談煤礦廢水污染的綜合治理

牛瑞芳

（神東煤炭集團(tuán)環(huán)保管理處，陜西 神木 017209）

水資源的缺乏和水污染日益嚴(yán)重，這不僅是一個世界問題，同時(shí)，也是我國目前需要面臨和急需解決的比較嚴(yán)峻的問題。我國的人均水占有量僅是世界平均水平的四分之一。而且煤礦的開采，能源的開發(fā)，同時(shí)又給水資源帶來了無窮的隱患。煤礦工業(yè)需要順利的發(fā)展，同時(shí)解決好煤礦產(chǎn)生能源的同時(shí)又產(chǎn)生大量的污染，的確是一項(xiàng)重要的課題?；仡欀袊哪茉唇Y(jié)構(gòu)，煤炭產(chǎn)業(yè)仍占整個結(jié)構(gòu)的70%以上。而煤炭在開采的過種中所排放的大量的廢水，廢氣，就目前的情況講，大多數(shù)煤碳企業(yè)仍沒有技術(shù)能力或技術(shù)設(shè)施對排出的廢水進(jìn)行有效的處理，而是直接的排放。不僅對周圍的環(huán)境，同時(shí)對礦區(qū)附近的水環(huán)境都造成了嚴(yán)重浸染。調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國煤礦平均每采一噸煤需排放水量為 2.0-2.5 噸。2003年全國產(chǎn)煤 16.67億噸，實(shí)際排放水量就得達(dá)到34-42億噸，大約占全國工業(yè)廢水排放的15%以上。“產(chǎn)煤致渴”已經(jīng)成為我國水資源要面臨的嚴(yán)峻問題。

1 分析煤礦廢水的來源及產(chǎn)業(yè)的危害

礦井水主要來源由伴隨礦井開采而產(chǎn)生的地表滲透水、巖石孔隙水、礦坑水、地下含水層的疏放水、以及井下生產(chǎn)中防塵、灌漿、充填和洗煤廠污水。通常情況下，礦井水的酸堿度值在7到8之間，屬于弱堿性水。對于含硫的礦井水，其中二氧化硫一般含量會很多，所以屬酸性水。在含有硫成份的礦井中，由于礦石或周圍的巖石以及含硫的煤層中含有硫化物的礦物質(zhì)。這些礦物質(zhì)經(jīng)過氧化、分解同時(shí)溶解于礦井水中，所以形成酸性水。特別是在在開采巷道中，在大量的滲入地下水和通風(fēng)條件良好的情況下，為硫化礦物質(zhì)的氧化、分解提供了特別有利的氧化環(huán)境。地下開采，特別是水力采煤和水沙充填采煤法排放的污水更是不能忽視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果不考慮這些廢水利用，每產(chǎn)1噸礦石，廢水排放量為1立方米左右；生產(chǎn)1噸原煤大概要從井下排出廢水0.5～10立方米，最高的情況下可以達(dá)到60立方米。特別值得一提的事，在一部分煤礦已經(jīng)關(guān)閉后，同時(shí)還會存在大量的廢水繼續(xù)污染礦區(qū)的環(huán)境。

煤礦的水污染大概可分為礦物質(zhì)污染，有機(jī)物質(zhì)污染以及細(xì)菌產(chǎn)生的污染這幾類。在一部分礦區(qū)還存在放射性染污和熱污染。礦物質(zhì)污染分為砂塵、泥土、礦物質(zhì)雜質(zhì)、粉塵、被溶解的鹽、酸性和堿性污染等等；有機(jī)物質(zhì)污染分為煤炭的顆粒、油污、生物生命的代謝產(chǎn)物、木材還有其他物質(zhì)等被氧化后的產(chǎn)物；細(xì)菌污染主要來源于在開發(fā)，采運(yùn)中過程中的巖石粉末、煤粉末等的污染，使水出現(xiàn)灰色及黑色，渾濁以及水面上懸浮著的油污，同時(shí)散發(fā)出微量腥臭及活體生物腐爛的味道。對水質(zhì)進(jìn)行分析和檢驗(yàn)的結(jié)果表明：采礦過程中，化學(xué)損耗氧量越大、細(xì)菌及大腸桿菌含量越大，對排放的水的污染就越大。如果對排放水的污染視而不見，任其外排。對環(huán)境的污染是無法估計(jì)的。

山西省是我國產(chǎn)煤的大省，以山西省為例，本文作者通過查找資料，列舉如下數(shù)據(jù)，山西省因煤礦的開采對相應(yīng)的水資源已達(dá)方圓20352平方公里的破壞，占山西省總土地面積的百分之十三左右。本省部分農(nóng)村用水及特征畜吃水依靠的是煤系裂隙水，而煤礦的開采已經(jīng)嚴(yán)重破壞了該層段的含水層。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，山省由于煤礦采煤排出的廢水已經(jīng)引起礦區(qū)水位的下降，導(dǎo)致地下泉水流量的下降，甚至有的已經(jīng)斷流，使將近幾百萬百姓及幾十萬牲畜的飲水的安全及飲水量都都產(chǎn)生了危急。所以煤礦的廢水污染問題真是該到提到日程上的時(shí)候了。

2 采礦廢水的共同特點(diǎn)以及廢水中主要污染物分析

2.1 煤礦排出廢水的共同特點(diǎn)

煤礦排出廢水的水質(zhì)一般情況下與城市排污的水質(zhì)基本相同，但也有不同之處。煤礦的廢水來源于礦井的涌出水、煤場和矸石場淋溶廢水等。從酸堿度的角度分為酸性的礦井及以非酸性的礦井水兩大類；選礦時(shí)排出的廢水或洗煤過程排出的廢水，除了含有大量懸浮的礦物質(zhì)粉開以及金屬離子之外，可能還含有許多浮選劑。在懸浮的顆粒物中含量每升可達(dá)幾萬甚至十幾萬毫克。洗煤產(chǎn)生的廢水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合而成的一種多項(xiàng)目體系。洗煤產(chǎn)生的廢水中含有煤泥顆粒(粗煤泥顆粒05-1毫米，細(xì)煤泥顆粒0-5毫米)，粘土顆粒以及礦物質(zhì)等。洗煤產(chǎn)生的廢水一般含有SS、BOD5濃度比較高。由此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質(zhì)，還常常帶有膠粘性；細(xì)煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不容易沉淀，即使是同——礦井，對于不同的煤層，廢水的性質(zhì)也不盡相同，有時(shí)甚至有很大的差別。這些性質(zhì)決定了這類廢水的污染之嚴(yán)重、處理的難度增大的特點(diǎn)。

2.2 采煤排出廢水的主要污染成份分析

我們所說的染污是指一種物質(zhì)流入水里后是否引起水里成份的嚴(yán)重改變，而且這種改變是能引起水的性質(zhì)的改變。下面就煤礦排出廢水的成份中污染物進(jìn)行分析：

2.2.1 有機(jī)物污染

由于煤礦廢水池的水的流動性慢，特別容易池中植物腐爛，這些植物的腐爛就會使大量的有機(jī)成分排入水中。另外，分析實(shí)驗(yàn)室及洗煤廠排出的大量的廢水中同樣也含有酚、甲酚以其他酚類的有機(jī)物。這種有機(jī)物對水的污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。

2.2.2 采煤機(jī)械流出的油類的污染

油污染是煤礦中特別普遍的一種污染，含油的廢水形成油膜，可以改變土壤的結(jié)構(gòu)，破壞土質(zhì)，同時(shí)會使農(nóng)作物枯萎甚至死亡。

2.2.3 酸堿性污染

酸堿性污染是水污染中極其普遍的現(xiàn)象，酸堿廢水排入水體后，使水體酸堿值發(fā)生了變化，抑制細(xì)菌和微生物的生長。同時(shí)妨礙水體進(jìn)行自凈，也可以腐蝕水里的船舶和水下建筑。破壞正常的生態(tài)環(huán)境。

3 煤礦污水的控制及其處理

我國對于煤礦污水的控制及重要始于上個世紀(jì)七十年代，但大多數(shù)煤礦對于污染的控制還只是停留在為排放而治理的情況下，實(shí)質(zhì)上對于污水的回用才是治理的最終目標(biāo)及趨勢。對于污水的防治和回水再用相結(jié)合，既可以解決我國水資源緊缺的問題，同時(shí)又可以減少地表水的污染問題。許多大型煤礦正努力向這個目標(biāo)努力，努力達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，向國際化邁進(jìn)。

3.1 煤礦廢水污染控制

為了解決煤礦廢水造成的危害，必須采取各種措施和方法，嚴(yán)格控制廢水排放，減少廢水對周圍煤礦水資源破壞。

污染防治具體措施：

3.1.1 超前開采利用疏干水。在煤礦開采前或開采過程中，對即將被疏干或破壞的含水層，選擇合適的疏干方式，統(tǒng)籌安排，充分利用或儲存疏干水，既能滿足煤炭開采的需要，又可解決供水水源的問題。

3.1.2 建立反滲透帷幕。在開采地段周圍設(shè)置一道封閉的反滲透圍墻，用于防止地下水流入礦坑或井巷，保護(hù)地下水不枯竭、不被污染，使地下水仍保持或接近天然狀態(tài)。

3.1.3 填堵導(dǎo)水通道。對塌陷的地質(zhì)構(gòu)造形成的含水層及井巷導(dǎo)水通道，采用回填、注漿等方法封堵。對滲漏嚴(yán)重的河床采取河流改道、修整河底的方法，即可減少礦井涌水又可保持水資源。

一水多用即循環(huán)用水法。所使用的循環(huán)供水系統(tǒng)即將廢水在生產(chǎn)范圍內(nèi)多次并重復(fù)的利用，不僅能減少排放量減輕對環(huán)境的污染，同時(shí)又減少了新水的撲入，大量的節(jié)約水資源。要積極開展水采礦井煤泥水處理技術(shù)的研究，使水采煤泥和洗煤廠煤泥經(jīng)浮選后全部廠內(nèi)回收。使井下采煤與洗煤廠有機(jī)結(jié)合成一體，一是可回收大量的精煤；二是保證洗煤廠洗煤用水的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)，既可節(jié)約用水，又可節(jié)約清水；三是減少了污水的外排，保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)還能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

井下污水處理。目前推廣的經(jīng)濟(jì)型水泵工藝或區(qū)域化水泵工藝所采用的煤泥水處理系統(tǒng)都是按閉路循環(huán)設(shè)計(jì)的。在井下中央硐室采用斜管沉淀倉對采區(qū)分級脫水后的煤泥水進(jìn)一步凈化處理，大部分煤泥水凈化后在井下供采掘循環(huán)使用。只有少部分經(jīng)過濃縮后的高濃度煤泥水用小流量高揚(yáng)程煤泥泵排至地面入洗煤廠或脫水廠處理。對于小型煤礦，地面無洗煤廠，就把所產(chǎn)生的煤泥水都在井下中央硐室處理，中央硐室采用濃縮旋流器和高頻振動篩對煤泥水進(jìn)一步處理，可以做到煤泥水不升井。在大中型礦井中工作的轉(zhuǎn)載機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等使用的液壓油、齒輪油以及液壓支架使用的乳化液。由于管理不善產(chǎn)生泄露，隨礦井水排至地面污染環(huán)境。應(yīng)采取如下措施：一是要加強(qiáng)對設(shè)備的管理；二是要完善各類用油設(shè)備的密封性能，防止漏油；三是研究開發(fā)水介質(zhì)單體液壓支柱，不使用乳化液。對于井下防滅火的灌漿和水砂充填處理采空區(qū)的充填污水，可在井底硐室處理后循環(huán)使用。

4 煤礦廢水處理主要工藝

傳統(tǒng)方法對污水進(jìn)行處理主要采取石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、過濾和氣等方法。根據(jù)污水中，具體的污染的成份的不同采取的方法也各有差異。傳統(tǒng)方法處理存在著工藝較復(fù)雜、凈水后利用率較低、使用的化學(xué)物品相對消耗量增大等弊端，由于沒有辦法徹底去除生物絮體以及膠體等物質(zhì)，致使清洗必須頻繁，從而影響出水的水質(zhì)。

4.1 對于酸性水的凈化及處理工藝

在酸性水中加入堿性緩蝕劑進(jìn)行中和，把酸性水中有有益的成分如金屬離子進(jìn)行回收，從而改變水的性質(zhì)。對于沒有回收價(jià)值的酸性水。目前國內(nèi)的大多數(shù)煤礦基本都采取中和法，用石灰或石灰廠做為中和劑加以中和。通常有三種工藝：一是直接投加石灰法，將石灰配制成石灰乳，投入反應(yīng)溝，流入反應(yīng)池，對水中的Fe2+，要進(jìn)行曝氣氧化，中和生成物CaSO4。和Fe(OH)2，在沉淀池中沉淀后除去；一是石灰石中和滾筒法，將石灰石置于滾筒內(nèi)，由于滾筒的旋轉(zhuǎn)，石灰石相互撞擊摩擦，破壞其表面生成的難溶性CaSO2。膜，擴(kuò)大酸性水與石灰石的接觸面，使中和反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下去，生成的CO：以及水中原有的Fe2+要以曝氣池曝氣，促使CO：從水中溢出，使Fe2+離子氧化成Fe3+離子，后者水解后生成沉淀除去；三是升流式變?yōu)V速膨脹中和法，將細(xì)顆粒石灰石或白云石裝入圓錐體形的中和塔，水流自下而上通過濾料，濾速下部快上部慢，中和反應(yīng)得以充分進(jìn)行，出水含有CO：經(jīng)曝氣裝置吹脫后，pH值升高時(shí)，F(xiàn)e2+離子也被氧化為Fe3+離子去除。

4.2 含有毒有害元素或放射性元素礦井水的凈化處理。首先去除懸浮物，然后對其中不符合標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的污染物進(jìn)行處理，對含氟水，可用活性氧化鋁吸附除去氟，也可用電滲析法除鹽的同時(shí)除氟。含鐵、錳水，通常采用混凝、沉淀、吸附、離子交換和膜技術(shù)等處理方法。實(shí)際礦井水大多數(shù)為復(fù)合型水，在設(shè)計(jì)水處理工藝時(shí)必須查清水質(zhì)和水量，然后考慮水處理單元操作的取舍和優(yōu)化組合。通常礦井水都含有或多或少的懸浮物，因此含懸浮物的處理工藝對于任何類型中對地下水資源的保護(hù)措施，留設(shè)足夠有效的防水的礦井水都是處理前的第一步驟。

4.3 上世紀(jì)90年代以來污水生物處理新工藝、新技術(shù)的研究開發(fā)應(yīng)用取得了很大成就，許多新工藝應(yīng)運(yùn)而生，這些新工藝的共同特點(diǎn)是：高效、穩(wěn)定、節(jié)能，并具有脫氮除瞵等多功能。較典型的工藝有：

4.3.1 A2/O 工藝

該工藝是厭氧，缺氧，好氧生物脫氨除磷工藝的簡稱，是70年代由美國專家在厭氧一好氧除磷工藝(A／O)的基礎(chǔ)上開發(fā)的。

4.3.2 SBR工藝（序列間歇式活性污泥法)是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活l哇=污泥法

4.3.3 BAF工藝(曝氣生物濾池工藝)

是90年代初開發(fā)的新型微生物附著型污水處理技術(shù)，能同時(shí)完成生物處理與固液分離，通過調(diào)整濾池結(jié)構(gòu)形式而成為具有脫氮除磷功能的組合工藝。BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統(tǒng)活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

具有較高的生物濃度和較高的有機(jī)負(fù)荷；工藝簡單、出水水質(zhì)好；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。由于整個濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷的變化不象傳統(tǒng)活性污泥那么敏感，同時(shí)無污泥膨脹問題；氧的傳輸效率高；易掛膜、啟動快；菌群結(jié)構(gòu)合理；自動化程度高；脫氛效果好。

4.3.4 連續(xù)膜過濾技術(shù)

CMF技術(shù)的核心是高抗污染膜以及與之相配合的膜清洗技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對膜的不停機(jī)在線清洗清洗，從而做到對料液不間斷連續(xù)處理，保證設(shè)備的連續(xù)高效運(yùn)行。

CMF目前主要用于大型城市污水處理廠二沉池生水的深度處理回用，海水淡化或大型反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理。地表水地下水凈化、飲料澄清除濁等。

4.3.5 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器是膜分離技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合的新工藝。用在污水廢水處理領(lǐng)域，利用膜件進(jìn)行固液分離，截留的污泥或雜質(zhì)回流至(或保留)在生物反應(yīng)器中，處理的清水透過膜排水，構(gòu)成了污水處理的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)，膜組件的作用相當(dāng)于傳統(tǒng)污水生物處理系統(tǒng)中的二沉。MBR MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纖維膜，目前主要以中空纖維膜為主。

4.3.6 反滲透技術(shù)

反滲透技術(shù)始于二十世紀(jì)六十年代，是一種以壓力為驅(qū)動力的膜分享技術(shù)。這種技術(shù)是一種從海水、苦成水進(jìn)行淡化而發(fā)展起來的。也叫化淡化技術(shù)。本技術(shù)具有無相變、組件化、流程簡單、操作方便、占地面積小、投資小、能耗低等特別。所以發(fā)展非?？臁?yīng)用也非常廣。

建設(shè)文明礦區(qū)，共同維護(hù)我們的綠色家園，是每一個企業(yè)及每一個個人都必須從我做起的目標(biāo)。我們不能為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大力開發(fā)的同時(shí)，給后人留下大量的隱患。在科技發(fā)達(dá)的今天。我們務(wù)必將工業(yè)的發(fā)展及綠色環(huán)保齊頭并進(jìn)。

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