煤矿井下废水处理与利用

焦元元

(山西西山煤电股份有限公司镇城底矿，山西 太原 030203)

水资源是人类不可或缺的资源，同时煤炭也是我国的主要能源供应形式。根据有关研究资料[1-2]，矿井每开采1 t煤炭需要排放约2 t矿井废水。若将煤炭生产过程中产生的废水直接排放，不仅会造成水资源的极大浪费，而且也会给矿区生态环境带来不利影响。尽管现阶段我国矿井水资源利用程度得到显著提升，但是矿井废水排放仍是矿井生产过程中面临的一个重要的环保问题[3]。一般而言，矿井排放的废水中含有较高含量的固体悬浮物、重金属以及有机物等，煤炭企业需要对矿井废水进行科学处理，从而实现水资源的综合利用，提升矿区生态环境[4-6]。本文以山西某矿矿井水综合处理与利用为工程背景，对矿井废水处理工艺进行详细阐述，以期能提升水资源有效利用率。

1 矿井概述

山西某矿设计生产能力为3 Mt/a,设计矿井废水处理量为5 000 t/d，回水量在1 800 t/d。废水处理厂设计处理的矿井废水参数见表1。

表1 设计处理的矿井废水参数

矿井工业废水经过处理后可以满足有关标准规范要求，可进行直接排放；回水水质可以满足《生活引用水卫生标准》要求，用以职工澡堂洗浴使用。

2 矿井废水处理工艺

2.1 矿井废水特点

矿井废水一般可以分为酸性废水和非酸性废水。根据水质检测及现场勘验，发现该矿井下废水属于酸性废水，pH值介于4～5，具备多数矿井废水特征：1) 矿井废水内含有含量较高的悬浮物，色度高，水质变化大，悬浮物含量显著高于地表水体；2) 矿井废水中的悬浮物粒径小，从而导致沉降速度低。该矿废水中悬浮物粒径超过85%在50 μm以下，悬浮物粒径一般在2 μm～8 μm；废水中悬浮物的密度在1.3 g/cm3～1.5 g/cm3，较地表水体中泥沙类悬浮物(密度在2.5 g/cm3左右)低许多；3) 废水中化学需氧量(COD5)高。主要是由于矿井废水中含有乳化油、机油、坑木等有机物，同时废水中的煤屑还原也会造成COD5超标；4) 矿井废水中重金属离子超标，其中最为常见重金属离子为Fe2+、Mn2+等。

2.2 矿井废水处理与利用技术

现阶段，对矿井废水处理与利用工艺有多种选择，其中，以沉淀+过滤工艺应用范围最为广泛。根据该矿废水特征，对沉淀+过滤废水处理工艺进行优化，增加初沉、混凝以及深度处理等工艺过程。主要是由于该矿废水中含有较高含量悬浮物，增加初沉工艺实现对矿井废水中较大粒径悬浮物预先沉淀。矿井在生产中，排除的水量以及水质存在较大差异。一般情况下，矿井排水选择电费较低时段进行，需要在排水口设置容积较大调节池。本工程将初沉池与调节池合二为一，不仅具备水量调节功能，而且还可以起到初沉效果。

混凝沉淀是矿井废水处理中的一个重要环节，选择的絮凝剂应价格便宜、对水质无不良影响、净水效果显著，一般常用的絮凝剂有铁盐、铝盐絮凝剂两种。主要作用是处理矿井废水中粒径较小的悬浮物，同时，若选取的絮凝剂合理，还可以有效去除废水中的Fe2+、Mn2+等离子。

鉴于矿井产生的废水悬浮物含量高、可生化性低特征，具体矿井废水处理流程为：矿井废水经过初凝→混凝→斜板沉淀→过滤后可以实现稳定出水且排放的水可以满足有关标准要求。对矿井废水进行深度处理可以采取反渗透工艺，为了确保深度处理工艺可以有效、持续进行，需要对水中容易引起反渗透系统出现堵塞的易结垢物质及絮凝成分去除。

采用的水处理工艺具有水量、水质波动小的特征，通过初沉调节池可以有效缓冲水质、水量变化，从而确保水处理系统处理后的出水水质；方便管理、系统运行可靠、流程简单、维护及管理便捷；水处理系统中的各水处理单元结构布局紧凑，能够节省占地以及基建投资；采用斜板沉淀池，沉淀泥浆通过脉冲气流运输，不会出现堵管情况，不需要进行额外冲洗，沉淀效率高。

具体矿井废水处理工艺流程如图1所示。

图1 矿井废水处理工艺流程

2.3 主要设备类型及参数

在预沉调节阶段，采用的调节池容积为1 250 m3,采用2台型号为250YW600-25-75提升泵，提升能力为250 m3/h，采用1台型号为HJX3-10.4桁架式吸泥机，跨距及行程分别为12 m、26 m，功率为1.85 kW;混凝沉淀池添加PAM助凝剂及PAC混凝剂，采用2台框式搅拌机，单台设备功率为2.25 kW；高效斜板沉淀池设计流量为210 m3/h，采用4个斜板沉淀池，每个沉淀池设计流量53 m3/h，采用2台排泥泵，具体参数为：Q=15 m3/h，N=3 kW，H=20 m；多介质滤池设计流量为210 m3/h，池体规格12 m×6 m×4.6 m，铺设滤料层厚度2 m；采用2台反冲洗泵，具体参数为:Q=300 m3/h，N=30 kW，H=22 m;采用2台反冲洗风机，具体参数为:Q=13.75 m3/h，N=322 kW，P=58.8 kP；深度处理车间设计处理能力为1 800 t/d，车间规格为16 m×6 m×7 m，主要的处理设备为1台石英砂过滤器，1台型号DN3200活性炭过滤器，1台DPC精密过滤器，1台反渗过滤器。

3 结语

根据山西某矿生产过程中排出的矿井废水特征以及矿井实际情况，提出了具体的废水处理工艺。该废水处理工艺具有占用空间小、投资小、便于操作以及运行稳定等特点，具备较强的抗水质及负荷冲击能力，在矿井废水处理中表现出显著的优越性。对于矿井废水回用采用混凝沉淀、过滤以及深度处理等措施后，处理后的水质可以满足矿井后续回用需要。该矿矿井废水处理工程已于2018年2月投入运行，截止到2019年6月，各处理设备运行良好，矿井废水处理后排出的水满足《生活饮用水卫生标准》等规范要求，可以用于矿区职工洗浴、园林绿化等。