一种大水矿山矿井水的综合治理方法与流程

1.本发明涉及一种废水治理系统，尤其是一种大水矿山矿井水的综合治理方法。


背景技术：

2.我国矿产资源储量大，分布广，多数地方水资源与矿产资源共存，矿山开采对也下水资源的破坏十分严重，水资源污染严重。矿井水是冶金矿山生产过程排放出来的废水，随着工业的发展，矿井水的排放量不断增多。据统计平均每开采1吨原矿需排放接近2吨的矿井水，不仅严重污染了水资源，而且使得矿区周围地下水供需失衡，水位大幅下降，也造成了工业和生活用水短缺。同时，大量矿井水的产生及排放给矿山安全生产带来严重威胁。对于矿山企业来说，如果能很好地将矿井水进行生态化治理并加以利用，不仅可以大幅降低矿体内的涌水量，保障安全生产；还利于区域地下水水资源的生态平衡，解决水资源紧缺问题，提高矿井水资源综合利用效率，最终实现大水矿山矿井水地表零排放。
3.目前，针对大水矿山实现矿井水地表零排放，国内尚无一套完整的绿色安全高效及全方位的矿井水生态化治理及综合利用的方法，普遍存在运行成本高，无法资源化及综合化利用等缺陷，未能真正实现大水矿山开采过程中矿坑废水的有效处理、甚至零排放。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种效果好的大水矿山矿井水的综合治理方法。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的方法工艺为：（1）采用帷幕注浆技术在矿体周围建造水平和垂向上全封闭的阻水帷幕；（2）将帷幕内的矿井水汇集至井下永久水仓进行初级物理沉降，产生的淤泥排至地表的尾矿浓缩池；（3）所述初级物理沉降后的矿井水送至地表的澄清池进行化学絮凝沉淀，产生的污泥排至地表的尾矿浓缩池；（4）所述化学絮凝沉淀后的矿井水采用以纳滤为核心的深度净化系统进行深度净化处理，处理后的清洁水达到饮用水及国家规定回灌水质标准；（5）采用大流量回灌技术对深度净化后的清洁水部分或全部回注至帷幕外的地下含水层。
6.本发明所述步骤（3）所述化学絮凝沉淀后的净水先溢流至水源热泵机组进行余热利用，再进行步骤（4）所述深度净化处理。
7.本发明所述地表的尾矿浓缩池内的尾砂、初级物理沉降排入的淤泥以及地表澄清池排入的污泥充填至井下的采空区。
8.本发明所述步骤（4）深度净化处理产生的浓盐水用于生产供水、消防供水和/或环境供水，使用后再次收集的污水进行生产废水处理和/或生活污水处理。
9.本发明所述步骤（4）深度净化处理采用多介质过滤、自清洗过滤、保安过滤、纳滤和折点加氯法脱氮消毒的工艺流程。
10.本发明所述步骤（5）中，部分清洁水用作设备冷却水和生活用水，使用后再次收集的污水进行生活污水处理。
11.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在矿山开采前采用环形密闭帷幕注浆技术对矿区内地下水资源进行治理，大幅度降低了矿体内排水量和排水费用，有效地保护了当地地下水环境，避免了采矿排水地下水漏斗的形成；显著地改善了采矿作业条件，保障了大水矿床的安全开采。本发明通过井下永久水仓进行初级物理沉降、澄清池进行化学絮凝沉淀、水净化系统进行深度净化处理，净化后的矿井水除小部分用于全矿职工生活和选矿设备冷却水消耗补充外，其余全部采用回灌技术回注地下，为地区涵养了水源，对整个区域的水生态环境修复起到了积极作用，实现大水矿山矿井水的生态化利用。本发明具有处理效果好、污水排放少，节能环保等特点。
12.本发明采用水源热泵技术提取矿井水中的低温废热，用于全矿供暖和制冷及洗浴热水，实现矿山取暖过程的零碳排放，更加的节能环保本发明产生的浓盐水用于生产、消防以及环境用供水，通过尾矿浓缩池、生活污水处理等，实现消防生产及生活水的循环闭环利用，矿井水利用率壳达到100%，实现大水矿山矿井水地表零排放。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
14.图1是本发明的工艺流程示意图；图2是本发明中深度净化处理的工艺流程图。
具体实施方式
15.图1所示，本大水矿山矿井水的综合治理方法采用下述工艺步骤：（1）为保障区域地下水资源，保障大水矿山安全开采，先采用帷幕注浆技术在矿体周围建造水平和垂向上全封闭的阻水帷幕，有效降低帷幕内外含水层的水力联系。矿体帷幕注浆技术使得矿体周围在平面上形成一圈环形全封闭的帷幕，幕体堵水效率可达到80～85%。通过矿体帷幕注浆技术大幅度降低了矿体内排水量和排水费用，可减少80%～85%的开采排水量和排水费用，有效地保护了当地地下水环境，避免了采矿排水地下水漏斗的形成，保障了大水矿床的安全开采。
16.以某矿山为例进行说明，该矿山是国内典型的水文地质复杂的岩溶大水矿山，安全采矿预计疏干排水量达到15万m3/d。矿体帷幕注浆技术使得矿体周围在平面上形成一圈环形全封闭的帷幕，经验证，幕体堵水效率可达到85%。通过帷幕注浆技术显著降低了矿井排水量，实际排水量较为稳定约2.4万m3/d，大幅降低了矿井排水量，每年可为矿山节省4200万元的排水费用，有效地保护了当地地下水环境，避免了采矿排水地下水漏斗的形成，保障了大水矿床的安全开采。
17.（2）帷幕内的矿井水可减少至15%～20%，所述减少后的矿井水汇集至井下永久水仓，在井下永久水仓进行矿井水的初级物理沉降，以去除矿井水中较大的杂物和泥沙。通过在各工作面潜水泵吸口附近配置矿用潜水泵吸水防护装置、在各巷道水沟入口处设置水沟除杂器，对矿山建设及生产过程中产生的导爆管碎屑等杂质进行收集和清理；在巷道中合
适地点逐级设置巷道沉淀池，收集沉淀下来的较大颗粒并及时清理。根据水仓内淤泥的沉降特点，及时对井下永久水仓进行淤泥清理，以提高矿井水排水水质，降低矿井水浊度。所述沉降后的淤泥由排泥泵系统排至地表的尾矿浓缩池，与尾矿浓缩池内的尾砂一起充填至井下的采空区。
18.（3）矿井水经井下的中央水泵房内的排水泵排至地表的澄清池；所述澄清池为机械加速澄清池，对矿井水进行化学絮凝沉淀处理，进一步去除矿井水中较大胶体颗粒、杂质及悬浮物，实现泥水分离。所述澄清池内除投加合适比例的絮凝剂和助凝剂进行絮凝技术处理，最好采用三氧化二稆和聚丙烯酰胺；同时还投加了熟石灰进行软化处理，提高了絮凝沉淀效果，保证澄清池出水在1～10ntu。同时由于矿井水硬度降低，进一步减小了对后续膜系统的污染。
19.所述澄清池底部设有排泥泵站，通过排泥泵将澄清池底产生的污泥排至尾矿浓缩池，随尾砂一起充填井下采空区，形成闭式循环利用。
20.（4）经过澄清池化学絮凝沉淀处理后的矿井水进行余热利用；余热利用过程为：化学絮凝沉淀处理后的矿井水溢流至水源热泵储水池，由矿井水循环泵加压后提升至水源热泵机组，机组提取矿井水中的低温废热，用以解决全矿冬季供暖、副井井口防冻、夏季制冷和职工全年洗浴热水。实现全矿供暖过程的“零碳排放”，彻底取代传统燃煤锅炉和中央空调系统，真正实现节能减排。用于余热利用后，矿井水除极少量损失外并没有消耗。
21.（5）所述余热利用后的矿井水流至深度净化系统进行深度净化处理，深度净化处理采用多介质过滤、自清洗过滤、保安过滤、纳滤和折点加氯法脱氮消毒的工艺流程，处理后达到饮用水及国家规定回灌水质标准。图2所示，深度净化处理的具体过程为：化学絮凝沉淀或余热利用后的矿井水加入次氯酸钠杀菌后进入原水池，经原水泵输送到多介质过滤器，在多介质过滤器前加入微凝絮用药剂进行微凝絮并多介质过滤；多介质过滤的反水送入废水池，清水进入自清洗过滤器进行自清洗过滤；自清洗过滤后的清水进入保安过滤器，并随之加入阻垢剂和还原剂；保安过滤后的清水经高压泵送入纳滤装置进行纳滤；纳滤的废水用于选矿生产或部分经高压泵重新送入纳滤装置重新进行纳滤；纳滤的清水进入纳滤水池，所述纳滤水池分为冲洗水存储分格和消毒脱氨氮分格；所述冲洗水存储分格内的清水用于冲洗纳滤装置；所述消毒脱氨氮分格内的清水进行折点加氯法脱氮消毒，消毒脱氨氮分格的溢流口流出的清洁水进入下一步骤（6）进行回灌、回用。因纳滤操作压力较低，采用以纳滤为核心的深度净化系统较常规的反渗透相比，可节省约30%的运行成本。
22.（6）采用大流量回灌技术对深度净化后的清洁水进行治理，将深度净化产生的全部或大部分清洁水通过回灌井回注至帷幕外的地下含水层。实施矿井水回灌，每年可为矿山减少数千万元的排水资源费，具有可观的经济效益；既回补了矿区地下开采水层，同时也为地区生活饮用水涵养了水源，对整个区域的水生态环境修复起到了积极作用。
23.以上述的以某矿山为例进行说明，其单井回灌能为1068m3/h。实施矿井水回灌，每年可为矿山减少2365万元的排水资源费，具有可观的经济效益。
24.（7）没有用于回灌的清洁水，其中一部分清洁水可用作选矿设备的冷却水消耗补充，用于设备冷却；一部分进入生活储水池，作为生活用水用于全矿职工生活，替代了原生活水源井，节省了电耗。
25.所述生活用水在使用后产生的污水经生活污水集水后，送入生活污水处理系统进
行生活污水处理；采用生物接触氧化工艺，将进入处理的污水中的有机污染物质进行降解和转化、去除污染物质，生活污水处理完的干净水用于地面抑尘、绿化等使用，多余水排入尾矿浓缩池，形成闭式循环和利用。
26.（8）所述深度净化后产生的浓盐水用于生产供水、消防供水和/或环境供水；所述生产供水即补充选矿生产和充填造浆所需的生产用水；所述消防供水即补充进入消防水池，用于消防；环境供水即用于补充冲洗地坪、除尘设施、绿化、冲洗厕所等其他用水。所述生产和消防用水使用后再次收集的污水进行生产废水处理；所述环境供水使用后收集的污水经生活污水集水后，送入生活污水处理系统进行生活污水处理。
27.（9）所述选矿生产产生的废水以及各车间生产废水送至尾矿浓缩池，进行浓缩。所述尾矿浓缩池的尾砂、步骤（2）沉降后的淤泥、步骤（3）澄清池底产生的污泥，经压滤后回填采空区；压滤产生的尾砂滤液水重新送入尾矿浓缩池。
28.所述尾矿浓缩池产生的净水溢流至生产供水泵站的环水池，继续用开选矿生产和充填造浆，形成闭式循环和利用。
29.采用上述方法后，有效地保护了当地地下水环境，避免了采矿排水地下水漏斗的形成，同时显著地改善了采矿作业条件，保障了大水矿床的安全开采；实现矿山取暖过程的零碳排放；净化后的矿井水除小部分用于全矿职工生活和选矿设备冷却水消耗补充外，其余全部采用回灌技术回注地下，为地区涵养了水源，实现大水矿山矿井水的生态化利用；产生的浓盐水全部用于选矿生产和充填造浆，实现消防生产及生活水的循环闭环利用；矿井水利用率达到100%，实现大水矿山矿井水地表零排放。