復(fù)雜成分礦井水處理工藝研究

劉 斌

鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司

復(fù)雜成分礦井水處理工藝研究

劉 斌

鄂爾多斯市國(guó)源礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司

煤礦企業(yè)日常運(yùn)營(yíng)中，多以物理化學(xué)沉淀方法對(duì)礦井水進(jìn)行處理。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械化在煤炭生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍，其能夠借助前段曝氣生物降解技術(shù)對(duì)復(fù)雜成分礦井水進(jìn)行處理，以提高整體水質(zhì)，從而對(duì)中水回用范圍進(jìn)行拓展。本文著重對(duì)復(fù)雜成分礦井水處理工藝進(jìn)行論述，實(shí)現(xiàn)地下水資源的合理利用，提高煤礦開(kāi)采質(zhì)量。

復(fù)雜成分；礦井水；處理工藝

1　前言

近年來(lái)，我國(guó)水資源嚴(yán)重缺乏，煤礦運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的生活用水和生產(chǎn)用水也異常短缺。但是，企業(yè)負(fù)責(zé)人并未對(duì)節(jié)水問(wèn)題進(jìn)行明確認(rèn)知，依然只是對(duì)礦井水進(jìn)行單一的處理之后，進(jìn)行排放，既對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，也引發(fā)了水資源浪費(fèi)問(wèn)題。煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，要認(rèn)識(shí)到處理復(fù)雜成分礦井水的重要性，采用相關(guān)工藝對(duì)其進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為中水，應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，以有效節(jié)約地下水資源，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

2　礦井水及水質(zhì)特點(diǎn)

礦井排水的來(lái)源主要是煤礦生產(chǎn)中的廢水和巖層裂隙水。其很渾濁，呈黑灰色，并且含有大量的固體懸浮物。礦區(qū)的水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力學(xué)、礦床地質(zhì)構(gòu)造和開(kāi)采等，都會(huì)對(duì)礦井排水的水質(zhì)產(chǎn)生影響，降低水源質(zhì)量。

礦井水中含有大量負(fù)電性成分，顆粒之間的靜電斥力使其處于分離狀態(tài)，很難形成大顆粒。同時(shí)，膠體帶有電荷，能夠與周邊水分子相互作用，形成水化膜，對(duì)膠體的組合產(chǎn)生干擾。

懸浮顆粒的濕潤(rùn)度會(huì)對(duì)礦井水中的懸浮物顆粒和混凝劑粘接性產(chǎn)生影響。煤具有疏水特點(diǎn)，可以用接觸角大小對(duì)水代替煤表層氣體的難易度進(jìn)行衡量。煤表面無(wú)機(jī)物和有機(jī)物呈現(xiàn)復(fù)雜結(jié)合狀態(tài)，是煤潤(rùn)濕性的重要影響因素。典型的煤化階段煤種的煤粉潤(rùn)濕接觸角為褐煤40-63°、長(zhǎng)焰煤60-63°、氣煤65-72°、肥煤71-75°、焦煤86-90°、無(wú)煙煤84-93°。這些數(shù)據(jù)表明，煤化階段增高，會(huì)減少其表面極性官能團(tuán)數(shù)量，提升其芳香度，嚴(yán)重削減其潤(rùn)滑性，并增加接觸角度。如果確定煤種，表明礦井水和混凝劑的親和能力也得到了相應(yīng)的確定［1］。

3　礦井水處理技術(shù)

物理化學(xué)沉淀法在煤礦生產(chǎn)企業(yè)礦井處理工藝中應(yīng)用比較普遍。其原理是混凝土經(jīng)過(guò)反應(yīng)之后，生成絮團(tuán)，借助斜管沉淀，對(duì)懸浮物進(jìn)行去除。沉淀構(gòu)筑物以機(jī)械加速澄清池為主。該設(shè)施的特點(diǎn)是運(yùn)行成本低，且具備很強(qiáng)的可操作性，并對(duì)沖擊負(fù)荷進(jìn)行抵抗。處理單一煤塵顆粒巖層裂隙水的時(shí)候，其水質(zhì)能夠達(dá)到COD≤45mg/L 和SS≤20mg/L。

生產(chǎn)理念的革新和機(jī)械化水平的提高，使礦井生產(chǎn)工序也有所轉(zhuǎn)變，很大程度上提高了其開(kāi)采質(zhì)量和效益。而礦井排水系統(tǒng)中也包含大型液壓支架、工作面降塵、運(yùn)輸及設(shè)備轉(zhuǎn)載等用水，使礦井排水成分更加復(fù)雜，包括乳化液、煤粉、礦物油等。傳統(tǒng)水處理構(gòu)筑物已經(jīng)不能夠?qū)Ξ?dāng)前水質(zhì)背景下的礦井排水進(jìn)行處理，不僅增加其加藥量，也會(huì)出現(xiàn)絮團(tuán)上浮等。加之，礦井水中仍然含有大量的礦物油和乳化液，使COD含量比較大，使得水質(zhì)更差，中水應(yīng)用范圍受限，也會(huì)對(duì)其周邊河流產(chǎn)生嚴(yán)重污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不良影響［2］。

4　研究目的與設(shè)計(jì)理論

近年來(lái)，前段曝氣生物技術(shù)以其成本優(yōu)勢(shì)和效益優(yōu)勢(shì)逐漸被應(yīng)用到水質(zhì)處理中，其應(yīng)用原理是對(duì)可溶性有機(jī)物和微?；V物油進(jìn)行降解和沉降，提高礦井水質(zhì)。相關(guān)負(fù)責(zé)人要結(jié)合礦區(qū)具體情況，應(yīng)用正確的工藝進(jìn)行礦井水處理，將其負(fù)面環(huán)境干擾降到最低。

應(yīng)用曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、排除系統(tǒng)構(gòu)成活性污泥法。在曝氣池中，使污水和回流活性污泥同時(shí)生成混合液，然后借助空氣擴(kuò)散裝置，使壓縮空氣進(jìn)入污水中，增加污水中的溶解氧，給微生物提供充足氧氣，并在劇烈攪動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)微生物懸浮。當(dāng)溶解氧、活性污泥和污水混合之后，活性污泥顆粒會(huì)對(duì)污水內(nèi)部的污染物進(jìn)行吸附，使其處于菌膠團(tuán)表層。如果氧氣充足，微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸收、氧化、分解，形成二氧化碳和水?；旌弦航?jīng)過(guò)凈化之后，進(jìn)入二次沉淀池，混合液中的活性污泥浮起，與其他固體物質(zhì)同時(shí)沉淀，與水分發(fā)生分離。該種方式能夠?qū)ΦV井排水中的乳化液、煤粉和礦物油等進(jìn)行分解，使礦井水得到凈化。

如果在原有的礦井水處理系統(tǒng)中，增加曝氣池和二次沉淀池等，很難達(dá)到良好的祛除效果。因?yàn)椋鋾?huì)增加對(duì)場(chǎng)地面積的要求，且其經(jīng)過(guò)沉淀池預(yù)沉之后，會(huì)降低礦物油和乳化油濃度，減少活性污泥水量，減緩增殖速度。

以序批式活性污泥法為基礎(chǔ)，在同一池中，實(shí)現(xiàn)均化、初沉、生物降解和二沉等，從而對(duì)增加構(gòu)筑場(chǎng)地和污泥回流問(wèn)題進(jìn)行有效解決。對(duì)周期循環(huán)活性污泥法進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)?chǎng)地問(wèn)題進(jìn)行解決，使礦井水處理系統(tǒng)時(shí)刻處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)［3］。

以某煤礦為例，其水質(zhì)中含有大量的乳化液和礦物油，對(duì)水處理構(gòu)筑物進(jìn)行增加，在好氧生物降解工藝背景下，使其成為有池體和隔板構(gòu)成的雙向循環(huán)曝氣池。該背景下總共有三條廊道，中間和兩側(cè)分別為曝氣區(qū)和沉淀區(qū)，并在其內(nèi)部對(duì)斜管填料進(jìn)行設(shè)置。三條廊道池底都包含曝氣裝置，兩側(cè)廊道處于沉淀和曝氣交替運(yùn)行狀態(tài)，有助于節(jié)省污泥回流系統(tǒng)，也能夠?qū)鹘y(tǒng)的間歇排水缺點(diǎn)進(jìn)行有效控制，不需要專(zhuān)門(mén)的排水設(shè)備［4］。

5　水處理構(gòu)筑物

5.1工藝水流向處理

雙向循環(huán)曝氣池被廊道擋墻分割成三部分，將曝氣裝置設(shè)置在底部，使礦井水分別由底部配水和層流進(jìn)水進(jìn)入廊道，再通過(guò)廊道下部布水口流進(jìn)中心廊道主曝氣區(qū)。在主曝氣區(qū)內(nèi)，活性污泥好氧生物對(duì)污水進(jìn)行處理，對(duì)水中的有機(jī)污染物進(jìn)行吸附和消化，然后對(duì)其進(jìn)行沉淀，并將溢流堰設(shè)置在水流末端，使水流出。

循環(huán)處理之后，對(duì)水流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后，進(jìn)水部位為溢流堰側(cè)底部。再經(jīng)由主曝氣區(qū)處理，分別由上一循環(huán)處理流程進(jìn)水，側(cè)溢流堰出水。

5.2構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)

雙向循環(huán)曝氣池結(jié)構(gòu)是整體鋼砼，通過(guò)廊道擋墻對(duì)池體進(jìn)行分割，中間和兩側(cè)分別為主曝氣區(qū)和沉淀區(qū)，主曝區(qū)主要進(jìn)行生物好氧處理，在其內(nèi)側(cè)敷設(shè)蜂窩斜管，對(duì)活性污泥進(jìn)行沉淀，并在沉淀區(qū)的末端池底對(duì)集泥斗進(jìn)行設(shè)置，確保經(jīng)由管路對(duì)多余的活性污泥和無(wú)機(jī)顆粒排出［5］。

6　水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)和建設(shè)

礦井水處理系統(tǒng)對(duì)沉淀池進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)大顆粒固體懸浮物進(jìn)行消除，使水質(zhì)更加均勻。對(duì)其進(jìn)行預(yù)沉淀之后，廢水中的固體懸浮物呈現(xiàn)均勻細(xì)小狀態(tài)，并包含溶解有機(jī)物和礦物油。構(gòu)筑物的容積受生物處理接觸消化時(shí)間決定。該煤礦水處理構(gòu)筑物在主曝區(qū)和沉淀池敷設(shè)了300m2的蜂窩斜管，規(guī)格為φ80mm，并在池底對(duì)旋切式曝氣管和微孔曝氣器進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)力輸送，并在出水口設(shè)置不銹鋼溢流堰。

7　水處理構(gòu)筑物運(yùn)行和處理效果

雙向循環(huán)曝氣池沉淀區(qū)的進(jìn)水和曝氣系統(tǒng)具有同步性，主曝區(qū)始終處于曝氣狀態(tài)，并將三條廊道的切換時(shí)間控制在30min，使活性污泥時(shí)刻處于懸浮狀態(tài)，通過(guò)排泥管路對(duì)沉淀區(qū)末端集聚的固體懸浮物和超齡活性污泥排出。在礦井水處理系統(tǒng)中，對(duì)雙向循環(huán)曝氣池進(jìn)行應(yīng)用，其具有穩(wěn)定性，且水質(zhì)均勻。處理之后的水質(zhì)達(dá)到COD≤20mg/L和SS≤10mg/L。

8　結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜成分礦井水處理是煤礦生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的基本訴求。煤礦負(fù)責(zé)人要結(jié)合具體的煤礦發(fā)展背景，應(yīng)用合理的處理工藝，對(duì)煤礦中的復(fù)雜成分礦井水進(jìn)行凈化和處理，降低水中的污染物和有害物質(zhì)含量，并對(duì)其進(jìn)行再次應(yīng)用，將煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的水資源浪費(fèi)降到最低，以構(gòu)建干凈整潔的煤炭生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的最優(yōu)，推進(jìn)我國(guó)煤礦企業(yè)的快速發(fā)展。

［1］殷濤，趙喜慶，等.復(fù)雜成分礦井水處理工藝的研究與應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，2014，（11）:167-169.

［2］何緒文，李福勤.煤礦礦井水處理新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，（11）:17-22+52.