井下污水就地变净水

晋能控股煤业集团寺河矿在国内首家试验井下高杂质污水就地净化技术，让污水不上井就能变成清澈见底的净水，技术成果达到国际先进水平。同时，每年还可产生经济效益上百万元。

在此之前，煤矿多采用自然沉淀方式，对井下高杂质污水简单处理后，由排水泵排入中央水仓，再经多级转载，排至地面污水处理厂进行处理。在此过程中，高含量的杂质对泵体磨损大，造成故障率增加，引发管网系统堵塞，大量的煤泥沉积增加水仓清淤频次……“高杂质污水处理技术解决了井下污水多级转载至地面处理的问题，也降低了设备、系统的故障率和生产成本的投入，还有效减少了水资源的浪费。”寺河矿副矿长冯强说，“对于我们，乃至全行业来说，高杂质污水处理技术带来的经济效益和环保效益，都是巨大的。”

高杂质污水处理技术好处多

作为全国最大的煤与瓦斯突出矿井，寺河矿每天施工6500多米的钻孔，至少产生高杂质污水6000吨/天。

“近年来，我国对水资源的保护力度不断加强，很多煤矿企业为处理污水投入了大量人力、物力以及资金。但受工业废水处理的技术限制，且采取的处理工艺没有针对性，不仅工作效率不高，还浪费药剂。”冯强介绍说，“而我们对高杂质污水处理的项目研究，围绕着低能耗、高效率和资源化方向进行。”

2020年以来，寺河矿技术人员不断加大高杂质污水处理的项目研究。在经过大量前期调研、应用试验后，该矿结合平板陶瓷膜在不添加药剂情况下就能实现污水的高精度净化特性，进行了以平板陶瓷膜为主要处理单元的工艺项目试验。

项目试验是在原有的给排水系统中，增加一套平板陶瓷膜净化系统，包括一台水泵、一个循环水罐和一个循环水池。污水经水泵加压进入循环水罐中，再经循环水泵输送至平板陶瓷膜净化设备进行循环净化，净化后的清水自流进入循环水池复用。为防止过滤截留的杂质在膜表面形成凝胶层，系统还设置有膜自动清洗装置，可根据膜污染情况定期反冲洗，保证陶瓷膜表面的通透性。“平板陶瓷膜过滤技术，虽然只是一项物理处理工艺，但杂质过滤处理率高达90%以上，能有效降低污水浊度。”该矿机电管理部技术员李进虎介绍，经该装置处理过的水质，有效达到了工业回用标准：“肉眼就能看出来，煤泥水流经装置箱后，直接变成了清澈见底的净水。”

“以前打钻，因抽排煤泥水造成烧泵时有堵塞管网系统发生，停机处理，非常麻烦。”作为新项目试用的受益者之一，该矿千米钻机一队钻机司机任泽宇有着深刻的感受：“现在只管专心打钻，基本不用担心污水抽排发生的烧泵、堵系统情况，每班也能提升十几米的钻孔进尺。”

高杂质污水不上井、就地净化后，直接将污水转化成为了净水资源，全部被千米钻机施工钻孔时复用，净化水复用率达100%以上。“每台钻机每天打钻的用水量在100吨左右。以前这部分水全部由地面进行净水供给，现在通过把打钻返出来的污水就地净化、直接复用，完全能够实现地面不补水就能钻孔施工的要求。一旦全部推广开，环保效益也是非常客观的。”李进虎说，“由于地面不再进行净水补给，也能减少对钻机的净水管网铺设。目前井下距离主净水系统最近的一台钻机都在1000米以上，现在这1000多米的管路就能省去，大约能节约成本数万元。钻机污水不上井，也大大缓解了地面污水处理厂工作压力。”

实现一系列技术创新

“该项目除了不用加药剂就能实现污水净化外，还有一个更大的创新点，就是不采用电力作为动力源。这项尝试，在国际上也是领先水平的。”寺河矿机电管理部主任工程师王凯介绍。

针对煤与瓦斯突出矿井实际以及井下作业环境复杂的情况，他们对项目进行了小型模块化、可移动式设计，能够随钻机移动而移动。并开发出了一套气动控制系统，利用压缩空气作为动力源，无需电力设备接入，既解决了防爆问题，也有效满足了装置随时移动的需求。“针对整个项目试验的技术关键和难点，我们进行了大量的创新试验，其中还有两项技改成果，受到了国家发明专利的授权。”王凯说。两项专利中，《一种防爆高压自动补水器》是针对项目环节中，高压液体间流量不稳定导致浓差极化现象的技术短板，设计的一种防爆高压自动补水器，能够实现高压液体间歇性自动补充，保持受液容器液位稳定，保证净化系统稳定运行。《一种循环冷却水处理系统》则是为该项目提供了一种循环冷却水处理系统，解决了瓦斯抽放过程中水泵过流件结垢严重，导致瓦斯抽放运行效率低下，影响生产的稳定运行的问题。同时还节省了因水泵结垢后高昂的清理检修费用。

这两项专利的成功研发，有效提升了项目应对不同应用场景的适应能力，对矿井瓦斯抽采能力也有着积极推动作用。

全面推广高杂质污水处理技术

“高杂质污水处理项目在井下取得良好效果后，我们在2021年4月，又将该项目引入到了地面瓦斯抽放泵站，进行项目的延伸试验，实现污水处理向污水资源化的最大化转变。”王凯说。

该矿目前有8台瓦斯抽放泵，配置有3个吸水池，每天工作会损失水量约80吨，需要等量净水补给。而补充水质因含有大量煤粉、岩粉颗粒且水质硬度较高，长期运行会导致抽放泵结垢，增加设备功耗。且经后期污水处理厂处理后，会产生大量煤泥。在对煤泥进行回收过程中，会再次产生少量的污水，造成二次水质污染。对此，该矿在项目试验的基础上，增加一套反渗透膜脱盐装置和一套压滤装置，顺利解决了上述问题。

“通过反渗透装置脱盐处理后，水质得到一定的软化净化，由含杂质的硬水变为了洁净软水，从而有效提升了瓦斯抽放泵站运行效率15%以上，降低因结垢导致的故障率85%以上。”王凯介绍，“过滤截留的杂质则经过压滤机反复压滤，形成滤饼，直接能够回收至选煤厂进行再利用，又能增加一定量的经济收益。”

目前，该项目已在寺河矿地面瓦斯抽放泵站成功应用，有效提高了水资源的利用率，避免了污水的外排，有效推动了煤炭行业保护水资源的进程，为守护绿水青山，贡献了行业力量。寺河矿始终坚持改革创新积蓄新动能。2022年，该矿将积极开展科技创新工作，聚焦通风、抽放、采掘、机电、地测、运输六大系统中需要攻关的20多个科技项目，深入课题攻关，不断为晋能控股集团高质量发展注入新的内涵。

沈佳 邱美 李学志