礦井廢水處理與綜合利用研究及應用

范秋香 宋新華

（1.肥城礦業(yè)集團有限責任公司，山東肥城271608；2.肥城博愛實業(yè)有限責任公司，山東肥城271608）

0 概述

我國是煤炭產(chǎn)能大國，在煤炭開采過程中涌出的大量巖層水及地表滲水，由于在開采過程中混入了煤粉、巖粉、油類等物質(zhì)，若不經(jīng)處理直接排放，不僅對環(huán)境造成污染，同時也造成水資源的大量浪費，無法實現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

肥城礦區(qū)礦井開采現(xiàn)已進入到深部采區(qū)開采階段，隨著開采深度的增加，礦井受水威脅程度逐漸加重，最大涌水量達到1400m3/h。一方面，外排礦井水影響生態(tài)環(huán)境，還需交納一定數(shù)額的水資源費和排污費，影響了企業(yè)經(jīng)濟效益；另一方面，公司及周邊企業(yè)和居民的生產(chǎn)、生活用水，目前主要是抽取地下水，取水成本達到2元/m3。因此，開發(fā)、處理、利用好礦井水資源，是擺在我們面前的一項緊迫、合理、有效的重要課題。

1 礦井水主要處理技術

國外開展礦井水處理和開發(fā)工作比較早的國家有美國和前蘇聯(lián)。美國主要側(cè)重酸性礦井水和含放射性礦井水的處理，由于其水資源豐富，一般以處理后達標排放為最終目的。前蘇聯(lián)煤炭工業(yè)的規(guī)模、開采技術及水資源狀況與我國相似，他們主要著重礦井水中懸浮物及鹽類的去除，采用的處理工藝與設備與國內(nèi)相似，但自動控制技術要比國內(nèi)先進的多。由于受井下人類活動的影響，含有以煤泥為主的懸浮物是一般礦井水所具有的共性，經(jīng)過近十年的研究，礦井水中懸浮物的凈化處理工藝已逐漸成熟，一些煤礦相繼建成了礦井水凈化站（廠），處理后用作工業(yè)和生活用水。但許多煤礦礦井水的凈化工藝都采用一級混凝沉淀，其工藝和設計參數(shù)沒有針對各礦礦井水的水質(zhì)特征，處理效果不理想。由于地區(qū)不同，地質(zhì)結(jié)構(gòu)和成巖性質(zhì)的不同，礦井水水質(zhì)有很大差異，不能千篇一律采用某一工藝，應根據(jù)實際情況確定處理工藝和規(guī)模，以求處理技術及經(jīng)濟合理，達到效益最優(yōu)化。

我國煤礦礦井水處理技術始于上世紀70年代末，現(xiàn)大多礦井廢水治理工作都只停留在為達標排放而被動治理的階段。然而礦井廢水經(jīng)處理以后再實現(xiàn)合理利用才是當今污水治理發(fā)展的必然趨勢，將防治污染和利用結(jié)合起來，既可緩解水源供需矛盾，又可減輕地表水體受到的污染。

現(xiàn)國內(nèi)使用的處理技術主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。處理后直接排放的礦井水，通常采用沉淀或混凝沉淀的處理技術；處理后作為工業(yè)生產(chǎn)用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術；處理后作為生活用水，過濾后還須再經(jīng)過軟化、除酚及消毒等工藝。本文主要介紹混凝沉淀過濾法處理煤礦礦井水做為工業(yè)生產(chǎn)用水使用。

2 礦井水處理及利用的條件

2.1 礦井廢水的產(chǎn)生及水質(zhì)條件

煤礦礦井水包括：煤炭開采過程中地下地質(zhì)性涌滲水及井下采煤生產(chǎn)過程中灑水、降塵、滅火灌漿、消防及液壓設備產(chǎn)生的含煤塵廢水。

根據(jù)水質(zhì)資料，取礦井正常排水時井口水樣，礦井水均為較干凈的礦井巖層涌水，總體來說水質(zhì)較好，主要污染物以懸浮物為主，其余指標，如COD、氨氮、硬度、石油類等較低；經(jīng)處理后完全可以滿足工業(yè)循環(huán)冷卻水要求，若作為電廠鍋爐用水等高級水質(zhì)使用，除凈化處理外，還必須進行軟化處理，方可分質(zhì)供水，優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。

2.2 礦井水處理要求

根據(jù)礦區(qū)及周邊企業(yè)生產(chǎn)及生活用水要求，礦井水處理廠處理后的再生水，主要回用于礦井采掘用水、洗煤廠洗選用水、廠區(qū)綠化、道路灑水及坑口電廠、鋼廠循環(huán)冷卻水等，水質(zhì)要求達到以下標準：工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范，GB50050-95；《再生水質(zhì)標準 》GB50050-2007。

3 建設規(guī)模及處理工藝

3.1 建設規(guī)模

肥城礦區(qū)查莊礦投資1000余萬元，建設了一座處理能力為30000m3/d的礦井水處理廠，采用絮凝沉淀＋過濾＋消毒工藝，處理后出水水質(zhì)達到《再生水質(zhì)標準》GB50050-2007。

3.2 主要技術：網(wǎng)格混合絮凝池+斜板沉淀池＋普通快濾池＋消毒

其中，混凝單元去除的對象是水中呈膠體和微小懸浮狀態(tài)的有機和無機物，同時混凝技術還可以去除水中的某些溶解性物質(zhì)，如砷、汞等，也能夠有效地去除能夠?qū)е戮徚魉w富營養(yǎng)化的氮、磷等。其基本技術原理就是將與作用機理相適應數(shù)量的混凝劑投入水中，經(jīng)過充分混合、反應，使水中的微小懸浮物和膠體顆?；ハ嘧饔卯a(chǎn)生凝聚效應，成為顆粒較大，而且易于沉淀的絮凝體。

沉淀單元：主要作用是使帶有大量煤粉、巖粉等懸浮物的絮體與礦井水分離，并使污泥得到一定程度的濃縮。

過濾單元：混凝沉淀后的污水為了進一步去除水中的懸浮顆粒有必要進行過濾處理。過濾過程是一個包含多種作用的復雜過程，它不僅對水中的懸浮顆粒有物理截留的作用，而且對其有附著吸附等物理化學作用，因此，混凝沉淀后污水經(jīng)過過濾系統(tǒng)后，能進一步去除水中懸浮顆粒，是保障出水水質(zhì)的一道屏障。

消毒單元：雖然水經(jīng)混凝、沉淀和過濾可以去除大多數(shù)細菌和病毒，但消毒仍必不可少，它對水的細菌學指標起保證作用，是水質(zhì)安全的最終保障。

3.3 工藝流程圖

圖1

4 結(jié)語

煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點的污染源，又是一種寶貴的水資源。目前我國很多煤礦一方面生產(chǎn)生活嚴重缺水，另一方面礦井開采廢水處理后或未經(jīng)處理直接外排，造成了大量水資源的浪費，并且污染環(huán)境，在相當程度上制約了煤炭生產(chǎn)和礦區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，開發(fā)、處理、利用好礦井水資源，不僅具有廣泛的社會效益和環(huán)境效益，而且對于企業(yè)自身和企業(yè)周邊經(jīng)濟的發(fā)展也將起到重要推動作用。