复杂成分矿井水处理工艺研究

刘 斌

鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司

复杂成分矿井水处理工艺研究

刘 斌

鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司

煤矿企业日常运营中，多以物理化学沉淀方法对矿井水进行处理。当前，计算机技术和机械化在煤炭生产中应用很普遍，其能够借助前段曝气生物降解技术对复杂成分矿井水进行处理，以提高整体水质，从而对中水回用范围进行拓展。本文着重对复杂成分矿井水处理工艺进行论述，实现地下水资源的合理利用，提高煤矿开采质量。

复杂成分；矿井水；处理工艺

1　前言

近年来，我国水资源严重缺乏，煤矿运营过程中的生活用水和生产用水也异常短缺。但是，企业负责人并未对节水问题进行明确认知，依然只是对矿井水进行单一的处理之后，进行排放，既对周边环境产生了负面影响，也引发了水资源浪费问题。煤矿生产经营中，要认识到处理复杂成分矿井水的重要性，采用相关工艺对其进行处理，使其转化为中水，应用到煤矿生产中，以有效节约地下水资源，实现效益最大化。

2　矿井水及水质特点

矿井排水的来源主要是煤矿生产中的废水和岩层裂隙水。其很浑浊，呈黑灰色，并且含有大量的固体悬浮物。矿区的水文地质条件、水动力学、矿床地质构造和开采等，都会对矿井排水的水质产生影响，降低水源质量。

矿井水中含有大量负电性成分，颗粒之间的静电斥力使其处于分离状态，很难形成大颗粒。同时，胶体带有电荷，能够与周边水分子相互作用，形成水化膜，对胶体的组合产生干扰。

悬浮颗粒的湿润度会对矿井水中的悬浮物颗粒和混凝剂粘接性产生影响。煤具有疏水特点，可以用接触角大小对水代替煤表层气体的难易度进行衡量。煤表面无机物和有机物呈现复杂结合状态，是煤润湿性的重要影响因素。典型的煤化阶段煤种的煤粉润湿接触角为褐煤40-63°、长焰煤60-63°、气煤65-72°、肥煤71-75°、焦煤86-90°、无烟煤84-93°。这些数据表明，煤化阶段增高，会减少其表面极性官能团数量，提升其芳香度，严重削减其润滑性，并增加接触角度。如果确定煤种，表明矿井水和混凝剂的亲和能力也得到了相应的确定［1］。

3　矿井水处理技术

物理化学沉淀法在煤矿生产企业矿井处理工艺中应用比较普遍。其原理是混凝土经过反应之后，生成絮团，借助斜管沉淀，对悬浮物进行去除。沉淀构筑物以机械加速澄清池为主。该设施的特点是运行成本低，且具备很强的可操作性，并对冲击负荷进行抵抗。处理单一煤尘颗粒岩层裂隙水的时候，其水质能够达到COD≤45mg/L 和SS≤20mg/L。

生产理念的革新和机械化水平的提高，使矿井生产工序也有所转变，很大程度上提高了其开采质量和效益。而矿井排水系统中也包含大型液压支架、工作面降尘、运输及设备转载等用水，使矿井排水成分更加复杂，包括乳化液、煤粉、矿物油等。传统水处理构筑物已经不能够对当前水质背景下的矿井排水进行处理，不仅增加其加药量，也会出现絮团上浮等。加之，矿井水中仍然含有大量的矿物油和乳化液，使COD含量比较大，使得水质更差，中水应用范围受限，也会对其周边河流产生严重污染，对生态环境带来不良影响［2］。

4　研究目的与设计理论

近年来，前段曝气生物技术以其成本优势和效益优势逐渐被应用到水质处理中，其应用原理是对可溶性有机物和微粒化矿物油进行降解和沉降，提高矿井水质。相关负责人要结合矿区具体情况，应用正确的工艺进行矿井水处理，将其负面环境干扰降到最低。

应用曝气池、沉淀池、污泥回流系统、排除系统构成活性污泥法。在曝气池中，使污水和回流活性污泥同时生成混合液，然后借助空气扩散装置，使压缩空气进入污水中，增加污水中的溶解氧，给微生物提供充足氧气，并在剧烈搅动下，实现微生物悬浮。当溶解氧、活性污泥和污水混合之后，活性污泥颗粒会对污水内部的污染物进行吸附，使其处于菌胶团表层。如果氧气充足，微生物对有机物进行吸收、氧化、分解，形成二氧化碳和水。混合液经过净化之后，进入二次沉淀池，混合液中的活性污泥浮起，与其他固体物质同时沉淀，与水分发生分离。该种方式能够对矿井排水中的乳化液、煤粉和矿物油等进行分解，使矿井水得到净化。

如果在原有的矿井水处理系统中，增加曝气池和二次沉淀池等，很难达到良好的祛除效果。因为，其会增加对场地面积的要求，且其经过沉淀池预沉之后，会降低矿物油和乳化油浓度，减少活性污泥水量，减缓增殖速度。

以序批式活性污泥法为基础，在同一池中，实现均化、初沉、生物降解和二沉等，从而对增加构筑场地和污泥回流问题进行有效解决。对周期循环活性污泥法进行应用，能够对场地问题进行解决，使矿井水处理系统时刻处于连续运行状态［3］。

以某煤矿为例，其水质中含有大量的乳化液和矿物油，对水处理构筑物进行增加，在好氧生物降解工艺背景下，使其成为有池体和隔板构成的双向循环曝气池。该背景下总共有三条廊道，中间和两侧分别为曝气区和沉淀区，并在其内部对斜管填料进行设置。三条廊道池底都包含曝气装置，两侧廊道处于沉淀和曝气交替运行状态，有助于节省污泥回流系统，也能够对传统的间歇排水缺点进行有效控制，不需要专门的排水设备［4］。

5　水处理构筑物

5.1工艺水流向处理

双向循环曝气池被廊道挡墙分割成三部分，将曝气装置设置在底部，使矿井水分别由底部配水和层流进水进入廊道，再通过廊道下部布水口流进中心廊道主曝气区。在主曝气区内，活性污泥好氧生物对污水进行处理，对水中的有机污染物进行吸附和消化，然后对其进行沉淀，并将溢流堰设置在水流末端，使水流出。

循环处理之后，对水流进行转换，转换之后，进水部位为溢流堰侧底部。再经由主曝气区处理，分别由上一循环处理流程进水，侧溢流堰出水。

5.2构筑物结构

双向循环曝气池结构是整体钢砼，通过廊道挡墙对池体进行分割，中间和两侧分别为主曝气区和沉淀区，主曝区主要进行生物好氧处理，在其内侧敷设蜂窝斜管，对活性污泥进行沉淀，并在沉淀区的末端池底对集泥斗进行设置，确保经由管路对多余的活性污泥和无机颗粒排出［5］。

6　水处理构筑物设计和建设

矿井水处理系统对沉淀池进行调节，对大颗粒固体悬浮物进行消除，使水质更加均匀。对其进行预沉淀之后，废水中的固体悬浮物呈现均匀细小状态，并包含溶解有机物和矿物油。构筑物的容积受生物处理接触消化时间决定。该煤矿水处理构筑物在主曝区和沉淀池敷设了300m2的蜂窝斜管，规格为φ80mm，并在池底对旋切式曝气管和微孔曝气器进行设置，通过罗茨风机进行风力输送，并在出水口设置不锈钢溢流堰。

7　水处理构筑物运行和处理效果

双向循环曝气池沉淀区的进水和曝气系统具有同步性，主曝区始终处于曝气状态，并将三条廊道的切换时间控制在30min，使活性污泥时刻处于悬浮状态，通过排泥管路对沉淀区末端集聚的固体悬浮物和超龄活性污泥排出。在矿井水处理系统中，对双向循环曝气池进行应用，其具有稳定性，且水质均匀。处理之后的水质达到COD≤20mg/L和SS≤10mg/L。

8　结语

复杂成分矿井水处理是煤矿生产和运营过程中的基本诉求。煤矿负责人要结合具体的煤矿发展背景，应用合理的处理工艺，对煤矿中的复杂成分矿井水进行净化和处理，降低水中的污染物和有害物质含量，并对其进行再次应用，将煤矿生产过程中的水资源浪费降到最低，以构建干净整洁的煤炭生产环境，实现经济效益和环保效益的最优，推进我国煤矿企业的快速发展。

［1］殷涛，赵喜庆，等.复杂成分矿井水处理工艺的研究与应用［J］.山东煤炭科技，2014，（11）:167-169.

［2］何绪文，李福勤.煤矿矿井水处理新技术及发展趋势［J］.煤炭科学技术，2010，（11）:17-22+52.