矿井水处理中混凝沉淀过滤技术的应用

刘顺国

（富源县环境监测站云南曲靖655500）

1 概述

就我国能源结构的整体情况来看，煤炭几乎占据了7成以上，而在其开采的过程中难免会产生大量的废水，若得不到妥善处理不仅会对环境造成污染，而且更是对水资源的浪费，不利于可持续发展。针对这样的情况，深入研究煤矿水资源开发与管理相关的技术，对煤炭工业的可持续发展具重要的现实意义。

2 矿井废水主要处理技术

曾经一度，我国矿井水相关处理技术的研究方向基本定向为排放治理方面。但就水资源的可回收利用来看，我国目前所拥有的技术主要有沉淀、混凝沉淀以及混凝沉淀过滤等几种，前两种技术主要是对直接排放的矿井水进行处理，而后一种技术则主要处理生产用水与其他用水。本文主要介绍混凝沉淀过滤法处理矿井水。

3 矿井水处理回用的条件

3.1 矿井水的产生及特点

煤矿矿井水包括有几种：在煤矿的开采过程中所产生的地质渗涌水、自然地下水以及在各种生产活动中因必需的洒水降尘或者是消防等行为所产生的煤尘废水。这样一来，这些矿井水的特性在很大程度上是由具体的煤矿地质环境与其所具备的矿物化学组分来确定的。在对四角地煤矿井的水质进行研究时，我们选择了正常排水经处理前后的水样进行分析，其结果详见表1。

四角地煤矿矿井水污染物监测结果表

通过上表可以看出，该煤矿矿井水处理前主要是悬浮物、化学需氧量超标。

3.2 矿井水回用途径

矿井水在经过处理后，既可用于再生产，也可直接作为生活用水，其中生产用水主要作用为降尘、消防等，而生活用水则包括洗浴、冲厕等，同时经一定精加工后也是能被饮用的。针对以上各种用水其对应的标准如下：

（1）防尘用的洒水：参考《煤矿工业矿井设计规范》；其中SS不超过150mg/L，粒径应小于0.3mm，pH6~9，大肠杆菌应不超过3个/L；

（2）煤矿洗浴用水：参考《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水体标准；

（3）中水水质：参考《生活杂用水水质标准》中的相关标准；

（4）饮用水：参考《生活饮用水卫生标准》中的相关标准。

4 处理工艺

在设计四角地煤矿矿井水相关处理能力时，根据水量将其定位为800~10003/d的水平，在经处理后可将其一部分作为生产与生活用水，其具体处理工艺当中包括了混凝反应、过滤以及消毒等几个关键性环节。

矿井水首先从井下自流进到曝气池进行气浮除油，接着再进入到斜板沉淀池以初步沉淀，初步沉淀后被泵入到混凝沉淀设备并添加混凝剂，通过斜管再次沉淀，待絮状物沉淀到底部后则可将其去除，而上清液则流入砂滤池，砂滤池出水至清水池，在清水池采用二氧化氯进行彻底消毒杀菌。而砂滤池的反冲洗水则自流到污泥池，上清液自流进入曝气池，以提高矿井水资源的利用率。出水若用作生活用水，则砂滤池出水进入活性炭吸附装置处理后流入清水池用作生活用水。

5 主要处理单元

5.1 预沉池曝气

矿井水中均含有一定量的有机物质，它们可通过在曝气池接触氧化剂后被有效去除掉。同时，井下诸如液压支柱等相关设备所产生的少量油类物质，可通过气浮除油去除，进而使废水中的油类含量不会超标。

5.2 混凝沉淀

悬浮物为矿井水最主要的污染物质之一，其去除方法则主要是利用混凝沉淀，其中混凝剂的主要成分包括了铝盐和铁盐两种，并采用了管道混合方式进行混合。经充分反应后的废水在流出反应区后变成混凝状，然后由布水区进到填充有PVC六角蜂窝状材料的斜管，在经过多层格的浅层沉淀后，其沉淀效率可被显著提升。

5.3 砂滤净化

被混凝沉淀后的矿井水中还包含有一些粒径较小的悬浮颗粒与胶体，而在砂滤设备的作用下，这些颗粒与胶体可被截留于滤料的表面或是内部空隙，这是一个混凝沉淀装置的后处理过程，同时也等同为一个活性炭深层吸附处理前的预处理过程。砂滤池是一种无阀的重力式滤池，滤池的滤料可分为多层，材料主要为石英砂。另外，其反冲洗过程是通过虹吸原理来实现的，因此其操作是比较简单的，不需要专门的人工管理。

5.4 消毒

本研究所采用的工艺中采用了以盐酸与氯酸钠反应生成二氧化氯的方式进行杀菌消毒，经检测发现本方法的消毒能力几乎比氯的5倍还高。

6 处理工艺特点

6.1 四角地煤矿矿井水的处理工艺及具体参数是通过其自身水质的特点来确定的，并通过一次提升混凝沉淀以及各后续自流环节的处理后，可获得更稳定可靠的水质，且此过程不会因动力设备过多而消耗大量能量。

6.2 在本工艺中不仅将混凝沉淀与砂滤技术进行了有机结合，而且其相关构件多采用了钢结构的组合方式，在缩小占地面积的同时也能减少功能投资和延长设施使用寿命，操作工艺简单方便，不会产生过高的运行成本。

6.3 本系统实现了自动加药和反冲的全程监控作业，这些监控系统包括电控系统、上位监控系统以及仪表检测系统等。

7 设备安装运行调试中的问题

7.1 安装环境

本系统的设备均安装于地面的建筑物内部，这样可更有利于操作与管理控制，如果设备位于地下，则日常观察与检修均存在诸多不便，同时对相关的配套设施也会有更高的要求，因此在无特殊要求的情况下，均安装于地面。

7.2 运行中应注意的问题

多形态的水解聚合物是混凝剂发挥混凝作用的关键，随着水解进程的推进，当H+不断产生后势必会导致酸碱度的下降，当酸碱度下降到一定程度或是投加了较多的混凝剂后，会对混凝效果造成影响。在这样的情况下，可投加一定的石灰或重碳酸钠以维持水质保持中性。另外，水温也是对混凝效果可产生明显影响的因素，通常情况下，应将水温控制在5℃以上的范围以保证水解速率。

8 效益分析

8.1 环境效益分析

矿井水在经处理后既可用于降尘消防，同时也可用作生活杂用，在很大程度上节约了水资源。经计算发现，该项目削减的污染物排放量为化学需氧量179.6t/a、悬浮物206.4t/a，水体总污染量的下降可最终获得更高的环境效益。

8.2 社会效益分析

当矿井水在经处理并应用于生产与生活多个方面之后，可在很大程度上减少天然地下水的开采量，进而可更好维持矿区地表地下水的最佳平衡状态，同时，矿井水在回收利用后可在很大程度上缓解矿区日益紧张的用水矛盾局面，进而确保生产正常化，确保企业的综合效益和更好的社会效益。

8.3 经济效益分析

在应用本技术之前，该煤矿单位年处理回用矿井水费用122600元，水处理成本0.61元/m3。经调查，四角地煤矿年产生矿井水约20万m3。矿井水通过处理后，每年可收集得污泥约250吨，污泥可全部作燃料销售。

经济效益计算如下：

经济效益＝免抽取地下水费用+污泥销售收入－处理矿井水费用

9 结语

矿井水虽然是一种带有较重行业特征的污染性水源，但如果给予一定科学处理后仍能成为一种比较宝贵的水资源。我们将煤矿矿井水进行一定处理后同时应用到工业与生活，不仅能较好缓解矿区缺水的困难局面，而且更是节约地下水资源的理想途径，经济、环境、社会效益俱佳。四角地煤矿矿井水处理技术经工艺及效益分析，其处理技术在全县有推广前景。