煤矿废水对环境的影响及综合治理研究

2016-11-18林倩倩

资源节约与环保 2016年8期

关键词：处理工艺矿井矿区

林倩倩

（晋中长泰安全科技有限责任公司山西晋中030600）

煤矿废水对环境的影响及综合治理研究

林倩倩

（晋中长泰安全科技有限责任公司山西晋中030600）

煤矿废水是造成矿区环境污染的重要因素，通过分析煤矿废水主要来源及其对矿区环境的影响，针对性地提出了矿井水、洗煤废水、生活污水、初期雨水相应的治理措施，实现了控制煤矿废水排放量、增加废水利用率、减少水资源浪费、降低环境污染的目标。

煤矿废水；污染影响；治理和回用

煤炭是我国的主体能源和重要工业原料，煤矿在社会经济发展过程中占据重要地位，近年来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量快速增长，生产力水平大幅提高，为经济社会发展做出了突出贡献。随着煤炭的开发利用，煤炭开采带来的环境污染问题也日益严重，其中废水排放带来的污染问题更为突出。因此，了解矿区水环境污染状况，研究行之有效的防治对策，阻止矿区环境恶化，具有极其重要的意义。

1　煤矿废水来源及环境影响分析

煤矿水污染源主要有煤矿开采过程中渗透的地下矿井水、煤炭洗选过程中产生的大量废水、煤矿职工日常生活排放的生活污水以及煤矿矿区初期雨水。

1.1矿井水

煤矿开采过程中，一方面揭露破坏了含水层、隔水层和导水断层，另一方面引起围岩岩层移动和地表塌陷，从而产生地下水或地表水向井筒或巷道涌水；在开采埋藏深度较小的煤层时，若煤矿区地形较低洼，大气降水也往往是矿井水的主要来源。每个矿井煤层埋藏条件和开采方式不同，矿井的涌水量也差别很大，目前我国矿井正常涌水量约为0.4 m3/t～0.8m3/t，部分矿井正常涌水量达到2.0m3/t，矿井涌水量虽大，但利用率不足40%，矿井水排放量已占全国废水排放总量的10%。一般矿井水酸碱性基本为中性、无有毒重金属物质，矿井涌水中含有的污染物主要为悬浮物（SS）、化学需氧量（CODcr）[1]。部分煤矿煤层中夹杂有硫铁矿等金属矿产，在氧和水存在的条件下，煤层或岩层中的金属矿被氧化，生成硫酸、亚铁离子、锰离子等，增加了矿井水酸度，所以特殊埋藏条件下，有些矿井水中铁、锰等金属离子也会出现超标现象。矿井水如果未经处理直接排入地下水或地表水系统，不仅造成水资源浪费，还对煤矿周边水系统造成严重污染，污染物质进入食物链后，会危害人体健康[2]。

1.2洗煤废水

煤炭洗选是利用煤和杂质(矸石)的物理、化学性质差异，通过分选方法使煤和杂质有效分离的一种加工技术。煤炭洗选可脱除煤中的灰分、全硫，提高煤炭质量，但煤炭在洗选过程中需要用大量清水进行分级，又经脱水后成为产品煤运出，余下的便是洗煤废水，根据洗煤实际经验，煤炭洗选产生的废水量约为0.24m3/t，除去精煤、矸石、煤泥带走的水分，洗选过程产生的废水约占加入清水的91%。截至2013年，我国规模以上（30×104t/年及以上）的选煤厂就达到了2000多座，原煤入选能力达到23.5×108t。据预测，到2017年，我国煤炭消费量在43×108t左右，入选的煤炭总量约为30.1×108t，届时产生的废水量约为722×108m3。洗煤废水污染主要表现在悬浮物质、金属离子超标，洗选过程中使用的药剂具有副作用，大量的洗煤废水外排不仅造成了水资源浪费，还会造成水体、土壤恶化，严重污染环境。

1.3生活污水

煤矿生活污水主要指煤矿职工生活过程中产生的废水，主要来源于矿区食堂用水、浴室用水、洗衣用水及宿舍用水等。从本质上说，煤矿生活污水与城市一般生活污水相同（不包括医院废水），只是地域不同。煤矿生活污水中所含的污染物主要为悬浮物（SS）、化学需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）及病菌微生物等[3]。由于煤矿地理位置远离城市，不能汇入城市管道进入城市生活污水处理厂进行统一处理，在煤矿自行治理过程中往往缺乏有效的治理手段，在经过简单沉淀过滤之后，便进行外排，甚至在一些矿区存在生活污水完全不经过处理，直接排入沟道的现象，造成周围地表水和地下水系统的污染，对人畜饮用水系统造成威胁。

1.4初期雨水

煤矿工业场地原煤在储存、运输、转载过程中易产生煤尘，煤尘最终会散落到地面，增大了煤矿工业场地的污染程度，而部分煤矿采取露天储煤的方式，污染程度更大。降雨初期，雨水溶解了矿区污染性气体，并降落至煤矿作业地面，由于矿区地面煤灰、粉尘含量较高，雨水冲刷矿区地面后，初期雨水中含有大量的污染物质，初期雨水污染程度较高，甚至超出普通城市污水的污染程度，直接排入河道，会给水环境造成一定程度的污染。

2　煤矿废水的综合治理

根据煤矿废水的来源、污染物的种类及危害分析可知，煤矿废水来源复杂，含有的污染物种类也复杂多样，若不采取有效手段进行净化，往往会对矿区周围的水环境及土壤环境造成危害，甚至还会对人畜健康造成威胁。我国是一个相对缺水的国家，对煤矿开采过程中产生的废水进行收集和处理是一个相当紧迫的问题，加强煤矿废水的净化不仅可以大幅减少水资源的浪费，同时又可以降低煤矿废水对环境的污染。

2.1矿井水

为有效提高矿井用水的净化和利用，我们应当选择合适的矿井水处理系统，目前一般采取在工业场地建设矿井水处理站的方式，建议矿井水处理站与敷设排水、供水管路的井筒距离不要太远，以方便排水、供水，节省投资。

矿井水酸碱性基本为中性、无有毒重金属物质，主要是化学需氧量（CODcr）和悬浮物（SS）超标。一般矿井水中均含有一定量的CODcr，主要是由煤粉引起的，由水中还原性碳元素所致。所以，矿井水治理主要是治理SS，随着SS去除CODcr也能随之而去除，处理方法一般采用调节→混凝→沉淀→过滤→消毒处理工艺[4]。对于酸性矿井水来说，可在上述处理工艺流程中加入中和法工艺，具体是利用石灰石中和酸性矿井水，最终生成不溶于水的Ca的碳酸盐和中性水，进一步沉淀和过滤后，即可回用或外排；对于铁、锰、磷等元素含量超标的矿井涌水，在水处理工艺中要增加除铁、除锰或除磷等处理工艺。根据现有煤矿矿井水处理经验，矿井水排出地面进入矿井水处理站，经混凝、沉淀、过滤、消毒、除铁、除锰、除磷等工艺处理后，CODcr处理效率达60%、SS处理效率达85%、铁、锰等金属离子处理效率达40%，能够达到井下消防洒水及井下黄泥灌浆等用水标准。为了进一步提高矿井水中污染物的处理效率，在实际水处理工艺中可根据矿井水回用用途，在以上工艺之后增加活性炭或石英砂深度处理工艺。根据相关政策，截止到2020年，在水资源短缺矿区、一般水资源矿区、水资源丰富矿区，矿井水利用率分别不低于95%、80%、75%。矿井水处理工艺流程图见图1。

图1　矿井水处理工艺流程图

2.2洗煤废水

为了避免洗煤废水外排浪费，对其实现闭路循环具有重要意义，这就要求在煤炭洗选过程中完全做到煤泥全部由脱水机械回收，尾煤浓缩机溢流和煤泥浓缩机溢流水均作为系统的循环水，实现洗水全部复用，工业用水零排放。但在系统实际运行过程中溢流的洗煤废水浓度有时会较高，如果直接返回到流程中势必对系统造成一定程度的负面影响，建议在煤炭洗选过程中利用化学药剂对洗煤废水中的悬浮物进行固液分离，通过沉淀过滤使水澄清；或者直接选用具有沉降过滤功能的离心机，并进行多段浓缩，通过进一步净化，提高溢流水的清洁度，这样做到循环利用，节约成本，降低污染[5]。

2.3生活污水

煤矿生活污水处理和排放可按照城市生活污水处理和排放标准进行，同时还可以考虑将处理过的生活污水回用于煤矿工业场地除尘洒水、绿化洒水及煤炭洗选用水中，尽量做到全部回用，回用不完全的达标外排。

目前适用于煤矿小型生活污水处理工程的处理工艺主要有生物接触氧化法、厌氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法处理工艺。其中生物接触氧化法处理工艺又分为一级接触及多级接触氧化法；厌氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法又根据污水中是否需要脱氮或除磷等要求确定，脱氮为主时采用缺氧工艺，除磷为主时采用厌氧工艺。同时为了提高生活污水中污染物的处理效率，在实际水处理工艺中可根据生活污水原水水质情况，在以上工艺之后增加活性炭或石英砂深度处理工艺。生活污水经上述工艺流程处理后，污染物处理效率分别能达到：CODcr75%、BOD585%、SS80%，能够达到相关标准中对生活污水再生利用的要求。生活污水处理工艺流程图见图2。

图2　生活污水处理工艺流程图

2.4初期雨水

为防止降雨对场地内原煤冲刷，煤矿原煤储存禁止采取露天储煤的方式，根据场地地质条件，可采取筒仓或全封闭储煤库的方式，既能防止粉尘污染，在降雨天气，还能够有效防止降雨对原煤的冲刷。为了进一步减少初期雨水在地面漫流后水中污染物的含量，防止含污染物较高的初期雨水对河流造成污染，最好的处理方法是初期雨水经过沉淀后再排入河流。具体措施为在工业场地内原煤储存区地势最低处设置初期雨水收集沉淀池，初期雨水经收集沉淀后回用于工业场地洒水抑尘或外排，既减少了水资源浪费又降低了污染。