煤礦礦井污染水的資源化技術(shù)研究與應(yīng)用

柳爭(zhēng)艷

(山西晉新科源環(huán)?？萍加邢薰荆轿?太原 030024)

引 言

煤礦開采過程中會(huì)涌出大量的水，但煤礦開采時(shí)產(chǎn)生的煤粉、巖粉以及機(jī)械設(shè)備漏油等都會(huì)對(duì)礦井水造成不同程度的污染[1]。在以往的工程實(shí)踐中，通常都是對(duì)這些污染水進(jìn)行治理，使內(nèi)部包含的污染物濃度降低到排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，然后直接排放[2]。我國(guó)屬于水資源匱乏國(guó)家，很多地區(qū)都缺乏清潔的水資源[3]。因此，針對(duì)礦井污染水進(jìn)行綜合治理，使之成為可以利用的水資源，是很多煤礦企業(yè)不得不面對(duì)的問題[4]。礦井污染水的資源化處理，不僅可以為煤礦企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以為國(guó)家創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益，是未來礦井污染水治理的必然發(fā)展方向[5-6]。本文主要以某煤礦礦井污染水的治理方案為例，對(duì)其資源化處理技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。對(duì)于提升水資源利用率，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要的實(shí)踐意義。

1 煤礦礦井涌水情況及水質(zhì)分析

1.1 礦井涌水量

礦井在對(duì)煤礦資源進(jìn)行開采時(shí)不可避免的會(huì)涌出大量的水，水的來源主要包含三個(gè)方面。第一為大氣降水，煤礦礦井所在地區(qū)的年降水量在374 mm～1 500 mm范圍內(nèi)，年平均降水量達(dá)到了750 mm左右。大氣降水較為豐富，會(huì)加大煤礦開采時(shí)的涌水量；第二為地表水，礦井附近有多條河流和水庫，可以對(duì)地表水進(jìn)行有效補(bǔ)充；第三為礦井老空水，由于煤礦已經(jīng)開采多年，存在很多已經(jīng)開采結(jié)束的工作面，里面會(huì)積累很多水資源。礦井在開采的初始階段涌水量相對(duì)較小，每個(gè)月的涌水量平均在3.6 萬m3。隨著煤礦開采時(shí)間的不斷推進(jìn)，涌水量越來越大，到開采中期時(shí)達(dá)到了90 m3/h，截至目前涌水量最高時(shí)已經(jīng)超過了130 m3/h。

如圖1所示，為礦井近10年平均涌水量統(tǒng)計(jì)情況，由有圖中數(shù)據(jù)可以看出，近10年來每年平均的涌水量基本超過100 m3/h。每年涌水量存在差異的原因主要是受到地表水、大氣降水等外部因素的影響，但近年來礦井中的涌水量有逐漸增加的趨勢(shì)。礦井的涌水量充足，如果可以對(duì)這些污染水進(jìn)行資源化處理，完全可以滿足礦井的生產(chǎn)和工作人員的生活需要。礦井涌水可以作為資源化處理的來源，水源是可靠的、穩(wěn)定的。

圖1 煤礦礦井近10年平均涌水量統(tǒng)計(jì)情況

1.2 礦井水水質(zhì)分析

對(duì)煤礦污染水進(jìn)行資源化處理的前提是掌握污染水中包含的污染物種類及其含量大小，只有這樣才能針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行綜合處理，從而降低礦井污染水中的各類污染物指標(biāo)，將其控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。對(duì)礦井公園水進(jìn)行資源化處理是需要重點(diǎn)考慮的，指標(biāo)主要就是懸浮物、COD、BOD5、pH值、總大腸菌群、總硬度等，利用專業(yè)檢測(cè)技術(shù)對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)后，得到的結(jié)果，如表1所示?？梢钥闯?，礦井污染水的污染情況比較嚴(yán)重，各項(xiàng)指標(biāo)均超過了標(biāo)準(zhǔn)值。

2 礦井污染水的資源化技術(shù)整體方案

2.1 方案基本要求

對(duì)于普通地下水而言，基本沒有受到污染，主要是細(xì)菌總數(shù)、濁度等指標(biāo)未達(dá)到基本要求，只需要經(jīng)過簡(jiǎn)單處理就可以達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。但對(duì)于煤礦礦井污染水而言，內(nèi)部包含有很多懸浮物、各類污染物等，必須進(jìn)行綜合處理才可以達(dá)到資源化的目的。通常礦井污染水除細(xì)菌總數(shù)、濁度等指標(biāo)超標(biāo)外，礦化度、硬度等指標(biāo)也嚴(yán)重超標(biāo)。在制定礦井污染水資源化處理方案時(shí)，需要明確污染水的水質(zhì)情況、資源化以后的應(yīng)用對(duì)象，因?yàn)閼?yīng)用對(duì)象不同，對(duì)水質(zhì)的要求也存在差異。

結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際需要，對(duì)礦井污染水進(jìn)行資源化以后的應(yīng)用對(duì)象主要包含兩個(gè)方面：其一為礦井工作人員的生活飲用水，這對(duì)水質(zhì)的要求相對(duì)較高；其二為生產(chǎn)用水和生活雜用水，這對(duì)水質(zhì)的要求相對(duì)較低。另外，考慮到近年來礦井的平均涌水量，要求對(duì)污染水的資源化處理能力與之相匹配，即達(dá)到120 m3/h。其中，生活飲用水要求達(dá)到10 m3/h，剩下的作為生產(chǎn)用水和生活雜用水。

2.2 資源化技術(shù)方案設(shè)計(jì)

對(duì)污水進(jìn)行資源化處理以后，主要作為生產(chǎn)用水和生活雜用水，比如洗煤廠中的生產(chǎn)用水、煤礦生產(chǎn)區(qū)域的綠化用水、道路灑水清洗等。這部分水質(zhì)要求相對(duì)較低，只需要對(duì)礦井污染水進(jìn)行初步處理即可。而煤礦工作人員的飲用水要求相對(duì)較高，需要進(jìn)行進(jìn)一步的過濾和消毒處理后才能夠使用。根據(jù)煤礦礦井污染水資源化后的實(shí)際用途，設(shè)計(jì)的污染水資源化技術(shù)方案流程圖，如圖2所示。

圖2 礦井污染水的資源化技術(shù)方案流程圖

從圖2可以看出，需要在礦井中建立一個(gè)水倉，礦井中的涌水直接流進(jìn)水倉中進(jìn)行存儲(chǔ)，通過水泵站將礦井污染水輸送到位于地面的調(diào)節(jié)池中，再將其運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)沉淀池中，同時(shí)向反應(yīng)沉淀池中加入絮凝劑。絮凝劑的作用是與礦井污染水中包含的懸浮物和各類污染物發(fā)生反應(yīng)，并生成沉淀物。對(duì)反應(yīng)沉淀池底部的沉淀物進(jìn)行處理后，得到的就是清水。這部分清水再進(jìn)行簡(jiǎn)單過濾后，就可以作為生產(chǎn)用水和生活雜用水。另外一部分水需要通過電滲析器進(jìn)行進(jìn)一步處理后，輸送到蓄水池中進(jìn)行存儲(chǔ)，向蓄水池中添加消毒劑進(jìn)行消毒處理，徹底消滅水中的病毒和細(xì)菌，包括總大腸菌群，從而得到煤礦工作人員的飲用水。

3 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

將上文設(shè)計(jì)的煤礦礦井污染水的資源化技術(shù)方案應(yīng)用到工程實(shí)踐中，并進(jìn)行連續(xù)三個(gè)月時(shí)間的觀察和檢測(cè)，以檢驗(yàn)該技術(shù)方案的應(yīng)用效果。重點(diǎn)對(duì)資源化以后的水質(zhì)情況進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1所示，表中主要給出了礦井污染水中的主要污染物種類及其對(duì)應(yīng)的原始濃度大小，以及經(jīng)過處理后得到的兩類水中的污染物濃度大小。

表1 礦井污染水中主要污染物指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)值

由表中數(shù)據(jù)可以看出，礦井污染水的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括懸浮物、COD、BOD5、pH值、總大腸菌群、總硬度等。利用礦井污染水資源化技術(shù)方案進(jìn)行處理后得到的兩類用水中，各類指標(biāo)均控制在了標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。說明該技術(shù)方案是可行的，達(dá)到了預(yù)期處理效果。該技術(shù)方案的成功應(yīng)用，使得煤礦企業(yè)的生產(chǎn)用水有了非常可靠穩(wěn)定的來源，同時(shí)還保障了工作人員飲用水的安全。煤礦企業(yè)的水資源實(shí)現(xiàn)了自給自足，無需外部對(duì)其進(jìn)行供給。不僅為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還創(chuàng)造了非常顯著的社會(huì)效益和環(huán)境效應(yīng)。

4 結(jié)語

主要對(duì)煤礦礦井污染水的資源化處理技術(shù)及其實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行了深入的分析和研究，所得結(jié)論主要如下：1)煤礦礦井的涌水量達(dá)到了120 m3/h，涌水量充足，可以作為資源化處理可靠、穩(wěn)定的水源；2)礦井涌水受到煤礦開采過程的影響，污染比較嚴(yán)重，內(nèi)部包含有大量的懸浮物和各類污染物，對(duì)污染水進(jìn)行資源化處理就是對(duì)污染水進(jìn)行綜合治理，使各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；3)礦井污染水資源化處理用途主要包含兩個(gè)方面，即飲用水和生產(chǎn)用水、生活雜用水。通過資源化處理，煤礦實(shí)現(xiàn)了水資源的自給自足，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。