煤礦生產(chǎn)污水處理及資源化利用

孟慶松

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司 山西太原 030000）

引言

隨著我國(guó)對(duì)于環(huán)境重視程度的不斷提高，保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展成為各企業(yè)需要在生產(chǎn)中予以關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容?；诿旱V企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多污水的情況，推進(jìn)煤礦生產(chǎn)污水處理技術(shù)的應(yīng)用，提高對(duì)于生產(chǎn)污水的資源化利用效果，就需要煤礦企業(yè)不斷提高煤礦生產(chǎn)污水設(shè)備的應(yīng)用效果。下面對(duì)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)污水處理技術(shù)以及資源化利用的情況展開(kāi)分析。

1 煤礦生產(chǎn)污水形成原因

1.1 地質(zhì)原因

以往的煤礦生產(chǎn)更多的注重煤礦產(chǎn)量和質(zhì)量，甚至有些企業(yè)盲目開(kāi)采，從而有了一系列的問(wèn)題，其中煤礦生產(chǎn)階段產(chǎn)生的污水是最為突出的問(wèn)題。大量的調(diào)查與研究發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)問(wèn)題是形成污水的常見(jiàn)原因，因?yàn)槲覈?guó)大多數(shù)煤層聚集在華北、西北、華南及西南等地區(qū)，而且各個(gè)地區(qū)的地質(zhì)情況存在一定的差異，因此會(huì)選擇不同的采礦方法，與此同時(shí)也要選擇不同的污水處理方法。例如華南地區(qū)的煤礦，在進(jìn)行煤礦生產(chǎn)階段，不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量污水，而且會(huì)直接向河流中排放，通過(guò)河流進(jìn)入地下水和采煤區(qū)中，從而導(dǎo)致礦區(qū)污水含量增加。實(shí)際上，如果水文地質(zhì)存在不規(guī)則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致地下水的運(yùn)動(dòng)速度存在無(wú)規(guī)律的變化，進(jìn)而使排放到地下水中的污水進(jìn)入自然區(qū)域中，誘發(fā)大面積的水污染。

1.2 煤礦生產(chǎn)原因

通常情況下，煤炭資源常常會(huì)與其他礦石混合在原始地層中，在煤礦生產(chǎn)階段，更多的是對(duì)煤炭資源的挖掘、清洗、篩選和運(yùn)輸。其中，在煤炭資源開(kāi)采挖掘、清洗篩選階段，都會(huì)有污水產(chǎn)生。同時(shí)，在煤礦生產(chǎn)階段，大型機(jī)械開(kāi)始在礦井巷道中對(duì)煤炭資源進(jìn)行開(kāi)采和挖掘，此時(shí)要借助大量水資源對(duì)機(jī)械設(shè)備降溫處理，并沖洗掉機(jī)械設(shè)備上的廢棄物，誘發(fā)煤礦生產(chǎn)污水。

2 煤礦生產(chǎn)污水處理技術(shù)分析分析

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)大多數(shù)煤礦企業(yè)在針對(duì)生產(chǎn)污水進(jìn)行處理的過(guò)程中，都是從生物法、混合法、混凝法、雙膜法等四種處理方法入手，并逐漸發(fā)展延伸成為不同功能的生產(chǎn)工藝：生物除磷工藝、循環(huán)間歇曝氣工藝、連續(xù)循環(huán)曝氣工藝以及膜生物流化床工藝等形式[1]。具體的煤礦生產(chǎn)污水處理技術(shù)的應(yīng)用模式如下：

2.1 生物法的生物除磷工藝

生物法的生物除磷工藝主要是利用一些厭氧消化生物所具有的揮發(fā)性以及營(yíng)養(yǎng)物的特殊性質(zhì)，將其在煤礦生產(chǎn)污水中進(jìn)行應(yīng)用，從而達(dá)到除去煤礦生產(chǎn)污水磷物質(zhì)的效果。這種生物除磷工藝具有生物法與化學(xué)法的結(jié)合性特點(diǎn)，其利用厭氧消化生物中活性污泥所具有的有機(jī)酸揮發(fā)性，通過(guò)成為聚磷菌生產(chǎn)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在活性污泥中快速增加數(shù)量，達(dá)到增殖的效果。此后，通過(guò)這部分活性污泥回流在厭氧消化生物系統(tǒng)當(dāng)中，并長(zhǎng)時(shí)間保持造生產(chǎn)污水處理池中完成高效除磷；并在厭氧的條件，利用化學(xué)除磷法同步處理污泥所釋放的磷物質(zhì)。對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水的處理，利用生物除磷工藝，可以將污水中的各種難以清除的金屬離子元素進(jìn)行處理，達(dá)到減少污水重金屬元素的效果，提高污水凈化程度。

2.2 循環(huán)間歇曝氣工藝

循環(huán)間歇曝氣工藝是利用高負(fù)荷氧化溝和序批式活性污泥作為煤礦生產(chǎn)污水處理的主要物質(zhì)，發(fā)揮前者的高效率和后者的高出水效果，提高煤礦生產(chǎn)污水處理的質(zhì)量，使其不僅能夠達(dá)到有效去除有機(jī)污染物的效果，而且還符合了我國(guó)的一級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提高水源的再利用程度。循環(huán)間歇曝氣工藝的核心在于物理學(xué)原理的應(yīng)用，通過(guò)在煤礦生產(chǎn)污水蓄水池中增加循環(huán)流通設(shè)備，讓蓄水池的污水長(zhǎng)時(shí)間保持流動(dòng)。

2.3 連續(xù)循環(huán)曝氣工藝

連續(xù)循環(huán)曝氣工藝是通過(guò)將物理和化學(xué)處理手段作為煤礦生產(chǎn)污水處理的核心方法，通過(guò)在煤礦生產(chǎn)污水處理蓄水池中增設(shè)連續(xù)進(jìn)水式曝氣設(shè)備和反應(yīng)池，使生產(chǎn)污水轉(zhuǎn)化為凈化水，進(jìn)而達(dá)到去污效果。連續(xù)循環(huán)曝氣設(shè)備的安裝，通常是在蓄水池中設(shè)定間隙為15mm 的沉砂池或者機(jī)械格柵等，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水有機(jī)物和懸浮物的降解和處理；同時(shí)利用連續(xù)式進(jìn)水曝氣達(dá)到綜合去污、除磷和脫氮的效果。這種連續(xù)循環(huán)曝氣工藝在應(yīng)用時(shí)，可以達(dá)到對(duì)煤礦生產(chǎn)污水中煤粉和巖粉分層處理的效果，并利用曝氣系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)去除污水中的有害物質(zhì)。

2.4 膜生物流化床工藝

膜生物流化床工藝是通過(guò)應(yīng)用雙膜法來(lái)達(dá)到深度處理污水的效果，其具有凈化生產(chǎn)污水各元素、降低污染指標(biāo)的效果，并通過(guò)劃分為生物流化床和陶瓷膜分離兩個(gè)系統(tǒng)，借助不同系統(tǒng)的功能來(lái)去除煤礦生產(chǎn)污水中的有害物質(zhì)、污染成分。經(jīng)過(guò)膜生物流化床工藝的處理，一方面煤礦生產(chǎn)污水可以直接流入循環(huán)水系統(tǒng)，進(jìn)行資源化利用；另一方面可以提前進(jìn)行RO 脫鹽預(yù)處理，減少原有的過(guò)濾流程；并通過(guò)降低有機(jī)物含量來(lái)提高RO 膜使用時(shí)間，進(jìn)而提高水資源的利用效率。

2.5 混合法和混凝法的應(yīng)用

混合法作為另一種深度處理煤礦生產(chǎn)污水的技術(shù)，其主要是通過(guò)在煤礦生產(chǎn)污水池中應(yīng)用不同種類(lèi)的混凝劑進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)而提高對(duì)污水的處理效果。通常情況下，其會(huì)與高錳酸鉀進(jìn)行一定比例的混合，達(dá)到凈化煤礦生產(chǎn)污水的效果。混凝法與混合法存在的最大差異在于：混凝法是在混凝劑的影響下，與煤礦生產(chǎn)污水中的各種物質(zhì)發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到中和煤礦生產(chǎn)污水中的有機(jī)酸、產(chǎn)生凝固物等，并經(jīng)過(guò)斜管沉淀和介質(zhì)過(guò)濾兩個(gè)步驟，完成污水處理沉淀，等其流入清水池之后再利用。

3 煤礦生產(chǎn)污水處理后的資源化利用

上面已經(jīng)對(duì)煤礦生產(chǎn)污水處理技術(shù)和不同的處理工藝進(jìn)行了大致的分析，可以發(fā)現(xiàn)：生物法、化學(xué)法以及物理法是進(jìn)行煤礦生產(chǎn)污水處理的重要手段，通過(guò)與不同設(shè)備和處理工藝相結(jié)合的方式，有效去除煤礦生產(chǎn)污水中的重金屬元素、煤粉物質(zhì)以及其他有害成分，達(dá)到凈化煤礦生產(chǎn)污水水質(zhì)的目標(biāo)[2]。經(jīng)過(guò)煤礦生產(chǎn)污水的處理，不僅可以減少煤礦生產(chǎn)污水的污染元素，使其滿(mǎn)足我國(guó)的污染排放標(biāo)準(zhǔn)；而且經(jīng)過(guò)反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、凈化以及消毒等操作可以成為煤礦生產(chǎn)的二次用水，提高了水資源的利用效率，并減少了煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本。下面對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水處理后的資源化利用角度進(jìn)行詳細(xì)的分析。

3.1 生活用水

基于煤礦生產(chǎn)污水的特殊構(gòu)成成分，其在污染物上集中在重金屬物質(zhì)、磷元素、氮元素等，并存在較少的有毒有害物質(zhì)，經(jīng)過(guò)多次的凈化、沉淀可以得到較為純凈的水源。這種實(shí)際情況就意味著在對(duì)煤礦生產(chǎn)污水處理之后，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，如排放標(biāo)準(zhǔn)、生活用水標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)等，可以應(yīng)用在除煤礦生產(chǎn)的其他領(lǐng)域，這也就構(gòu)成了煤礦生產(chǎn)污水處理后的資源化利用體系。將煤礦生產(chǎn)污水處理后作為生活用水進(jìn)行應(yīng)用，需要將煤礦生產(chǎn)污水經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)節(jié)、完整沉淀、砂石過(guò)濾、煤泥處理以及超級(jí)過(guò)濾凈化等五個(gè)流程的處理之后，并在檢驗(yàn)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)后投入循環(huán)應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水的處理也是在多次微電解、攪拌和泥渣分離去除煤礦生產(chǎn)污水的污染物之后，完成初步的污染物去除；并經(jīng)過(guò)后續(xù)的過(guò)濾撇去懸浮物，超濾凈化完整整個(gè)煤礦生產(chǎn)污水處理操作。一般而言，經(jīng)過(guò)超濾凈化處理的煤礦生產(chǎn)污水，可以滿(mǎn)足日常生活基本的水質(zhì)要求，可以在清水池中再次沉淀凈化之后再送到附近的居民區(qū)作為非飲用水進(jìn)行生活化場(chǎng)景的應(yīng)用，適當(dāng)滿(mǎn)足一些地區(qū)的水資源需求。

3.2 礦區(qū)再生產(chǎn)用水

經(jīng)過(guò)煤礦生產(chǎn)污水處理之后，還可以應(yīng)用到煤礦的再生產(chǎn)當(dāng)中，成為煤礦生產(chǎn)的循環(huán)用水。一般煤礦企業(yè)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)時(shí)，都會(huì)相應(yīng)的建立循環(huán)水資源系統(tǒng)，將經(jīng)過(guò)處理的生產(chǎn)污水流入到特定的清水池中，通過(guò)循環(huán)水利用系統(tǒng)將其再次投入到煤礦的生產(chǎn)當(dāng)中，解決煤礦生產(chǎn)的部分水資源需求[3]。通常這部分可以用作煤礦再生產(chǎn)的污水集中在生活污水和其他廢水上，經(jīng)過(guò)沉淀、氧化處理和消毒將其輸送到清水池，通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)的洗煤水或者井下灑水。

而如果一些煤礦生產(chǎn)污水中含有部分的油物質(zhì)，則需要多次經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池處理、高濁度沉淀以及混合器分離等操作之后，將其作為井下灑水進(jìn)行應(yīng)用，并避免出現(xiàn)其他用途。經(jīng)過(guò)將煤礦生產(chǎn)污水進(jìn)行處理之后再投入到煤礦生產(chǎn)當(dāng)中，一方面可以實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)用水的自我循環(huán)，減少對(duì)于新水源的取用量，達(dá)到資源化利用的目標(biāo)；另一方面也可以減少煤礦的投資，使其在環(huán)境污染治理上的投入大大減少，從而提高煤礦的經(jīng)濟(jì)收益。

3.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水

在煤礦生產(chǎn)污水處理之后，其可以作為周?chē)貐^(qū)的農(nóng)業(yè)用水，滿(mǎn)足田地農(nóng)作物的灌溉需求。但是，將煤礦生產(chǎn)污水作為農(nóng)業(yè)用水與作為生活用水存在相似之處：都要滿(mǎn)足我國(guó)關(guān)于用水水質(zhì)的需求。這就意味著在處理煤礦生產(chǎn)污水的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)多次一級(jí)凈化或者二級(jí)凈化去除煤礦生產(chǎn)污水中的各種雜質(zhì)和污染處置，使其能夠達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而在滿(mǎn)足農(nóng)田灌溉需求的同時(shí)，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)污水的資源化利用。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水不同于生活用水的方面在于其不需要將煤礦生產(chǎn)污水中的所有成分進(jìn)行去除，對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水中部分微量的金屬元素，如氮元素、磷元素等進(jìn)行保留，在減少處理成本的同時(shí)，由農(nóng)田內(nèi)的土壤、生長(zhǎng)的作物以及部分微生物完成凈化處理。這可以更為高效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水的處理，保障其盡快的緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水狀況，甚至還可以使得農(nóng)作物充分利用到有益的金屬元素或者將其作為有機(jī)肥料，促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析煤礦生產(chǎn)污水處理技術(shù)和處理工藝，不僅可以為煤礦企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)污水的處理提供不同的技術(shù)手段，而且也為煤礦企業(yè)選擇多種處理設(shè)備提供了借鑒，進(jìn)而達(dá)到提高煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。而對(duì)于煤礦生產(chǎn)污水處理后的資源化利用分析，則是煤礦企業(yè)探索可持續(xù)發(fā)展之路的重要實(shí)踐，可以實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用和高效利用。