礦井水處理中混凝沉淀過濾技術(shù)的應(yīng)用

劉順國

（富源縣環(huán)境監(jiān)測站云南曲靖655500）

1 概述

就我國能源結(jié)構(gòu)的整體情況來看，煤炭幾乎占據(jù)了7成以上，而在其開采的過程中難免會產(chǎn)生大量的廢水，若得不到妥善處理不僅會對環(huán)境造成污染，而且更是對水資源的浪費(fèi)，不利于可持續(xù)發(fā)展。針對這樣的情況，深入研究煤礦水資源開發(fā)與管理相關(guān)的技術(shù)，對煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 礦井廢水主要處理技術(shù)

曾經(jīng)一度，我國礦井水相關(guān)處理技術(shù)的研究方向基本定向?yàn)榕欧胖卫矸矫?。但就水資源的可回收利用來看，我國目前所擁有的技術(shù)主要有沉淀、混凝沉淀以及混凝沉淀過濾等幾種，前兩種技術(shù)主要是對直接排放的礦井水進(jìn)行處理，而后一種技術(shù)則主要處理生產(chǎn)用水與其他用水。本文主要介紹混凝沉淀過濾法處理礦井水。

3 礦井水處理回用的條件

3.1 礦井水的產(chǎn)生及特點(diǎn)

煤礦礦井水包括有幾種：在煤礦的開采過程中所產(chǎn)生的地質(zhì)滲涌水、自然地下水以及在各種生產(chǎn)活動中因必需的灑水降塵或者是消防等行為所產(chǎn)生的煤塵廢水。這樣一來，這些礦井水的特性在很大程度上是由具體的煤礦地質(zhì)環(huán)境與其所具備的礦物化學(xué)組分來確定的。在對四角地煤礦井的水質(zhì)進(jìn)行研究時，我們選擇了正常排水經(jīng)處理前后的水樣進(jìn)行分析，其結(jié)果詳見表1。

四角地煤礦礦井水污染物監(jiān)測結(jié)果表

通過上表可以看出，該煤礦礦井水處理前主要是懸浮物、化學(xué)需氧量超標(biāo)。

3.2 礦井水回用途徑

礦井水在經(jīng)過處理后，既可用于再生產(chǎn)，也可直接作為生活用水，其中生產(chǎn)用水主要作用為降塵、消防等，而生活用水則包括洗浴、沖廁等，同時經(jīng)一定精加工后也是能被飲用的。針對以上各種用水其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）防塵用的灑水：參考《煤礦工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》；其中SS不超過150mg/L，粒徑應(yīng)小于0.3mm，pH6~9，大腸桿菌應(yīng)不超過3個/L；

（2）煤礦洗浴用水：參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)；

（3）中水水質(zhì)：參考《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

（4）飲用水：參考《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4 處理工藝

在設(shè)計(jì)四角地煤礦礦井水相關(guān)處理能力時，根據(jù)水量將其定位為800~10003/d的水平，在經(jīng)處理后可將其一部分作為生產(chǎn)與生活用水，其具體處理工藝當(dāng)中包括了混凝反應(yīng)、過濾以及消毒等幾個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

礦井水首先從井下自流進(jìn)到曝氣池進(jìn)行氣浮除油，接著再進(jìn)入到斜板沉淀池以初步沉淀，初步沉淀后被泵入到混凝沉淀設(shè)備并添加混凝劑，通過斜管再次沉淀，待絮狀物沉淀到底部后則可將其去除，而上清液則流入砂濾池，砂濾池出水至清水池，在清水池采用二氧化氯進(jìn)行徹底消毒殺菌。而砂濾池的反沖洗水則自流到污泥池，上清液自流進(jìn)入曝氣池，以提高礦井水資源的利用率。出水若用作生活用水，則砂濾池出水進(jìn)入活性炭吸附裝置處理后流入清水池用作生活用水。

5 主要處理單元

5.1 預(yù)沉池曝氣

礦井水中均含有一定量的有機(jī)物質(zhì)，它們可通過在曝氣池接觸氧化劑后被有效去除掉。同時，井下諸如液壓支柱等相關(guān)設(shè)備所產(chǎn)生的少量油類物質(zhì)，可通過氣浮除油去除，進(jìn)而使廢水中的油類含量不會超標(biāo)。

5.2 混凝沉淀

懸浮物為礦井水最主要的污染物質(zhì)之一，其去除方法則主要是利用混凝沉淀，其中混凝劑的主要成分包括了鋁鹽和鐵鹽兩種，并采用了管道混合方式進(jìn)行混合。經(jīng)充分反應(yīng)后的廢水在流出反應(yīng)區(qū)后變成混凝狀，然后由布水區(qū)進(jìn)到填充有PVC六角蜂窩狀材料的斜管，在經(jīng)過多層格的淺層沉淀后，其沉淀效率可被顯著提升。

5.3 砂濾凈化

被混凝沉淀后的礦井水中還包含有一些粒徑較小的懸浮顆粒與膠體，而在砂濾設(shè)備的作用下，這些顆粒與膠體可被截留于濾料的表面或是內(nèi)部空隙，這是一個混凝沉淀裝置的后處理過程，同時也等同為一個活性炭深層吸附處理前的預(yù)處理過程。砂濾池是一種無閥的重力式濾池，濾池的濾料可分為多層，材料主要為石英砂。另外，其反沖洗過程是通過虹吸原理來實(shí)現(xiàn)的，因此其操作是比較簡單的，不需要專門的人工管理。

5.4 消毒

本研究所采用的工藝中采用了以鹽酸與氯酸鈉反應(yīng)生成二氧化氯的方式進(jìn)行殺菌消毒，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)本方法的消毒能力幾乎比氯的5倍還高。

6 處理工藝特點(diǎn)

6.1 四角地煤礦礦井水的處理工藝及具體參數(shù)是通過其自身水質(zhì)的特點(diǎn)來確定的，并通過一次提升混凝沉淀以及各后續(xù)自流環(huán)節(jié)的處理后，可獲得更穩(wěn)定可靠的水質(zhì)，且此過程不會因動力設(shè)備過多而消耗大量能量。

6.2 在本工藝中不僅將混凝沉淀與砂濾技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，而且其相關(guān)構(gòu)件多采用了鋼結(jié)構(gòu)的組合方式，在縮小占地面積的同時也能減少功能投資和延長設(shè)施使用壽命，操作工藝簡單方便，不會產(chǎn)生過高的運(yùn)行成本。

6.3 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動加藥和反沖的全程監(jiān)控作業(yè)，這些監(jiān)控系統(tǒng)包括電控系統(tǒng)、上位監(jiān)控系統(tǒng)以及儀表檢測系統(tǒng)等。

7 設(shè)備安裝運(yùn)行調(diào)試中的問題

7.1 安裝環(huán)境

本系統(tǒng)的設(shè)備均安裝于地面的建筑物內(nèi)部，這樣可更有利于操作與管理控制，如果設(shè)備位于地下，則日常觀察與檢修均存在諸多不便，同時對相關(guān)的配套設(shè)施也會有更高的要求，因此在無特殊要求的情況下，均安裝于地面。

7.2 運(yùn)行中應(yīng)注意的問題

多形態(tài)的水解聚合物是混凝劑發(fā)揮混凝作用的關(guān)鍵，隨著水解進(jìn)程的推進(jìn)，當(dāng)H+不斷產(chǎn)生后勢必會導(dǎo)致酸堿度的下降，當(dāng)酸堿度下降到一定程度或是投加了較多的混凝劑后，會對混凝效果造成影響。在這樣的情況下，可投加一定的石灰或重碳酸鈉以維持水質(zhì)保持中性。另外，水溫也是對混凝效果可產(chǎn)生明顯影響的因素，通常情況下，應(yīng)將水溫控制在5℃以上的范圍以保證水解速率。

8 效益分析

8.1 環(huán)境效益分析

礦井水在經(jīng)處理后既可用于降塵消防，同時也可用作生活雜用，在很大程度上節(jié)約了水資源。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目削減的污染物排放量為化學(xué)需氧量179.6t/a、懸浮物206.4t/a，水體總污染量的下降可最終獲得更高的環(huán)境效益。

8.2 社會效益分析

當(dāng)?shù)V井水在經(jīng)處理并應(yīng)用于生產(chǎn)與生活多個方面之后，可在很大程度上減少天然地下水的開采量，進(jìn)而可更好維持礦區(qū)地表地下水的最佳平衡狀態(tài)，同時，礦井水在回收利用后可在很大程度上緩解礦區(qū)日益緊張的用水矛盾局面，進(jìn)而確保生產(chǎn)正?；_保企業(yè)的綜合效益和更好的社會效益。

8.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

在應(yīng)用本技術(shù)之前，該煤礦單位年處理回用礦井水費(fèi)用122600元，水處理成本0.61元/m3。經(jīng)調(diào)查，四角地煤礦年產(chǎn)生礦井水約20萬m3。礦井水通過處理后，每年可收集得污泥約250噸，污泥可全部作燃料銷售。

經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

經(jīng)濟(jì)效益＝免抽取地下水費(fèi)用+污泥銷售收入－處理礦井水費(fèi)用

9 結(jié)語

礦井水雖然是一種帶有較重行業(yè)特征的污染性水源，但如果給予一定科學(xué)處理后仍能成為一種比較寶貴的水資源。我們將煤礦礦井水進(jìn)行一定處理后同時應(yīng)用到工業(yè)與生活，不僅能較好緩解礦區(qū)缺水的困難局面，而且更是節(jié)約地下水資源的理想途徑，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益俱佳。四角地煤礦礦井水處理技術(shù)經(jīng)工藝及效益分析，其處理技術(shù)在全縣有推廣前景。