改性混凝劑處理煤礦廢水的實驗及其應用

許 莉， 郝 迪

(中煤地質集團有限公司中煤(海南)環(huán)保科技有限公司，北京 100040)

0 引言

煤礦礦井水主要來源于地下水，其產(chǎn)生是由于煤礦開采過程中地下水與煤、巖層之間發(fā)生接觸，在物理、化學、生化反應共同作用下形成的[1-3]。煤礦水的水質特性由形成煤的地質環(huán)境和煤系礦物化學成分共同作用，而礦區(qū)的水文地質條件及充水因素對煤礦水的水質起著決定性的影響。

鑒于煤礦廢水成分和危害的不同，我國對于煤礦廢水開展治理歷經(jīng)20世紀80年代的活性污泥法，到90年代的生物接觸氧化法，再到后面各專家學者對其特點進行研究，目前人們對于煤礦廢水的治理技術主要有混凝沉淀法、酸堿中和法、人工濕地法、化學氧化法、蒸餾法、膜分離技術等[4-8]。同時伴隨著其他行業(yè)的新技術的推廣，也有移植到煤礦廢水治理上，比如超磁分離技術。

本次研究主要針對的煤礦廢水污染因子主要為懸浮物(以下簡稱SS)，采用混凝沉淀法進行處理。

1 研究區(qū)煤礦廢水水質特點及處理情況

本文以湖南某煤礦為研究對象，該區(qū)含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M上部含煤段，含煤7層。其中3煤層局部可采，6煤層全井可采。6煤層底板褶曲發(fā)育，煤層厚度變化大，煤厚0.52～17.7m，目前煤礦正常生產(chǎn)，布置的采煤工作面有2165-2和2265-2S兩個采面?；夭晒ぷ髅娌捎米呦蜷L壁式采煤方法，現(xiàn)開采6煤層，3煤層僅局部進行了試驗性開采?，F(xiàn)狀礦山已開拓兩個水平，一水平-50m，二水平-150m。

該礦產(chǎn)生的廢水主要為-150m開采過程中產(chǎn)生的，2021年8月檢測結果見表1。

表1 進水水質化驗結果Table 1 Input water quality tested results

從表1看出，本項目煤礦廢水中主要污染物為SS。煤礦廢水懸浮物的主要貢獻是其中的細小煤粉。因此，僅依靠其自重沉淀的方式去除是較難達標的。采用混凝劑助沉的方式可提高懸浮物的去除率[9-10]。

該礦的廢水處理項目原采用兩級沉淀+PAC加藥進行處理，但由于處理效果不穩(wěn)定且池體出現(xiàn)滲漏，水質SS超標、感官呈黑色，遭到當?shù)鼐用裢对V，環(huán)保部門要求其進行整改。故煤礦企業(yè)委托我公司對本項目進行方案整改。

2 混凝劑改性試驗及效果

一般采用混凝、沉淀、過濾中的單一或組合工藝對礦化度不高但SS含量較高的煤礦廢水進行處理，有較成熟可行的經(jīng)驗，出水可滿足生產(chǎn)使用或排放標準。本實驗針對此煤礦廢水進行混凝藥劑的篩選，并進行投產(chǎn)使用。

2.1 混凝劑改性試驗過程

為較好的解決處理煤礦廢水SS，我公司司對藥劑進行小試實驗，于2021年9月進行實驗。主要試驗藥劑材料為PAC、PAM等。

根據(jù)煤礦廢水中SS含量較高特點，選用改性PAM-PAC復合劑。制作方法選用改性PAM-PAC復合劑用于染料廢水脫水處理[11]，取得了良好的效果，PAC和PAM最佳比是240∶1，適宜的改性時間為2h。相比傳統(tǒng)PAC絮凝效果，具有用藥量少，絮體粗大，沉降速度快，易于過濾，礬花較密實，脫色率好等特點。

取上述檢測過的煤礦廢水水樣2份，每份1 000mL置于燒杯中，分別加入等量的PAC和改性PAC-PAM，從緩慢攪拌2min起開始計時第一個點，此后以5min為間隔，記錄時間并觀察礬花狀態(tài)和混凝的效果。

2.2 改性混凝劑的混凝效果

改性混凝劑混凝效果見圖1。由圖1可知，實驗中改性PAC-PAM混凝劑比PAC產(chǎn)生的礬花較多、尺寸較大，沉降速率快。

圖1 兩種混凝劑對混凝效果的影響Figure 1 Impact from two coagulants on coagulation effect

2.3 改性混凝劑對SS去除率的影響

取待16個煤礦廢水水樣，每份水樣1 000mL置于燒杯中，并分為2組，分別加入不同劑量的PAC和改性PAC-PAM，緩緩攪拌并靜置20min。取上清液，測定SS值。實驗結果表明：當改性PAC-PAM加入劑量為3.5mg/L時，SS去除率達到78%，出水效果較好。此后再增加劑量，去除率變化不大(圖2)。

圖2 混凝劑投加量對懸浮物去除率的影響Figure 2 Impact from coagulant input amount on suspended matter removal rate

3 工程應用

礦井設計生產(chǎn)能力為30萬t/a，在正常生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生100m3/h的廢水。

3.1 出水水質要求

煤礦水處理后應符合《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426—2006)的相關要求，即：pH值6～9，SS≤70mg/L。

3.2 廢水處理工藝

由于采用化學法去除礦井水中污染因子，將會產(chǎn)生大量沉淀物，為了使沉淀物與水分離，達到凈水目標，本方案將采用沉淀池對泥水混合物時行分離。沉淀是利用重力沉降原理來去除廢水中懸浮固體的工藝過程，處理設施是沉淀池。沉淀池在廢水處理中廣泛使用，它的型式很多，按池內水流方式可分為平流式、豎流式和輻流式三種，此外還有斜管沉淀池、高密度沉淀池[12-14]。

高密度沉淀池具有集成化高、緊湊、靈活、高效，且兼具有斜管沉淀池的優(yōu)點，再加上本項目所用場地受限，故選用高密沉淀池工藝。

由于本礦井廢水呈弱堿性，不需要調節(jié)pH值，滿足改性混凝劑使用條件。采用調節(jié)、混凝、沉淀、過濾等處理過程，具體工藝處理流程如下所示：

井下廢水→預沉淀調節(jié)池→高密度沉淀池→無閥濾池→排放井。

3.3 主要構筑物

1)預沉淀調節(jié)池。礦井廢水處理能力按照2 400m3/d，預沉淀調節(jié)池停留時間按照8h確定，池體有效容積V應為800m3。預沉淀調節(jié)池內設置2臺提升泵，流量Q=100m3/h，揚程H=20m，功率N=11kw。

2)高密度沉淀池。處理能力120m3/h，在高密度沉淀池中加入改性PAC-PAM，反應時間20min，池體尺寸為8.0m×6.0m×7.2m。配套攪拌機，功率分別為3.0kw和5.5kw。排泥泵2臺，主要參數(shù)流量Q=20m3/h，揚程H=10m，功率N=4kw。

3)無閥重力濾池。處理能力100m3/h，尺寸Φ3.4m×6.25m。過濾平均濾速8m/h，平均反沖洗強度15L/(m2·s)，高位水箱為1.2m×0.9m×1.8m，濾料層高度為800mm。濾料主要為石英砂、活性炭。

3.4 處理效果

目前本項目運行穩(wěn)定，經(jīng)檢測煤礦廢水處理后SS<70mg/L，pH 值8.3，符合《煤炭工業(yè)污染物排放標準》(GB20426—2006)現(xiàn)有生產(chǎn)線標準。

4 結語

本實驗針對某煤礦廢水水質進行混凝劑的實驗，以期達到降低SS，并在實際中進行應用，目前廢水處理各環(huán)節(jié)均穩(wěn)定運行，經(jīng)過處理后的廢水可達標排放。在選取混凝劑時，綜合考慮技術和經(jīng)濟因素，篩選出符合項目的藥劑，考慮達標的同時兼顧經(jīng)濟效益，降低企業(yè)成本。