煤矿综合废水处理及回用技术研究

李素媛

(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西 大同 037003)

作为世界上最大的煤矿开采国，我国在煤矿废水处理领域的发展相对落后。相关调查显示，我国有近乎一半的煤矿不进行废水处理，这在很大程度上造成了环境污染和水资源浪费。为了扭转煤矿废水处理这一领域的现状，本文着重介绍废水的综合处理和煤矿的回收利用。

1 煤矿废水概述

1.1 煤矿废水来源

煤矿产生的废水大多来自于矿井涌出的水，洗煤过程中产生的废水以及不稳定矿物成分的浸出。煤巷中的地下水在压力下流入街道，然后从街道流出，这些水中含有很多污染物。洗煤废水包含部分小直径的颗粒，主要是碳矿中的碳块和黏土材料。由于洗煤废水中的悬浮颗粒物比较小，简单的筛除和过滤很难做到完全清除，导致排放出来的洗煤废水异常浑浊。

1.2 煤矿废水的危害

相关数据显示，矿井水一般含有CODcr和SS，而这两种物质呈酸性且有一定的毒性。因此，带来的水污染问题十分严重，甚至会对区域内的地下水和地表水系统造成严重破坏。另外，油类污染物在煤矿中很常见，这种水残留在地面上很难去除。一旦油膜在地面孔隙之间形成，就会破坏土壤原本的内在结构，阻碍微小分子的自由活动。这将会导致庄稼吸收不到养分而变得不在生长，甚至会导致庄稼死亡甚至大面积绝收。通常情况下，煤矿的大多数污染来源都是因为有机物。煤矿企业在对煤矿进行开采运输时所产生的细小粉末留到水中，就会造成水污染，带有水污染的水通常显示为灰色和黑色，有些污水还呈现泥状和油污状，一旦油污进入到水体中便会大量聚集在一起，经过发酵最终会产生大量微生物，这些微生物一旦数量过多，便会导致整个水体水质变差，不仅会影响水环境质量，甚至会滋生细菌和病毒，对水体周围的生态系统造成严重威胁[1]。

2 煤矿废水再生回用现状

煤矿开采会用掉大量水资源，因此，煤矿也是我国工业用水的主要生产单位。由于水资源的匮乏，很多煤矿在开采生产过程中往往因水资源短缺而不得不减产，甚至是停产。煤矿矿井涌水主要来自周围环境的地下水和地表水。地下水是由于含水层、隔水层以及煤矿开采过程中缺乏导水装置而沿着道路流下的涌渗水。同时，由于地表的塌陷和顶板岩石的塌陷，地表水流入井道或道路。矿井涌水还包括煤炭生产过程中矿区除尘和防火的水。由于矿井水来自地下水，矿井水的污染程度较轻，矿井水的质量与一般城市径流相似，但不同于城市污水。这部分水包含大量悬浮固体，需要进一步处理以减少对周围环境的破坏。

在采矿的第一阶段，排水量随降水量的增加而增加。在表层部分这种关系更为明显，但在开采的中后期，相应的关系并不明显，也就是说，降水增加，排水量几乎增加很小或没有增加。我国的矿山属于采矿的末期，降水量与矿井涌水量关系不明显，涌水量变化不大。

3 煤矿综合废水处理技术

我国煤矿废水的处理技术分别是物理化学法、生物处理法和自然生态处理法。

3.1 物理化学法

物理化学法是一种完善的煤矿废水处理技术，该技术主要通过物理和化学的作用进行煤矿废水的处理。提取、膜分离、氧化吸附等典型技术属于物理化学方法的范畴。

3.2 生物处理法

除了物理化学法外，生物处理法也是煤矿生产废水处理的常用技术，在生物处理中，氧化沟处理属于典型技术，是一种活性污泥处理系统。该技术的应用可实现余下的煤制水中总CODCr和总氮去除量的76.7%。因此，这种复杂的废水处理技术具有很高的实用性[2]。

3.3 自然生态处理法

除以上两类外，自然生态处理法还广泛应用于我国煤矿废水综合处理技术中。湿地处理、土地处理等都属于该方法的类别。在自然生态处理的应用中，该方法通常可以与矿井综合废水处理之间形成有利局面。

4 煤矿废水的回用再生技术

4.1 混凝沉淀工艺

混凝沉淀是一个复杂的过程，将物理和化学原理与生物作用原理结合在一起。混凝沉淀工艺是在充分发挥磁分离的理化原理以及生物学原理各自优势作用的基础上，将两者有机结合，通过把磁尘添加到常规的凝结和沉淀过程中，可以将煤矿废水中的细小灰尘、碎末聚集在一起，进而形成絮凝的一种新的污水处理工艺。该工艺的优点是絮凝效果好，磁性粉尘可以通过磁粉回收。但是这种工艺的成本相对较高，且不适用所有地区，还没有被广泛应用，技术的成熟度有待提高，因此，限制住了这种方法的推广与实际应用。

4.2 物理过滤技术

物理过滤技术主要是依靠物理颗粒和滤网之间的相对尺寸来过滤出污染物颗粒。一般而言，过滤介质的表面积或所用滤层的粒度小于排气颗粒，进而起到净化水质的作用。现阶段，基于物理去污原理的去污方法分别有深床过滤、转盘过滤和滤布过滤技术等，在二次废水处理之前需要进行混凝、沉淀和过滤以进行高级处理，还涉及活性炭吸附，超滤膜和高级氧化的过程[3]。

4.3 生物滤池工艺

生物过滤器(滴滤池技术)的技术是在介质过滤材料中填充生物膜的床，并同时连续吹入氧气以维持微生物的呼吸。通过消耗废气中的有机物，微生物会减少水中有害物质的成分。微生物经过生存和繁衍之后，能够持续消耗废气中的有机物。当需要进行处理的煤矿废水经过介质时，养分和氧气会跟随要处理的水扩散到生物膜里。之后，氧气和养分将与废水中的微生物发生同化反应，进而通过微生物过滤其他杂质。生物滤池工艺主要用到了生物、物理和化学方面的原理，因而，运用生物滤池工艺进行废水回用的方法的效果较好。但更适合在污染严重和营养丰富的水质中运用，缺点是在废水再生的实际实施中，对微生物的生长条件有一定要求。

4.4 其他技术

膜处理技术包括膜微滤和超滤技术、纳滤、反渗透、膜生物反应器技术等。它基于微生物分解和膜分离工艺用于废水处理。将超滤/微滤系统和反渗透系统等重要的组成部分安装在曝气池中，从而消除了传统的二次沉淀池，处理后的水质更好，它可以直接用作饮用水。膜的直径为102 nm～104 nm或更大。过滤效率与微量元素的大小和去除部位有关。此外，它还具有臭氧氧化技术，具有很强的氧化能力，臭氧氧化常用于消毒，属于常温常压下可输送的气体。废水必须现场处理，对废水进行快速消毒杀菌效果好，而且处理技术相对环保。臭氧将被还原为氧气，从而可以增加水中的溶解氧，而不会产生污泥和二次污染。

5 结语

随着我国经济的不断发展，国民生活水平的不断提高，人们的日常生活、生产对于水质的要求变得更高，再加上构建环保型社会的基本理念的持续推进，需要加强煤矿综合废水的处理与回收利用能力，不断创新废水处理技术和回收利用技术，从而在解决煤矿废水排放问题的同时，实现保护自然生态环境的基本目标。