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        采煤礦井污泥固化工程實(shí)例分析

        2019-04-12 06:13:58于繼圖劉紅麗龐云平
        中國煤炭 2019年3期
        關(guān)鍵詞:管袋土工濾液

        于繼圖 劉紅麗 韓 超 李 骎 朱 倩 龐云平

        (1.陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司,陜西省咸陽市,713600;2.北京高能時代環(huán)境技術(shù)股份有限公司,北京市海淀區(qū),100095)

        煤炭資源的大規(guī)模開發(fā),在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時,也極易造成礦區(qū)和礦井周邊環(huán)境破壞,煤礦區(qū)污染通常包括水污染、土壤污染以及大氣污染等。其中煤礦開采對水體污染的影響是最為巨大的,其主要原因在于煤礦區(qū)污水體量大且成分復(fù)雜,若不正當(dāng)處置極易影響煤礦安全生產(chǎn)。因此礦區(qū)水資源化利用是維持煤礦安全生產(chǎn)重要的一環(huán),對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)也起著至關(guān)重要的作用。遵循國家的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)要求,保護(hù)煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境對節(jié)約建設(shè)資源、創(chuàng)建環(huán)境友好型煤化工產(chǎn)業(yè)必不可少。

        山東能源集團(tuán)陜西正通煤業(yè)有限公司高家堡煤礦在建設(shè)初期井下礦井水處理系統(tǒng)尚不完善,含有大量污泥的礦井水升井后先在沉淀池沉淀,運(yùn)行后造成沉淀池內(nèi)污泥淤積,為維持設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn),保障礦內(nèi)生產(chǎn)、生活以及環(huán)境安全,對礦內(nèi)沉淀池污泥進(jìn)行了處理。首先將沉淀在污泥上層的水樣抽出至礦區(qū)原有礦井水處理站進(jìn)行處理,然后將污泥抽出脫水做資源無害化處理,本工程可以處理沉淀污泥共1.5萬m3。本文主要就礦井水污泥抽出固化及處置方案進(jìn)行了介紹。

        1 礦井水污泥污染情況分析

        本工程所在的高家堡煤礦為一大型現(xiàn)代化煤礦,礦區(qū)現(xiàn)已建成相應(yīng)的生產(chǎn)廢水及生活廢水污水站,并均已投產(chǎn)運(yùn)行。通過對沉淀污泥上層水樣進(jìn)行取樣檢測,結(jié)果顯示水樣中無重金屬等污染物超標(biāo),僅部分水樣檢測顯示懸浮物、化學(xué)需氧量等指標(biāo)超出《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 20426-2006)排放限值。因此廢水經(jīng)礦區(qū)礦井水處理站處理達(dá)標(biāo)后可排放至附近流域。

        通過現(xiàn)場對礦井水污泥取樣并送至第三方檢測,污泥浸出液監(jiān)測結(jié)果見表1,經(jīng)檢測監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測結(jié)果均符合《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)浸出液污染物濃度限值。

        表1礦井水污泥浸出液監(jiān)測結(jié)果mg/L

        監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)限值六價鉻0.0101.5鉛0.075ND?0.25鎘0.0075ND?0.15銅0.18140鋅0.514100總鉻0.1184.5鎳0.0780.5鈹4.56×10-30.02鋇2.3625砷0.2170.3汞0.748×10-30.05硒7.02×10-30.1

        *注:檢出限后加“ND”表示未檢出

        2 污泥治理工藝選擇

        由表1的檢測結(jié)果可以看出,污泥中無重金屬污染,各項(xiàng)指標(biāo)均未超出垃圾填埋標(biāo)準(zhǔn)限值,本工程項(xiàng)目污泥中主要是礦井水?dāng)y帶涌出的煤粉顆粒,還有一定的利用價值,可以根據(jù)對脫水后的污泥進(jìn)行熱值檢測,決定是否進(jìn)一步回收利用。其余污泥可送至當(dāng)?shù)乩盥駡鲞M(jìn)行填埋處置。

        目前污泥脫水的方法主要有自然干化、機(jī)械脫水、土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)等。傳統(tǒng)自然干化法處理效率較低,易造成施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣,淤泥四溢令人難以進(jìn)入;而機(jī)械脫水(板框壓濾、臥式壓濾等)一次性設(shè)備投資大,處理電費(fèi)也較高,因此運(yùn)行成本較高;土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)是指用特制的工程土工布來滲透和裝填回填料以及污染物的技術(shù)。這種特制的土工布能讓水滲透出去的同時截留固體物質(zhì),包括回填料以及其中的污染物。土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)用來裝污泥并進(jìn)行脫水,致力于對污泥進(jìn)行減容并轉(zhuǎn)化為固體穩(wěn)定的狀態(tài)。無需較大電量消耗和常人看管,只需要定時查看,操作簡便,土工膜還可以重復(fù)利用,項(xiàng)目結(jié)束后場地可恢復(fù)原狀。土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)為污泥方量較大的工程提供了一個簡單且低成本的脫水方法。結(jié)合工程實(shí)例與本項(xiàng)目實(shí)際情況,采用土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)對礦井水污泥進(jìn)行固化處理。

        3 土工管袋快速脫水處理過程

        3.1 土工管袋處理工藝流程

        土工管袋處理工藝流程如圖1所示。

        圖1 土工管袋處理工藝流程

        由圖1可以看出,土工管袋脫水分為填充-脫水-固結(jié)這3個階段,在處理污泥時,首先需要在底部墊一層土工布做防滲層,防止流出的水滲入地下污染環(huán)境;然后需鋪上礫石做導(dǎo)排層把出水引流到指定的地點(diǎn);繼而鋪設(shè)土工管袋,污泥(含水率90%左右)通過淤泥泵打入土工管袋,并在管道上設(shè)三通加入化學(xué)藥劑;最后土工管袋自行沉淀脫水,污泥固結(jié)。脫水后污泥含水率達(dá)到60%左右。

        3.2 土工管袋計算

        根據(jù)項(xiàng)目周邊產(chǎn)地情況,選用MDGT70/95PP 型土工管袋,長度為15.3 m;橫截面周長為8.8 m,最大充填高度為1.8 m,此時容積為最大容積為80 m3;單條土工管袋充填 5~6 次后固結(jié)高度約為1.2 m,此時容積約為65 m3。本工程類型原泥含水率約在 92%~96%左右,脫水后預(yù)計可達(dá) 60%左右。污泥體積減少比大約為3∶1,也就是1 m3原泥脫水后體積約為0.3 m3。因此15000 m3原泥脫水后的體積大約為 5000 m3。故本工程消耗的管袋總數(shù)約為5000/65=77條。

        3.3 脫水平臺及排水處理

        土工管道脫水平臺需水平設(shè)置,特別是寬度方向坡度必須為 0,否則有袋體翻滾的可能性。因?yàn)橥凉す艽撍^程會產(chǎn)生大量濾液,為了避免濾液影響周邊環(huán)境,需要設(shè)置導(dǎo)排溝或者擋水壩。根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦畏治?,采用四周挖排水溝的形式排水,排水溝、防滲和導(dǎo)排系統(tǒng)如圖2所示。土工管袋堆放平臺為多個切割成10 m寬、50 m長面積的晾曬平臺。平臺中鋪設(shè)兩層土工布,一層HDPE 土工膜,以及一層20 cm厚的卵石層用作濾液防滲和導(dǎo)排。

        圖2 脫水平臺示意圖

        3.4 管道及加藥設(shè)計

        本工程中采用鋼管進(jìn)行污泥輸送,確保輸送安全。管道末端通過分支的方式多條軟管同時連接到土工管袋中,脫水藥劑通過變徑三通的方式進(jìn)入淤泥管道中,通過設(shè)置蛇形管道混合器來促進(jìn)藥劑與淤泥的混合。前期使用微型管袋模擬土工管袋進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn),確定脫水調(diào)理藥劑采用絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)和高分子聚凝劑聚丙烯酰胺(PAM),投加量為污泥干重的3‰,藥劑投加采用一體化加藥裝置(藥劑儲罐、加藥泵、攪拌機(jī))。本工程設(shè)置4個10 m3的加藥罐體,絮凝劑和助凝劑各2個。

        3.5 土工管袋填充和運(yùn)行

        礦井水污泥采用淤泥泵進(jìn)行輸送,土工管袋充填口一般位于頂端,根據(jù)不同需求設(shè)置 2~3 個,開口內(nèi)徑為400 mm 的袖口式連接??赏ㄟ^一段硬管插入袖口內(nèi),再用鐵絲固定。該段硬管通過軟管與進(jìn)泥主管路進(jìn)行連接。打開泵送裝置及閥門后,脫水過程則基本可以自動進(jìn)行了。

        污泥和藥劑混合后充填入土工管袋內(nèi),藥劑在較短的時間內(nèi)使混合物中的固體成分下沉,清潔的水流從土工管袋壁中滲透排出,超過 99%的固體顆粒將被存留在土工管袋中。脫水過程中有大量濾液產(chǎn)生,運(yùn)行過程可人工清洗或拍打土工管袋的表面加快其脫水速度。

        3.6 運(yùn)行效果

        對運(yùn)行過程濾液進(jìn)行取點(diǎn)分析,濾液出水清澈,表明固體物質(zhì)截留率高,出水水質(zhì)滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 20426-2006)的排放限值,污水處理站總排水口水質(zhì)檢測結(jié)果見表2。

        表2 污水處理站總排水口水質(zhì)檢測結(jié)果

        經(jīng)過一段時間的沉淀和排水,固體顆粒逐漸固結(jié),整個土工管袋構(gòu)成了一個巨大的固體膠囊。所有土工管袋的脫水周期都完成后,將袋體割開,檢測固化后污泥含水率均小于60%。固化污泥分情況處理,因污泥中含有煤礦污水中攜帶涌出的煤粉顆粒,煤粉顆粒含量較高的,可進(jìn)行熱值檢測,進(jìn)一步回收利用。剩余固化污泥則送至垃圾填埋場進(jìn)行填埋處置。

        4 總結(jié)

        本工程采用土工管袋快速脫水固結(jié)技術(shù)對采煤礦井水污泥進(jìn)行脫水固化處理,固化后的污泥穩(wěn)定安全,完全滿足需求。土工管袋技術(shù)具有投資規(guī)模相對較小、對現(xiàn)場破壞小、便于運(yùn)輸組裝、自動化程度高、處理效率高以及固體截留率高等優(yōu)點(diǎn),將在污泥固化處理工程中發(fā)揮更大的作用。

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