煤礦礦井水處理現(xiàn)狀與改進(jìn)策略研究

李向楠

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們都對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)給予廣泛關(guān)注，政府提出的新發(fā)展、新理念，從理論與政策方面為加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)提供支撐。煤礦多分布在我國(guó)中西部地區(qū)，而這些地區(qū)水資源比較缺乏，屬于干旱和半干旱區(qū)域，生態(tài)比較脆弱。由于缺少水資源，地表生態(tài)環(huán)境比較惡劣，尋找水源比較困難、水資源配置與綜合利用難度較大，這是礦區(qū)建設(shè)中難以回避的問(wèn)題。

煤炭開(kāi)采期間，部分地表水、開(kāi)拓巷道附近和采煤層的地下水通過(guò)巖層裂隙，滲入巷道中，從而形成礦井水。受到礦床地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力學(xué)和開(kāi)采方法等因素的影響，礦井水具有煤炭行業(yè)的特征，與地表水的差異比較明顯[1-3]。如果直接排放礦井水，不僅會(huì)造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也會(huì)污染環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦礦井水的利用率已經(jīng)得到較大提升，但是從相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于煤礦礦井水處理，部分企業(yè)做得不夠到位，仍然存在不少問(wèn)題，嚴(yán)重影響礦井水處理質(zhì)量與效率，因此有必要研究礦井水處理問(wèn)題，然后采取有效的策略，改進(jìn)礦井水處理方法。

1 煤礦礦井水處理現(xiàn)狀

在滲入地下的過(guò)程中，含水層的水與煤巖層接觸并發(fā)生一系列反應(yīng)，最終形成礦井水。煤礦礦井水的水質(zhì)與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件有密切關(guān)系。礦井水流過(guò)采煤層，將大量煤粉與巖石顆粒等懸浮物帶入，而采礦活動(dòng)也會(huì)對(duì)礦井水造成影響[4-5]。在煤礦礦井水的處理中，滲透法、自然沉淀、石灰中和法等處理方法比較常見(jiàn)[6-12]。

經(jīng)過(guò)多年的礦井水開(kāi)發(fā)和處理，人們積累了一些技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。含有懸浮物的礦井水比較常見(jiàn)，在處理這類礦井水時(shí)，首先利用提升泵將礦井水提升到調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)初凝沉淀、混凝、沉淀和吸附，即可達(dá)標(biāo)。對(duì)于含有較多微量元素的礦井水，過(guò)濾前，在過(guò)濾池中加入錳砂作為濾料[11-13]。對(duì)酸性礦井水處理時(shí)，往往在礦井水中加石灰和氫氧化鈉，以進(jìn)行中和反應(yīng)。如果礦井水呈現(xiàn)高礦化，首先進(jìn)行預(yù)處理，之后將礦井水中的鹽分除去。

1.1 污泥處理現(xiàn)狀

按照產(chǎn)生過(guò)程，礦井水污泥可以分為預(yù)沉污泥和混凝沉淀污泥兩類。預(yù)沉污泥的粒徑較大，以砂礫、煤渣為主，這類污泥產(chǎn)生在調(diào)節(jié)池或者預(yù)沉池底部，在沉淀過(guò)程中產(chǎn)生?；炷恋砦勰嗟男再|(zhì)比較復(fù)雜，其化學(xué)藥劑多，粒徑較小，主要包括巖粉、煤粉和混凝藥劑，在加藥反應(yīng)后沉淀產(chǎn)生。由此可以看出，污泥處理期間，主要采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為混凝藥劑。煤礦礦井水污泥處理工藝可以劃分為三類：自然處理、不完全工程處理、完全工程處理。自然處理時(shí)，首先晾曬或自然沉淀礦井水污泥，之后最終處置；不完全礦井水污泥處理為：礦井水污泥濃縮、沉淀或者自然晾曬，最終進(jìn)行部分自然處理，部分進(jìn)行完全處理；礦井水污泥完全處理包括污泥濃縮、脫水以及最終處置。其中，采用完全處理所占比例較大，占比超過(guò)60%，采用自然處理的占比大概在20%。

對(duì)礦井水進(jìn)行井下處理的較少，井下處理期間不會(huì)有污泥產(chǎn)生。不到一半的煤礦具有明確的煤泥最終處置目的，其中，有些作為低品位燃料提供給當(dāng)?shù)厝罕?，有些作為磚瓦、水泥添加劑，有些礦區(qū)對(duì)礦井水污泥不做處理，與黃土混合后作為注漿原料[14]。

1.2 礦井水處理工藝現(xiàn)狀

在礦井水處理中，混凝、沉淀、過(guò)濾與反應(yīng)工藝最為常見(jiàn)，超過(guò)半數(shù)的煤礦采用這種方式處理礦井水。沉淀期間通常選擇斜管工藝，在反應(yīng)池中采用穿孔隔板技術(shù)。

2 煤礦礦井水處理中存在的問(wèn)題

2.1 凈水器運(yùn)行效果較差

一體化凈水器具備較多優(yōu)點(diǎn)，如能耗低、造價(jià)低、易于操作等，因此各個(gè)煤礦需要裝配一體化凈水器。實(shí)際操作期間，有些煤礦沒(méi)有和實(shí)際情況相結(jié)合，前期缺乏對(duì)水質(zhì)的仔細(xì)研究，在凈水器設(shè)計(jì)階段，無(wú)法科學(xué)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，當(dāng)凈水器在煤礦礦井水處理現(xiàn)場(chǎng)安裝后，難以取得較好的運(yùn)行效果。相關(guān)調(diào)查研究表明，一些煤礦雖然安裝一體化凈水器，實(shí)際凈水效果只能達(dá)到設(shè)計(jì)水量的一半。一體化凈水器將沉淀池、過(guò)濾池以及反應(yīng)池集中在一起，在礦井水處理過(guò)程中能夠進(jìn)行反沖洗，并且實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化排泥；由于集中化處理，工程占地面積較少，從凈水效果上看，一體化凈水器在調(diào)節(jié)、過(guò)濾以及反應(yīng)效果方面具有較好的凈水效果。從現(xiàn)階段我國(guó)一體化凈水器市場(chǎng)來(lái)看，設(shè)備質(zhì)量參差不齊，只有少數(shù)凈水器在實(shí)際工程應(yīng)用中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并取得良好的凈水效果。目前，凈水器設(shè)計(jì)參數(shù)不合格的問(wèn)題還比較常見(jiàn)，使得在煤礦礦井水處理中無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的凈水量，而且凈水后的水質(zhì)不合格問(wèn)題也比較常見(jiàn)[15]。

采購(gòu)礦井水凈水設(shè)備時(shí)，大多數(shù)煤礦考慮到一體化凈水器的快速和成本低等優(yōu)勢(shì)，往往優(yōu)先采用，其在我國(guó)礦井水處理中應(yīng)用比較廣泛。一體化凈水器還存在如下問(wèn)題：通常，煤礦礦井水包含采掘裝置機(jī)油和漏乳化油，一體化凈水器對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，往往采用塑料濾珠，如果反應(yīng)期沒(méi)有充分反應(yīng)，在過(guò)濾層進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，容易出現(xiàn)濾珠結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，從而影響過(guò)濾效果；一體化凈水器的設(shè)計(jì)水量與實(shí)際處理水量的差距較大，導(dǎo)致調(diào)節(jié)池和加藥系統(tǒng)等設(shè)備投資增加；一些煤礦礦井水需要二次加藥處理，有些不需要二次加藥的場(chǎng)地，設(shè)備頻繁進(jìn)行反沖洗，導(dǎo)致凈水功能的浪費(fèi)；一體化凈水器選擇輕質(zhì)濾料，在實(shí)際工程中往往出現(xiàn)塑料濾珠被沖走的情況，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。

2.2 調(diào)節(jié)池設(shè)置不合理

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，礦井水的水量與水質(zhì)在不同時(shí)間段的差別較大，在用電低峰時(shí)，水量較大，而且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)調(diào)節(jié)池的要求較高。部分煤礦的調(diào)節(jié)池設(shè)置不合理，調(diào)節(jié)池容積不足，難以滿足礦井水處理的要求，無(wú)法暢通地排泥，嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)池的預(yù)沉和調(diào)節(jié)。

2.3 對(duì)運(yùn)行管理的重視度不足

煤礦礦井水處理要求管理人員具有較高的專業(yè)水平，管理人員要熟練操作設(shè)備，充分了解各種設(shè)備的性能。有些煤礦進(jìn)行礦井水處理之前，沒(méi)有分析水質(zhì)狀況，導(dǎo)致設(shè)備安裝后的效率低下，引起資源浪費(fèi)。

2.4 沒(méi)有充分重視消毒系統(tǒng)

一般情況下，處理后的煤礦礦井水要回用于工業(yè)生產(chǎn)，消毒系統(tǒng)較少用到，使得部分管理人員以為礦井水無(wú)需消毒。事實(shí)上，用于工業(yè)生產(chǎn)的礦井水也需要進(jìn)行消毒處理，紫外線、二氧化氯是常見(jiàn)的消毒方法。

2.5 污泥處理存在的問(wèn)題

在煤礦礦井水處理過(guò)程中，存在污泥處理工序缺乏的情況。

3 煤礦礦井水處理改進(jìn)策略

3.1 采取有效措施，妥善處理污泥

在煤礦礦井水處理現(xiàn)場(chǎng)加裝污泥處理設(shè)備，全面對(duì)污泥進(jìn)行處理。這樣可以提高污泥脫水設(shè)備的自動(dòng)化程度，盡可能地減少使用手動(dòng)拉板式板框壓濾機(jī)，使勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步降低，從而使工人的勞動(dòng)積極性得到進(jìn)一步提高，最終使污泥脫水設(shè)備的處理效果得到改善。要加強(qiáng)研發(fā)相關(guān)技術(shù)設(shè)備，研究煤礦礦井水污泥的脫水性能、組成特點(diǎn)，為污泥處理設(shè)備選型和脫水工藝設(shè)計(jì)提供參考，逐漸改善污泥脫水設(shè)備的處理效果，開(kāi)發(fā)出與煤礦礦井水污泥處理相適應(yīng)的新設(shè)備與新工藝。

3.2 完善水處理系統(tǒng)

根據(jù)礦井水處理中存在的問(wèn)題，各個(gè)煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采取相應(yīng)措施，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步完善，使煤礦礦井水的處理效果得到提高。一是進(jìn)一步提高凈水器的運(yùn)行效果。人們要充分研究煤礦礦井水的水質(zhì)和水量，充分掌握礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，從而選擇合適的凈水器型號(hào)，為凈水器高效運(yùn)行提供保障。二是優(yōu)化一體化礦井水處理工藝，及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整工藝參數(shù)。三是完善消毒系統(tǒng)。對(duì)煤礦礦井水處理后，進(jìn)行消毒處理，以降低負(fù)面影響，煤礦企業(yè)要從礦井水處理工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)消毒系統(tǒng)進(jìn)行安裝與設(shè)計(jì)，按照規(guī)范要求進(jìn)行消毒處理。四是選擇最佳脫水處理設(shè)備。煤礦企業(yè)要認(rèn)真分析不同脫水設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，與礦井水處理中所產(chǎn)生的污泥量相結(jié)合，有針對(duì)性地選擇脫水設(shè)備，為提高污泥脫水效果打下基礎(chǔ)。

3.3 提高調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)能力

煤礦企業(yè)應(yīng)堅(jiān)持從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)節(jié)池容積，增強(qiáng)調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)池的預(yù)沉作用。

3.4 加強(qiáng)監(jiān)理，保障工程質(zhì)量

現(xiàn)階段，工程建設(shè)層層轉(zhuǎn)包的現(xiàn)象比較普遍，部分施工人員的技術(shù)水平不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致出現(xiàn)較多的工程質(zhì)量問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦開(kāi)采所帶來(lái)的污染是難以完全避免的，這與當(dāng)前環(huán)保理念背道而馳。因此，煤礦企業(yè)要提高認(rèn)識(shí)水平，優(yōu)化煤礦開(kāi)采環(huán)節(jié)，盡量避免浪費(fèi)和污染水資源，做好煤礦礦井水處理工作，從而提高水資源利用率。經(jīng)過(guò)一定工序的無(wú)害化處理，大部分煤礦礦井水資源能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)再利用。當(dāng)前，人們要加強(qiáng)針對(duì)礦井水污泥的基礎(chǔ)研究，夯實(shí)理論儲(chǔ)備，大力推廣成熟的煤礦礦井水處理方法。