煤礦污水處理工藝方案設(shè)計與應(yīng)用研究

任林霞

（忻州市生態(tài)環(huán)境局信訪應(yīng)急宣教中心，山西 忻州 034000）

引言

煤炭資源的需求不斷提高，煤炭掘進(jìn)工作量不斷增加，水資源的消耗逐年加大。目前煤炭企業(yè)面臨的一個嚴(yán)重問題是水資源缺乏，不僅限制了煤炭企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的正常開展，還會影響煤炭掘進(jìn)的產(chǎn)能和效率，現(xiàn)已引起高度重視。煤炭掘進(jìn)過程中存在大量的礦井水，相關(guān)統(tǒng)計顯示，近些年的煤礦廢水排放已經(jīng)接近50 億m3，其中回收處理利用的部分微乎其微，僅僅占到總量的30%左右。大量的礦井水直接排放，對礦區(qū)周圍的環(huán)境造成污染和生態(tài)破壞的同時，還是對水資源的極大浪費，已成為各界關(guān)注焦點。針對某煤炭企業(yè)礦井污水處理現(xiàn)狀，開展處理工藝方案設(shè)計與應(yīng)用研究，對于治理礦井周圍環(huán)境和提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 礦井水的危害

煤炭掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的大量礦井水未經(jīng)處理直接排放對周圍環(huán)境會造成極大的威脅，同時，也會浪費大量的水資源，必須引起高度重視。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一是機械作業(yè)過程中不可避免的出現(xiàn)油污泄漏，會隨著礦井水排放入河流湖泊中，會降低水體中的含氧量，久而久之就會導(dǎo)致水生生物窒息死亡；第二是礦井水的酸堿性與地下水存在差異，直接排放會改變地下水的pH 值，會抑制水生生物的生長和繁衍，也會威脅人們飲用水的安全；第三是礦井水中的重金屬含量較高，直接排放會污染地下水，威脅煤礦周圍生活居住人們的健康，若重金屬攝入含量過高，甚至?xí)l(fā)癌變危及人們的生命。礦井水未經(jīng)處理直接排放，危害巨大，有必要開展礦井水處理工藝研究工作。

2 污水處理能力與水質(zhì)指標(biāo)

結(jié)合煤炭企業(yè)當(dāng)前礦井水產(chǎn)生的總量，確定污水處理工藝方案的處理能力要不低于處理水量1 200 m3/d，即50 m3/h。測試煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的礦井水質(zhì)情況如下：COD 值為150 mg/L，SS 質(zhì)量濃度數(shù)值為230 mg/L，pH 值為6.85。此處污水處理工藝之后的水為兩部分，其中一部分輸送至煤炭井下進(jìn)行再利用，用于井下設(shè)備的冷卻和消防灑水等，另一部直接進(jìn)行排放，水質(zhì)要求相對較高一些。井下再利用的出水水質(zhì)執(zhí)行《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》（GB 50215—2005），其中要求：SS 質(zhì)量濃度不大于30mg/L，pH 值為6.5～8.5，不含有大腸桿菌；剩余直接排放的水質(zhì)執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426—2006）要求：SS 質(zhì)量濃度不大于50 mg/L，pH 值為6～9，COD 值不大于50 mg/L，石油類質(zhì)量濃度不大于5 mg/L。

3 污水處理方案確定

3.1 工藝方案

根據(jù)煤礦井下污水產(chǎn)生的總量情況及出水水質(zhì)的要求，確定了此處選擇常規(guī)物理化學(xué)方法，即以混凝、沉淀為主體的處理工藝。處理之后的水質(zhì)執(zhí)行《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426—2006）要求，為了滿足井下灑水水質(zhì)的要求，在沉淀池出水口設(shè)置了過濾環(huán)節(jié)，最終確定的污水處理工藝，如第279頁圖1 所示。

圖1 礦井水處理工藝方案

3.2 預(yù)處理單元

此處排除的礦井水內(nèi)含有較多的可沉降固體顆粒，如砂粒、煤粒等，直接進(jìn)行污水處理會增加水泵等處理設(shè)備的磨損，不利于相關(guān)設(shè)備的長期穩(wěn)定運行，因此進(jìn)行污水處理之前需要進(jìn)行預(yù)處理，將上述雜質(zhì)降低至50%左右。污水處理工藝將調(diào)節(jié)池和沉淀池設(shè)置為一個，采用預(yù)沉調(diào)節(jié)池模式，具有污水沉淀和水流調(diào)節(jié)功能。

3.3 混凝沉淀處理單元

煤礦排出廢水中存在粒徑不大于25 μm 懸浮物占了80%左右，質(zhì)量甚微，在水分子熱運動作用下進(jìn)行布朗運動。自然沉降作用除掉SS 較為困難，需要添加混凝劑，促使其團(tuán)聚形成較大顆粒下沉，之后進(jìn)行固液分離。結(jié)合污水處理實際情況，選擇混凝劑的混合方法為水力混合，使用的是管道混合器，混合效率能夠達(dá)到92%左右，混凝池選擇三段式折板反應(yīng)池，具有絮體漸增而不碎的效果。混凝劑選用目前使用較為廣泛的聚合氯化鋁，具有投放簡單、凝聚效果明顯的優(yōu)勢，適合礦井廢水處理使用。混凝反應(yīng)完成，泥水混合物需要進(jìn)行沉淀分離，分離出的水流入中間水池，污泥流入濃縮池，沉淀反應(yīng)選擇斜管沉淀池完成。

3.4 過濾處理單元

過濾處理是指采用石英砂、無煙煤等顆粒狀濾料層濾除水中的懸浮物，凈化水質(zhì)，增加過濾環(huán)節(jié)能夠提高水中SS、細(xì)菌等去除效果，還能夠濾除水中的膠體、有機物等。與此同時，SS 其他干擾物含量的降低，也會節(jié)省消毒劑的用量，達(dá)到很好的消毒效果。過濾池選擇無閥濾池，其工作時出水水位保持不變，進(jìn)水水位與進(jìn)水水頭損失量成正比。當(dāng)水位上升至虹吸管管頂位置的時候，就會形成虹吸效應(yīng)，開始自動反沖洗。一旦水箱水位下降至虹吸破壞斗之下，反沖洗結(jié)束。該種處理方法不需要外加動力，由過濾器自行控制。

3.5 消毒處理單元

礦井污水中含有大量的細(xì)菌等微生物，經(jīng)過上述的混凝、沉淀和過濾之后依然會有一定量的殘留，設(shè)置消毒處理單元的目標(biāo)是除去危害人類生活安全的病原微生物，防止出現(xiàn)污染生活用水的情況。常用的水消毒方法涉及物理方法和化學(xué)方法，前者包括紫外線法、超聲波法等，后者包括臭氧、氯化物等。結(jié)合礦井污水水質(zhì)情況，確定選擇的消毒劑為二氧化氯，其具有較強的氧化性，殺菌能力強，能夠在較少的消毒劑投入量，就能達(dá)到很好的消毒效果，目前已經(jīng)成為世界公認(rèn)的無毒、安全、高效的殺毒劑，在水處理消毒過程中應(yīng)用較為廣泛。

3.6 污泥處理單元

礦井污水中存在較多的煤炭微粒，經(jīng)過處理之后形成污泥，污泥直接排放必將導(dǎo)致環(huán)境的二次污染，必須進(jìn)行妥善處理。設(shè)置污泥處理單元的主要目的是降低污泥體積，使其結(jié)塊便于運輸和處置。結(jié)合礦井污水處理工藝的要求，確定的污泥處理工藝，如圖2 所示。

圖2 污泥處理工藝

4 應(yīng)用效果評價

為了驗證礦井污水處理工藝方案的可行性，基于某煤礦污水排出現(xiàn)狀搭建了污水處理設(shè)施，開展了污水處理試驗工作，結(jié)果表明，新設(shè)計的煤礦污水處理工藝方案較為先進(jìn)，實現(xiàn)了污水可靠處理的效果。統(tǒng)計結(jié)果顯示，該污水處理工藝下排出的水質(zhì)參數(shù)如下：SS 質(zhì)量濃度為43 mg/L，pH 值為7.6，COD值為46 mg/L，石油類質(zhì)量濃度3.9 mg/L。上述水質(zhì)指標(biāo)均能夠滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426—2006）要求，可以重復(fù)利用和排放，避免了水資源的浪費，保護(hù)了礦井周圍的環(huán)境，應(yīng)用效果很好。

5 結(jié)論

煤炭生產(chǎn)作業(yè)過程中不可避免的產(chǎn)生大量污水，不加處置的任意排放不僅會危害礦井周圍的環(huán)境和人類的飲用水，還會造成大量的水資源浪費，必須引起高度重視。針對某煤炭企業(yè)礦井污水處理現(xiàn)狀，開展了處理工藝方案設(shè)計與應(yīng)用研究，結(jié)果表明，該污水處理工藝方案能夠穩(wěn)定可靠完成污水處理功能。統(tǒng)計結(jié)果顯示，處理之后的污水參數(shù)如下：SS質(zhì)量濃度數(shù)值為43 mg/L，pH 值為7.6，COD 值為46 mg/L，石油類質(zhì)量濃度3.9 mg/L，滿足《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 20426—2006）要求，節(jié)約了水資源，保護(hù)了周圍環(huán)境。