煤矿含悬浮物矿井水净化处理技术分析

2018-03-29史伟

山西冶金 2018年2期

史伟

（汾西矿业（集团）有限责任公司柳湾煤矿环保科，山西孝义 032303）

煤炭是我国能源结构中最重要的组成部分，随着煤矿资源的不断开采，我国的煤矿资源不断缩减，煤炭的开采阶段排放的大量废水以及煤炭燃烧排放的废气等等，都给我国环境造成了严重的破坏。例如：煤矿矿井废水中含有大量的煤粉、岩石碎末、悬浮物和微生物等等，呈黑灰色，携带刺激性气味，不仅阻碍了煤矿开采企业的健康发展，还对周围居民的健康造成了严重的威胁[1]。

1 矿井水的水质特征

首先，在煤炭开采时，会产生大量的含煤粉、岩粉和黏土等物质，这些物质与地下水混合形成含悬浮物的矿井水。这些煤粉颗粒大小不一，虽然一般情况下密度只有1.5 g/cm3，但是地表水中泥沙颗粒物的密度却可达2.4～2.6 g/cm3。因此，粒径差异大、密度小、沉降速度慢是含悬浮物矿井水的主要特点。

其次，有机物和无机物混合在一起，经过长时间的煤化反应就会形成我们所说的煤炭资源。煤分子结构大小、煤粒表面所带电荷的数量以及亲水程度会因煤化程度的不同而有所差异。通常煤分子所含的憎水物质会随着煤化程度的提高而增多。悬浮物矿井水中煤粉与无机混凝剂的亲和能力很差，因此很难与矾花结合，导致混凝沉降处理方法难以发挥效果。

最后，由于含悬浮物矿井水中含有大量的煤粉，使得矿井水呈现黑色，感观性状差。虽然含悬浮物矿井水中悬浮物的含量只有几十至几百mg/L，但在井下水仓清仓时却十分困难，因为井下悬浮物的含量往往都高达上万mg/L。不同的悬浮物含量和煤屑占悬浮物的比例关系CODer差异较大，但是CODer与悬浮物的多少呈正比例关系，所以只要解决悬浮物的问题就能解决CODer问题。

2 处理工艺及构筑物的选择

2.1 处理工艺

在煤矿矿井水处理中大部分用于处理江河、湖泊水的构筑物，例如预沉调节池、反应沉淀池（或澄清池）、过滤池、一体化净水器等都被采用。有的矿井水成分比较简单，只需要进行简单预沉就能达到排放标准，但是有些矿井水成分就比较复杂，需要经过混凝、反应和沉淀（或澄清）等环节后，才能向外界排放。为了实现资源的优化利用，很多企业都会将废水进行循环利用，有些处理过后的水可以不用沉淀就可以再次用于生产，大大提高了污水处理效率；如果是生活用水，则需要进行消毒、淡化等处理[2]。

2.2 混凝剂及混合方式

使用混合剂对悬浮物进行处理，操作方便，因此，大部分企业都会使用铝盐或铁盐混凝剂净化含悬浮物矿井水。其中聚合氯化铝和聚合铝铁是使用最为广泛的铝盐和铁盐，聚丙烯酰胺和天然高分子絮凝剂则是常用的絮凝剂，需要注意的是部分含悬浮物矿井水还需要加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺进行配合，才能达到理想的净化效果。

2.3 构筑物处理

构筑物处理方式是各行各业常用的污水处理方式之一，常用的包括：预沉调节池、沉淀池、气浮池、澄清池以及滤池等。首先，对含悬浮物矿井水进行净化处理，都要使用预沉调节池进行初步的处理，常见的预沉调节池可利用地表塌陷区作为蓄水池。之后需要经过反应絮凝，通过隔板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、涡流絮凝池等多种形式进行处理。然后再进入下一环节-沉淀池，平流式沉淀、斜管（板）沉淀、迷宫斜板沉淀都是多数企业常用的沉淀池，除此之外还有气浮池，但是在实际中气浮池使用比较少。接下来就是要对经过以上处理过的水进行澄清处理，水力澄清、机械澄清、脉冲澄清是在实际处理中常见的澄清池，其中水力澄清操作简单、成本比较低，因此使用得最为广泛。最后一步是使用滤池对水进行过滤，有普通快滤池、无阀滤池和虹吸滤池几种类型，为了降低净化成本，使用比较多的是快滤池和重力式无阀滤池。无烟煤、石英砂等材料具有易获取、成本低的特点，常常被用于滤池的滤料。

2.4 消毒

如今节能减排理念已经深入人心，煤矿开采企业也越来越重视矿井水的循环利用问题，因此，矿井水经过处理后通常会被再次使用，根据使用用途不同采取的处理方式也不同。如果是作为生活用水使用，必须要对其进行消毒处理，达到相关要求后才能使用。通常情况下，多数企业都会采用次氯酸钠发生器、二氧化氯发生器或液氯对矿井水进行消毒。一般水量较大的矿井水才会使用液氯，规模较小处理厂往往都是直接使用二氧化氯进行消毒[3]。

3 存在问题

3.1 处理规模选择不当

近几年来，随着可持续发展理念深入人心，环保问题成为人们关注的焦点，为了降低生产成本，提高资源利用率，许多煤矿企业已纷纷将处理净化后的矿井水用于生产和生活。由于部分企业没有对生产和生活中的矿井水用水量进行科学合理的计算，盲目确定矿井水处理厂的规模，导致部分矿井水处理厂刚投产不久，就出现处理规模太小或者规模过大，处理厂人力物力成本难以维持日常运营的状况，造成人力和财力的巨大浪费。

3.2 处理工艺选择不当

1）一体化净水器工艺的使用。目前，一体化净水器处理具有占地面积小、操作简单，能够集反应、过滤和沉淀为一体，被国内大部分煤矿含悬浮物矿井水净化处理厂广泛使用，由于矿井水含有微量油等物质导致一体化净水器中塑料滤珠易结团，大大降低过滤效果。

2）在实际中，不少企业都会采用混凝沉淀+一体化净水器的工艺对矿井水进行净化处理，首先要使矿井水达到排放要求，需要加入一定的药剂进入含悬浮物矿井水中，使其混凝沉淀；然后利用一体化净水器进行深入的处理（二次加药），使矿井水能够符合生产和生活标准。

3）设计参数不合理。许多含悬浮物矿井水处理工程多采用江河、湖泊水质设计参数作为主要处理构筑物的设计依据，导致斜管沉淀池表面负荷取值较大，难以保证出水量和水质符合设计要求，进而增加过滤设施负荷，严重影响滤后水质，而且还需经常反冲洗，大大降低产了水量。

4）药剂选择或投加不当。投加混凝剂种类和数量要根据不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度来决定，混凝处理的解稳机制与混凝药剂的选择以及药剂投加量等问题有关，同一种药剂，不同的生产厂家质量也有所差别。因此必须重视药剂的选择和剂量的控制，尤其是液体的混凝剂，一旦混凝药剂选择和投加不当，就会严重影响煤矿矿井水处理效果。