采煤矿井污泥固化工程实例分析

时间：2024-07-28

于继图刘红丽韩超李骎朱倩庞云平

(1.陕西正通煤业有限责任公司，陕西省咸阳市，713600；2.北京高能时代环境技术股份有限公司，北京市海淀区，100095)

煤炭资源的大规模开发，在促进经济快速发展的同时，也极易造成矿区和矿井周边环境破坏，煤矿区污染通常包括水污染、土壤污染以及大气污染等。其中煤矿开采对水体污染的影响是最为巨大的，其主要原因在于煤矿区污水体量大且成分复杂，若不正当处置极易影响煤矿安全生产。因此矿区水资源化利用是维持煤矿安全生产重要的一环，对矿区生态环境保护也起着至关重要的作用。遵循国家的可持续发展建设要求，保护煤矿区生态环境对节约建设资源、创建环境友好型煤化工产业必不可少。

山东能源集团陕西正通煤业有限公司高家堡煤矿在建设初期井下矿井水处理系统尚不完善，含有大量污泥的矿井水升井后先在沉淀池沉淀，运行后造成沉淀池内污泥淤积，为维持设备正常运转，保障矿内生产、生活以及环境安全，对矿内沉淀池污泥进行了处理。首先将沉淀在污泥上层的水样抽出至矿区原有矿井水处理站进行处理，然后将污泥抽出脱水做资源无害化处理，本工程可以处理沉淀污泥共1.5万m3。本文主要就矿井水污泥抽出固化及处置方案进行了介绍。

1 矿井水污泥污染情况分析

本工程所在的高家堡煤矿为一大型现代化煤矿，矿区现已建成相应的生产废水及生活废水污水站，并均已投产运行。通过对沉淀污泥上层水样进行取样检测，结果显示水样中无重金属等污染物超标，仅部分水样检测显示悬浮物、化学需氧量等指标超出《煤炭工业污染物排放标准》(GB 20426-2006)排放限值。因此废水经矿区矿井水处理站处理达标后可排放至附近流域。

通过现场对矿井水污泥取样并送至第三方检测，污泥浸出液监测结果见表1，经检测监测项目的监测结果均符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)浸出液污染物浓度限值。

表1矿井水污泥浸出液监测结果mg/L

监测项目监测结果标准限值六价铬0.0101.5铅0.075ND∗0.25镉0.0075ND∗0.15铜0.18140锌0.514100总铬0.1184.5镍0.0780.5铍4.56×10-30.02钡2.3625砷0.2170.3汞0.748×10-30.05硒7.02×10-30.1

*注：检出限后加“ND”表示未检出

2 污泥治理工艺选择

由表1的检测结果可以看出，污泥中无重金属污染，各项指标均未超出垃圾填埋标准限值，本工程项目污泥中主要是矿井水携带涌出的煤粉颗粒，还有一定的利用价值，可以根据对脱水后的污泥进行热值检测，决定是否进一步回收利用。其余污泥可送至当地垃圾填埋场进行填埋处置。

目前污泥脱水的方法主要有自然干化、机械脱水、土工管袋快速脱水固结技术等。传统自然干化法处理效率较低，易造成施工现场环境恶劣，淤泥四溢令人难以进入；而机械脱水(板框压滤、卧式压滤等)一次性设备投资大，处理电费也较高，因此运行成本较高；土工管袋快速脱水固结技术是指用特制的工程土工布来渗透和装填回填料以及污染物的技术。这种特制的土工布能让水渗透出去的同时截留固体物质，包括回填料以及其中的污染物。土工管袋快速脱水固结技术用来装污泥并进行脱水，致力于对污泥进行减容并转化为固体稳定的状态。无需较大电量消耗和常人看管，只需要定时查看，操作简便，土工膜还可以重复利用，项目结束后场地可恢复原状。土工管袋快速脱水固结技术为污泥方量较大的工程提供了一个简单且低成本的脱水方法。结合工程实例与本项目实际情况，采用土工管袋快速脱水固结技术对矿井水污泥进行固化处理。

3 土工管袋快速脱水处理过程

3.1 土工管袋处理工艺流程

土工管袋处理工艺流程如图1所示。

图1 土工管袋处理工艺流程

由图1可以看出，土工管袋脱水分为填充-脱水-固结这3个阶段，在处理污泥时，首先需要在底部垫一层土工布做防渗层，防止流出的水渗入地下污染环境；然后需铺上砾石做导排层把出水引流到指定的地点；继而铺设土工管袋，污泥(含水率90%左右)通过淤泥泵打入土工管袋，并在管道上设三通加入化学药剂；最后土工管袋自行沉淀脱水，污泥固结。脱水后污泥含水率达到60%左右。

3.2 土工管袋计算

根据项目周边产地情况，选用MDGT70/95PP 型土工管袋，长度为15.3 m；横截面周长为8.8 m，最大充填高度为1.8 m，此时容积为最大容积为80 m3；单条土工管袋充填 5～6 次后固结高度约为1.2 m，此时容积约为65 m3。本工程类型原泥含水率约在 92%～96%左右，脱水后预计可达 60%左右。污泥体积减少比大约为3∶1，也就是1 m3原泥脱水后体积约为0.3 m3。因此15000 m3原泥脱水后的体积大约为 5000 m3。故本工程消耗的管袋总数约为5000/65=77条。

3.3 脱水平台及排水处理

土工管道脱水平台需水平设置，特别是宽度方向坡度必须为 0，否则有袋体翻滚的可能性。因为土工管袋脱水过程会产生大量滤液，为了避免滤液影响周边环境，需要设置导排沟或者挡水坝。根据当地地形分析，采用四周挖排水沟的形式排水，排水沟、防渗和导排系统如图2所示。土工管袋堆放平台为多个切割成10 m宽、50 m长面积的晾晒平台。平台中铺设两层土工布，一层HDPE 土工膜，以及一层20 cm厚的卵石层用作滤液防渗和导排。

图2 脱水平台示意图

3.4 管道及加药设计

本工程中采用钢管进行污泥输送，确保输送安全。管道末端通过分支的方式多条软管同时连接到土工管袋中，脱水药剂通过变径三通的方式进入淤泥管道中，通过设置蛇形管道混合器来促进药剂与淤泥的混合。前期使用微型管袋模拟土工管袋进行小试实验，确定脱水调理药剂采用絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和高分子聚凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，投加量为污泥干重的3‰，药剂投加采用一体化加药装置(药剂储罐、加药泵、搅拌机)。本工程设置4个10 m3的加药罐体，絮凝剂和助凝剂各2个。

3.5 土工管袋填充和运行

矿井水污泥采用淤泥泵进行输送，土工管袋充填口一般位于顶端，根据不同需求设置 2～3 个，开口内径为400 mm 的袖口式连接。可通过一段硬管插入袖口内，再用铁丝固定。该段硬管通过软管与进泥主管路进行连接。打开泵送装置及阀门后，脱水过程则基本可以自动进行了。

污泥和药剂混合后充填入土工管袋内，药剂在较短的时间内使混合物中的固体成分下沉，清洁的水流从土工管袋壁中渗透排出，超过 99%的固体颗粒将被存留在土工管袋中。脱水过程中有大量滤液产生，运行过程可人工清洗或拍打土工管袋的表面加快其脱水速度。

3.6 运行效果

对运行过程滤液进行取点分析，滤液出水清澈，表明固体物质截留率高，出水水质满足《煤炭工业污染物排放标准》(GB 20426-2006)的排放限值，污水处理站总排水口水质检测结果见表2。

表2 污水处理站总排水口水质检测结果

经过一段时间的沉淀和排水，固体颗粒逐渐固结，整个土工管袋构成了一个巨大的固体胶囊。所有土工管袋的脱水周期都完成后，将袋体割开，检测固化后污泥含水率均小于60%。固化污泥分情况处理，因污泥中含有煤矿污水中携带涌出的煤粉颗粒，煤粉颗粒含量较高的，可进行热值检测，进一步回收利用。剩余固化污泥则送至垃圾填埋场进行填埋处置。