煤矿矿井污染水的资源化技术研究与应用
2021-09-06柳争艳
柳争艳
(山西晋新科源环保科技有限公司,山西 太原 030024)
引 言
煤矿开采过程中会涌出大量的水,但煤矿开采时产生的煤粉、岩粉以及机械设备漏油等都会对矿井水造成不同程度的污染[1]。在以往的工程实践中,通常都是对这些污染水进行治理,使内部包含的污染物浓度降低到排放标准以内,然后直接排放[2]。我国属于水资源匮乏国家,很多地区都缺乏清洁的水资源[3]。因此,针对矿井污染水进行综合治理,使之成为可以利用的水资源,是很多煤矿企业不得不面对的问题[4]。矿井污染水的资源化处理,不仅可以为煤矿企业创造良好的经济效益,还可以为国家创造良好的社会效益和生态效益,是未来矿井污染水治理的必然发展方向[5-6]。本文主要以某煤矿矿井污染水的治理方案为例,对其资源化处理技术方案进行详细介绍。对于提升水资源利用率,推进生态文明建设具有重要的实践意义。
1 煤矿矿井涌水情况及水质分析
1.1 矿井涌水量
矿井在对煤矿资源进行开采时不可避免的会涌出大量的水,水的来源主要包含三个方面。第一为大气降水,煤矿矿井所在地区的年降水量在374 mm~1 500 mm范围内,年平均降水量达到了750 mm左右。大气降水较为丰富,会加大煤矿开采时的涌水量;第二为地表水,矿井附近有多条河流和水库,可以对地表水进行有效补充;第三为矿井老空水,由于煤矿已经开采多年,存在很多已经开采结束的工作面,里面会积累很多水资源。矿井在开采的初始阶段涌水量相对较小,每个月的涌水量平均在3.6 万m3。随着煤矿开采时间的不断推进,涌水量越来越大,到开采中期时达到了90 m3/h,截至目前涌水量最高时已经超过了130 m3/h。
如图1所示,为矿井近10年平均涌水量统计情况,由有图中数据可以看出,近10年来每年平均的涌水量基本超过100 m3/h。每年涌水量存在差异的原因主要是受到地表水、大气降水等外部因素的影响,但近年来矿井中的涌水量有逐渐增加的趋势。矿井的涌水量充足,如果可以对这些污染水进行资源化处理,完全可以满足矿井的生产和工作人员的生活需要。矿井涌水可以作为资源化处理的来源,水源是可靠的、稳定的。
图1 煤矿矿井近10年平均涌水量统计情况
1.2 矿井水水质分析
对煤矿污染水进行资源化处理的前提是掌握污染水中包含的污染物种类及其含量大小,只有这样才能针对性地对其进行综合处理,从而降低矿井污染水中的各类污染物指标,将其控制在标准范围以内。对矿井公园水进行资源化处理是需要重点考虑的,指标主要就是悬浮物、COD、BOD5、pH值、总大肠菌群、总硬度等,利用专业检测技术对上述指标进行检测后,得到的结果,如表1所示。可以看出,矿井污染水的污染情况比较严重,各项指标均超过了标准值。
2 矿井污染水的资源化技术整体方案
2.1 方案基本要求
对于普通地下水而言,基本没有受到污染,主要是细菌总数、浊度等指标未达到基本要求,只需要经过简单处理就可以达到使用标准。但对于煤矿矿井污染水而言,内部包含有很多悬浮物、各类污染物等,必须进行综合处理才可以达到资源化的目的。通常矿井污染水除细菌总数、浊度等指标超标外,矿化度、硬度等指标也严重超标。在制定矿井污染水资源化处理方案时,需要明确污染水的水质情况、资源化以后的应用对象,因为应用对象不同,对水质的要求也存在差异。
结合煤矿生产实际需要,对矿井污染水进行资源化以后的应用对象主要包含两个方面:其一为矿井工作人员的生活饮用水,这对水质的要求相对较高;其二为生产用水和生活杂用水,这对水质的要求相对较低。另外,考虑到近年来矿井的平均涌水量,要求对污染水的资源化处理能力与之相匹配,即达到120 m3/h。其中,生活饮用水要求达到10 m3/h,剩下的作为生产用水和生活杂用水。
2.2 资源化技术方案设计
对污水进行资源化处理以后,主要作为生产用水和生活杂用水,比如洗煤厂中的生产用水、煤矿生产区域的绿化用水、道路洒水清洗等。这部分水质要求相对较低,只需要对矿井污染水进行初步处理即可。而煤矿工作人员的饮用水要求相对较高,需要进行进一步的过滤和消毒处理后才能够使用。根据煤矿矿井污染水资源化后的实际用途,设计的污染水资源化技术方案流程图,如图2所示。
图2 矿井污染水的资源化技术方案流程图
从图2可以看出,需要在矿井中建立一个水仓,矿井中的涌水直接流进水仓中进行存储,通过水泵站将矿井污染水输送到位于地面的调节池中,再将其运输到反应沉淀池中,同时向反应沉淀池中加入絮凝剂。絮凝剂的作用是与矿井污染水中包含的悬浮物和各类污染物发生反应,并生成沉淀物。对反应沉淀池底部的沉淀物进行处理后,得到的就是清水。这部分清水再进行简单过滤后,就可以作为生产用水和生活杂用水。另外一部分水需要通过电渗析器进行进一步处理后,输送到蓄水池中进行存储,向蓄水池中添加消毒剂进行消毒处理,彻底消灭水中的病毒和细菌,包括总大肠菌群,从而得到煤矿工作人员的饮用水。
3 实践应用效果分析
将上文设计的煤矿矿井污染水的资源化技术方案应用到工程实践中,并进行连续三个月时间的观察和检测,以检验该技术方案的应用效果。重点对资源化以后的水质情况进行了分析,结果如表1所示,表中主要给出了矿井污染水中的主要污染物种类及其对应的原始浓度大小,以及经过处理后得到的两类水中的污染物浓度大小。
表1 矿井污染水中主要污染物指标及其对应的数值
由表中数据可以看出,矿井污染水的评价指标主要包括悬浮物、COD、BOD5、pH值、总大肠菌群、总硬度等。利用矿井污染水资源化技术方案进行处理后得到的两类用水中,各类指标均控制在了标准值范围内。说明该技术方案是可行的,达到了预期处理效果。该技术方案的成功应用,使得煤矿企业的生产用水有了非常可靠稳定的来源,同时还保障了工作人员饮用水的安全。煤矿企业的水资源实现了自给自足,无需外部对其进行供给。不仅为煤矿企业创造了良好的经济效益,同时还创造了非常显著的社会效益和环境效应。
4 结语
主要对煤矿矿井污染水的资源化处理技术及其实践应用效果进行了深入的分析和研究,所得结论主要如下:1)煤矿矿井的涌水量达到了120 m3/h,涌水量充足,可以作为资源化处理可靠、稳定的水源;2)矿井涌水受到煤矿开采过程的影响,污染比较严重,内部包含有大量的悬浮物和各类污染物,对污染水进行资源化处理就是对污染水进行综合治理,使各项指标都达到标准要求;3)矿井污染水资源化处理用途主要包含两个方面,即饮用水和生产用水、生活杂用水。通过资源化处理,煤矿实现了水资源的自给自足,为企业创造了良好的经济效益、社会效益和环境效益。