废水资源化现状我国露天矿区根据各自矿区的实际情况及建设时期等特定因素，污水资源化程度各不相同，见表 4。2 露天矿区污水处理工艺选择及资源化发展趋势2.1 污水处理工艺选择及发展趋势2.1.1 污水处理水量及水质分析由于露天矿区工业场地与居住区规划格局的不同，矿区污水处理厂的规模和
7、污水水质浓度也不一样，从表 2 及表 3 分析，霍林河、准格尔、伊敏河矿区进入污水处理厂的水质为生活与工业废水混合，其余矿区为仅处理工业废水；从污水处理厂规模上分析，矿区处理厂规模小，尤其是工业场地污水处理厂规模很小，与矿区大规模用水量比较反差相当大，平朔矿区(不含生活区)总用水量为 27000m3/d，而污水处理厂规模仅为 1300 m3/d，这是由于供水大量消耗于矿山公路洒水及选7煤补充水，没有进入排水系统的原因；从污水处理厂进水水质分析，矿区污水浓度与城市污水浓度相比偏低，SS 值相对较高，BOD 及 COD 绝对值较低，仅对工业场地而言，污水可生化性较差。2.1.2 污水处理工艺分析从
8、表 3 污水处理现状分析，矿区污水处理与城市污水处理工艺同步发展，在统计调查的五大露天矿区中，污水处理工艺分别采用了一级处理+污水库、普通活性污泥法+深度处理、生物膜法、SBR+深度处理等处理工艺，从实际的运行效果分析，一级处理+污水库处理工艺、生化处理+深度处理工艺处理效果较好，生物膜法工艺由于不适应矿区含油的水质特点，实践证明是失败的。 2.1.3 污水处理工艺选择及发展趋势矿区污水水质浓度偏低，SS 偏高、BOD 值较低(安家岭露天矿例外)，与城市污水相比可生化性差。由于矿区污水水质的行业特点，污水处理工艺选择必须切合矿区水质的实际特点。通过对水质及污水处理的实际运行效果分析，笔者认为一
9、级处理+污水库工艺、二级生化处理+深度处理工艺为露天矿区污水处理的首选工艺。污水库工艺为工业场地污水处理厂的首选工艺，其优越性为 a:充分适合矿区污水水质特点，工艺流程合理 b:适应矿区污水资源化复用。其缺点为 a:污水库水质不易保证 b:受到地形限制，理想的是利用自然地形修建污水库，人工开挖污水库基建投资大。二级生化处理+深度处理工艺为混合污水处理厂的首选工艺，其优越性为处理效果好、出水水质可达到复8用于绿化、道路洒水、选煤补充水的要求，适合矿区实现污水资源化。其缺点为投资高，配套污水资源化工程造价高。表 3 露天矿区污水处理现状表序 号矿区名称及规模污水指标(mg/l)出水指标(mg/l)
10、处理工艺备注SSBOD5COD石油类SSBOD5COD9石油类1霍林河矿区(10Mt/a)109.047.9无实测无实测无实测一级处理+污水库污水库水体自净效果好，用于浑迪音林地灌溉2准格尔矿区(12Mt/a)60.0- 17645.6- 95.310112.2-180.46-87.74-24.229.4-67.2二级活性污泥法+深度处理除复用于选煤工艺用水外，污水达标排放3元宝山矿区(5Mt/a)112.086.0180.022.4-5.61050二级接触氧化法仅完成一级处理工艺114伊敏河矿区(10Mt/a 露天矿、5Mt/a 选煤厂)46.730.448.33.6无实测无实测无实测一级处
11、理+污水库污水库处理效果较好5平朔安太堡(15Mt/a)400.0100.020.012无实测无实测无实测一级处理+除油+污水库原设计生物膜工艺失败，现为一级处理+二次除油6平朔安家岭(15Mt/a)537.0139.620.010.010.01.0除油+SBR 处理工艺+人工湖工程未移交13随着水处理技术的不断实践和发展，笔者认为针对露天矿区的水质特点，污水处理工艺采用混凝强化一级处理，视出水水质分期建设污水库或二级处理工艺为新建露天矿区值得推荐的处理工艺。该工艺由曝气沉砂池和一沉池组成，强调混凝剂在污水处理中的作用，向曝气沉砂池中投加无机混凝剂，使污水中的悬浮和胶体态物质与混凝剂作用发生脱
12、稳、聚集并有效除磷，向一沉池中投加有机高分子絮凝剂提高混凝去除效率。混凝强化一级处理符合矿区污水 SS 偏高、生化性较差的水质特征，将常规净水处理工艺的混凝技术用于污水处理，理论上非常适合，该工艺虽未在煤炭系统使用，但在处理城市污水中已取得成功经验，值得引起工程设计实践的重视。2.2 露天矿区污水资源化发展趋势2.2.1 实现矿区污水资源化的有利条件2.2.1.1 污、废水水量及水质保证从表 2 的统计结果分析，露天矿区的疏干水、所属井工矿井下排水(平朔安家岭)、矿坑排水等生产废水排放量巨大，水质良好，仅元宝山露天矿疏干水第一开采年的排放量就为 55 万 m3/d，其水质可作为生活饮用水水源。
13、充足的污废水量及良好的水质为露天矿区实现污废水资源化提供了物质保证 。2.2.2.2 矿区用水特点使污废水资源化成为可能从表 1 的统计结果分析，矿区的用水大用户为道路洒水、选煤生产用水，露天矿与坑口电厂联建的矿区电厂循环冷却用水、冲灰水水量需求很大，而洗煤用水、14绿化及道路洒水、循环冷却水对水质的要求较低，见表 5、表 6。矿区生产废水通过简易处理或根据实际水质情况直接复用完全可能。矿区用水可实现分质供水的现状使矿区实现污废水资源化成为可能。表 5 洗 煤 用 水 水 质 标 准序 号项 目标 准1悬浮物含量清水不超过 400mg/l循环水一般不超过 50-80g/l215悬浮物颗粒除洒水
14、除尘采用不大于 0.3mm 外，其余不超过 0.7mm3PH 值6-94总硬度不超过 100mgN/l(德国度)表 6 生活杂用水水质标准 (部分项目) GJ25.1-89 序 号项 目 绿化水质标准洗车、扫除水质标准1悬浮物固体含量16不超过 10mg/l不超过 5mg/l2BOD5不超过 10mg/l不超过 10mg/l3CODcr不超过 50mg/l不超过 50mg/l4PH6.5-9.06.5-9.05游离余氯管网末端不小于 0.2mg/l17管网末端不小于 0.2mg/l6总大肠菌群不超过 3 个/l不超过 3 个/l7氨氮不超过 20mg/l不超过 10mg/l8总硬度不超过 45
15、0mg/l(德国度)不超过 450mg/l(德国度)2.2.2 实现矿区污废水资源化的制约因素从表 4 的统计结果分析，我国露天矿区污水资源化的利用率较低，原因是受到了技术、基建投资、管理体制等诸多因素的制约，制约因素如下：182.2.2.1 污废水产生特点的不同矿区生活污水及一般生产、生活废水在矿区建设中一次性形成管道收集系统，但其水量很小，通过处理实现资源化不能根本上解决矿区水资源缺乏的现状。疏干水及矿坑排水从开采工艺上讲是为了满足露天开采的需要，疏干水位于露天坑附近，距离复用水中心距离很远，资源化配套的输送及贮存工程量较大；矿坑排水排放的是露天坑的暴雨排水，瞬时流量大，要求排水周期短，复
16、用资源化的技术难度大。2.2.2.2 基建投资的制约在解决了资源化水源及用户的前提下，在处理技术的保证下，实现污水资源化的最大制约因素是基建投资，由于道路洒水及选煤生产用水的不连续性，实现污水资源化除必要的处理设施和管道输送系统之外，建设大容积的贮水构筑物是必不可少的，基建投资很大，制约了矿区污水资源化的发展。2.2.2.3 体制的制约露天矿区从管理体制及项目建设上，露天、矿井、电厂等从体制上是分别建设管理的，企业与行业的界限制约了资源化的充分实现。元宝山矿区疏干水实现了供水水源的资源化，但大量的疏干水外排而没有用于 120 万 KW 发电厂的供水，造成了巨大的水资源浪费就是体制上的制约。2.2.3 解决矿区水资源化的有效途径2.2.3.1 实现露、井结合19以露天开采为龙头，结合矿井开采，在体制上打破企业之间行政管理的制约。平朔安家岭露天煤矿 15Mt/d 的生产能力已经形成，矿区结合自身特点将周边地方管理的井工煤矿纳入矿区统一管理，不但解决了产品煤配煤的需要，污水资源化也得以充分实现，克服了污水深度处理全部复用仅能节约 700m3/d 地下水源的复用能力不足，通过对
