煤礦廢水對環(huán)境的影響及綜合治理研究

林倩倩

（晉中長泰安全科技有限責任公司山西晉中030600）

煤礦廢水對環(huán)境的影響及綜合治理研究

林倩倩

（晉中長泰安全科技有限責任公司山西晉中030600）

煤礦廢水是造成礦區(qū)環(huán)境污染的重要因素，通過分析煤礦廢水主要來源及其對礦區(qū)環(huán)境的影響，針對性地提出了礦井水、洗煤廢水、生活污水、初期雨水相應(yīng)的治理措施，實現(xiàn)了控制煤礦廢水排放量、增加廢水利用率、減少水資源浪費、降低環(huán)境污染的目標。

煤礦廢水；污染影響；治理和回用

煤炭是我國的主體能源和重要工業(yè)原料，煤礦在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中占據(jù)重要地位，近年來，煤炭工業(yè)取得了長足發(fā)展，煤炭產(chǎn)量快速增長，生產(chǎn)力水平大幅提高，為經(jīng)濟社會發(fā)展做出了突出貢獻。隨著煤炭的開發(fā)利用，煤炭開采帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴重，其中廢水排放帶來的污染問題更為突出。因此，了解礦區(qū)水環(huán)境污染狀況，研究行之有效的防治對策，阻止礦區(qū)環(huán)境惡化，具有極其重要的意義。

1　煤礦廢水來源及環(huán)境影響分析

煤礦水污染源主要有煤礦開采過程中滲透的地下礦井水、煤炭洗選過程中產(chǎn)生的大量廢水、煤礦職工日常生活排放的生活污水以及煤礦礦區(qū)初期雨水。

1.1礦井水

煤礦開采過程中，一方面揭露破壞了含水層、隔水層和導(dǎo)水斷層，另一方面引起圍巖巖層移動和地表塌陷，從而產(chǎn)生地下水或地表水向井筒或巷道涌水；在開采埋藏深度較小的煤層時，若煤礦區(qū)地形較低洼，大氣降水也往往是礦井水的主要來源。每個礦井煤層埋藏條件和開采方式不同，礦井的涌水量也差別很大，目前我國礦井正常涌水量約為0.4 m3/t～0.8m3/t，部分礦井正常涌水量達到2.0m3/t，礦井涌水量雖大，但利用率不足40%，礦井水排放量已占全國廢水排放總量的10%。一般礦井水酸堿性基本為中性、無有毒重金屬物質(zhì)，礦井涌水中含有的污染物主要為懸浮物（SS）、化學需氧量（CODcr）[1]。部分煤礦煤層中夾雜有硫鐵礦等金屬礦產(chǎn)，在氧和水存在的條件下，煤層或巖層中的金屬礦被氧化，生成硫酸、亞鐵離子、錳離子等，增加了礦井水酸度，所以特殊埋藏條件下，有些礦井水中鐵、錳等金屬離子也會出現(xiàn)超標現(xiàn)象。礦井水如果未經(jīng)處理直接排入地下水或地表水系統(tǒng)，不僅造成水資源浪費，還對煤礦周邊水系統(tǒng)造成嚴重污染，污染物質(zhì)進入食物鏈后，會危害人體健康[2]。

1.2洗煤廢水

煤炭洗選是利用煤和雜質(zhì)(矸石)的物理、化學性質(zhì)差異，通過分選方法使煤和雜質(zhì)有效分離的一種加工技術(shù)。煤炭洗選可脫除煤中的灰分、全硫，提高煤炭質(zhì)量，但煤炭在洗選過程中需要用大量清水進行分級，又經(jīng)脫水后成為產(chǎn)品煤運出，余下的便是洗煤廢水，根據(jù)洗煤實際經(jīng)驗，煤炭洗選產(chǎn)生的廢水量約為0.24m3/t，除去精煤、矸石、煤泥帶走的水分，洗選過程產(chǎn)生的廢水約占加入清水的91%。截至2013年，我國規(guī)模以上（30×104t/年及以上）的選煤廠就達到了2000多座，原煤入選能力達到23.5×108t。據(jù)預(yù)測，到2017年，我國煤炭消費量在43×108t左右，入選的煤炭總量約為30.1×108t，屆時產(chǎn)生的廢水量約為722×108m3。洗煤廢水污染主要表現(xiàn)在懸浮物質(zhì)、金屬離子超標，洗選過程中使用的藥劑具有副作用，大量的洗煤廢水外排不僅造成了水資源浪費，還會造成水體、土壤惡化，嚴重污染環(huán)境。

1.3生活污水

煤礦生活污水主要指煤礦職工生活過程中產(chǎn)生的廢水，主要來源于礦區(qū)食堂用水、浴室用水、洗衣用水及宿舍用水等。從本質(zhì)上說，煤礦生活污水與城市一般生活污水相同（不包括醫(yī)院廢水），只是地域不同。煤礦生活污水中所含的污染物主要為懸浮物（SS）、化學需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）及病菌微生物等[3]。由于煤礦地理位置遠離城市，不能匯入城市管道進入城市生活污水處理廠進行統(tǒng)一處理，在煤礦自行治理過程中往往缺乏有效的治理手段，在經(jīng)過簡單沉淀過濾之后，便進行外排，甚至在一些礦區(qū)存在生活污水完全不經(jīng)過處理，直接排入溝道的現(xiàn)象，造成周圍地表水和地下水系統(tǒng)的污染，對人畜飲用水系統(tǒng)造成威脅。

1.4初期雨水

煤礦工業(yè)場地原煤在儲存、運輸、轉(zhuǎn)載過程中易產(chǎn)生煤塵，煤塵最終會散落到地面，增大了煤礦工業(yè)場地的污染程度，而部分煤礦采取露天儲煤的方式，污染程度更大。降雨初期，雨水溶解了礦區(qū)污染性氣體，并降落至煤礦作業(yè)地面，由于礦區(qū)地面煤灰、粉塵含量較高，雨水沖刷礦區(qū)地面后，初期雨水中含有大量的污染物質(zhì)，初期雨水污染程度較高，甚至超出普通城市污水的污染程度，直接排入河道，會給水環(huán)境造成一定程度的污染。

2　煤礦廢水的綜合治理

根據(jù)煤礦廢水的來源、污染物的種類及危害分析可知，煤礦廢水來源復(fù)雜，含有的污染物種類也復(fù)雜多樣，若不采取有效手段進行凈化，往往會對礦區(qū)周圍的水環(huán)境及土壤環(huán)境造成危害，甚至還會對人畜健康造成威脅。我國是一個相對缺水的國家，對煤礦開采過程中產(chǎn)生的廢水進行收集和處理是一個相當緊迫的問題，加強煤礦廢水的凈化不僅可以大幅減少水資源的浪費，同時又可以降低煤礦廢水對環(huán)境的污染。

2.1礦井水

為有效提高礦井用水的凈化和利用，我們應(yīng)當選擇合適的礦井水處理系統(tǒng)，目前一般采取在工業(yè)場地建設(shè)礦井水處理站的方式，建議礦井水處理站與敷設(shè)排水、供水管路的井筒距離不要太遠，以方便排水、供水，節(jié)省投資。

礦井水酸堿性基本為中性、無有毒重金屬物質(zhì)，主要是化學需氧量（CODcr）和懸浮物（SS）超標。一般礦井水中均含有一定量的CODcr，主要是由煤粉引起的，由水中還原性碳元素所致。所以，礦井水治理主要是治理SS，隨著SS去除CODcr也能隨之而去除，處理方法一般采用調(diào)節(jié)→混凝→沉淀→過濾→消毒處理工藝[4]。對于酸性礦井水來說，可在上述處理工藝流程中加入中和法工藝，具體是利用石灰石中和酸性礦井水，最終生成不溶于水的Ca的碳酸鹽和中性水，進一步沉淀和過濾后，即可回用或外排；對于鐵、錳、磷等元素含量超標的礦井涌水，在水處理工藝中要增加除鐵、除錳或除磷等處理工藝。根據(jù)現(xiàn)有煤礦礦井水處理經(jīng)驗，礦井水排出地面進入礦井水處理站，經(jīng)混凝、沉淀、過濾、消毒、除鐵、除錳、除磷等工藝處理后，CODcr處理效率達60%、SS處理效率達85%、鐵、錳等金屬離子處理效率達40%，能夠達到井下消防灑水及井下黃泥灌漿等用水標準。為了進一步提高礦井水中污染物的處理效率，在實際水處理工藝中可根據(jù)礦井水回用用途，在以上工藝之后增加活性炭或石英砂深度處理工藝。根據(jù)相關(guān)政策，截止到2020年，在水資源短缺礦區(qū)、一般水資源礦區(qū)、水資源豐富礦區(qū)，礦井水利用率分別不低于95%、80%、75%。礦井水處理工藝流程圖見圖1。

圖1　礦井水處理工藝流程圖

2.2洗煤廢水

為了避免洗煤廢水外排浪費，對其實現(xiàn)閉路循環(huán)具有重要意義，這就要求在煤炭洗選過程中完全做到煤泥全部由脫水機械回收，尾煤濃縮機溢流和煤泥濃縮機溢流水均作為系統(tǒng)的循環(huán)水，實現(xiàn)洗水全部復(fù)用，工業(yè)用水零排放。但在系統(tǒng)實際運行過程中溢流的洗煤廢水濃度有時會較高，如果直接返回到流程中勢必對系統(tǒng)造成一定程度的負面影響，建議在煤炭洗選過程中利用化學藥劑對洗煤廢水中的懸浮物進行固液分離，通過沉淀過濾使水澄清；或者直接選用具有沉降過濾功能的離心機，并進行多段濃縮，通過進一步凈化，提高溢流水的清潔度，這樣做到循環(huán)利用，節(jié)約成本，降低污染[5]。

2.3生活污水

煤礦生活污水處理和排放可按照城市生活污水處理和排放標準進行，同時還可以考慮將處理過的生活污水回用于煤礦工業(yè)場地除塵灑水、綠化灑水及煤炭洗選用水中，盡量做到全部回用，回用不完全的達標外排。

目前適用于煤礦小型生活污水處理工程的處理工藝主要有生物接觸氧化法、厭氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法處理工藝。其中生物接觸氧化法處理工藝又分為一級接觸及多級接觸氧化法；厭氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法又根據(jù)污水中是否需要脫氮或除磷等要求確定，脫氮為主時采用缺氧工藝，除磷為主時采用厭氧工藝。同時為了提高生活污水中污染物的處理效率，在實際水處理工藝中可根據(jù)生活污水原水水質(zhì)情況，在以上工藝之后增加活性炭或石英砂深度處理工藝。生活污水經(jīng)上述工藝流程處理后，污染物處理效率分別能達到：CODcr75%、BOD585%、SS80%，能夠達到相關(guān)標準中對生活污水再生利用的要求。生活污水處理工藝流程圖見圖2。

圖2　生活污水處理工藝流程圖

2.4初期雨水

為防止降雨對場地內(nèi)原煤沖刷，煤礦原煤儲存禁止采取露天儲煤的方式，根據(jù)場地地質(zhì)條件，可采取筒倉或全封閉儲煤庫的方式，既能防止粉塵污染，在降雨天氣，還能夠有效防止降雨對原煤的沖刷。為了進一步減少初期雨水在地面漫流后水中污染物的含量，防止含污染物較高的初期雨水對河流造成污染，最好的處理方法是初期雨水經(jīng)過沉淀后再排入河流。具體措施為在工業(yè)場地內(nèi)原煤儲存區(qū)地勢最低處設(shè)置初期雨水收集沉淀池，初期雨水經(jīng)收集沉淀后回用于工業(yè)場地灑水抑塵或外排，既減少了水資源浪費又降低了污染。

3　結(jié)語

我國水資源地區(qū)分布不平衡，煤礦廢水治理任重而道遠，這不僅是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，更是環(huán)境保護的要求。通過具體分析，提出了治理煤礦廢水的幾種先進措施，為廣泛推廣煤礦廢水治理技術(shù)提供了新的思路。

[1]張偉佳,梁麟.煤礦廢水綜合治理與利用[J].山西建筑，2013，39（16）：128-129.

[2]邵劍,曹志英.煤礦礦區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀及控制對策[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2011,28（10）：126-127.

[3]王慧卿.煤礦環(huán)境污染分析及對策探討[J].能源與節(jié)能,2014,106（7）：99-100.

[4]王二園.煤礦環(huán)境污染與廢水處理技術(shù)分析[J].能源與節(jié)能, 2014,111（12）：106-107.

[5]郭志敏.淮北選煤廠“2+2”模式煤泥水工藝改造研究[D].淮南:安徽理工大學,2015.

林倩倩（1983—），女，山東威海人，2007年畢業(yè)于山東科技大學資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦環(huán)保設(shè)計工作。