煤矿水污染现状及其治理工艺的优化改进

2021-09-28褚彦辛

山西冶金 2021年4期

褚彦辛

（忻州市环境保护研究所，山西忻州 034000）

近年来，我国越来越重视生态文明建设，在环境污染治理方面投入了大量资源，也制定了很多政策[1]。煤矿开采过程中不可避免的会产生大量的工业废水，这些工业废水如果不加以处理而直接进行排放，必然会对周围的水资源造成一定程度的污染[2-3]，破坏煤矿周边的生态环境，威胁附近居民的身体健康。尤其是我国很多煤矿都分布在水资源比较匮乏的地区，这对煤矿所在地区水资源的利用更是雪上加霜[4]。为了尽可能减少甚至避免煤矿开采对周围水资源造成的污染问题，必须采取相应措施，对煤矿工业废水先治理后排放，这也是所有煤矿企业必须要做的重点工作[5-6]。本文主要针对某煤矿目前存在的水污染问题进行分析，然后对其煤矿工业废水治理工艺进行优化改进，取得了很好的应用效果。

1 煤矿水污染现状分析

1.1 煤矿开采中的水污染情况

某煤矿企业每年可以开采600万t的煤矿资源，为本地区社会经济发展做出了非常重要的贡献。但是该煤矿企业在运行过程中也给本地区的环境造成了一定程度的污染，比如煤矿开采过程中会产生大量的工业污水，平均每天排放的煤矿污水就达到了3000m3，最高时每天的污水排放量可达到5000m3。经过深入的调查研究，发现煤矿开采过程中产生的工业污水整体上呈现灰黑色，而出现这种情况的原因在于水体中混入了大量的煤粉和岩粉，这些颗粒状物质混入水体后形成悬浮物使得水体呈灰黑色，且内部包含有大量其他污染物。为了对煤矿生产中产生的污水进行综合治理，因此对污水中包含的各类污染物进行了详细的检测分析，结果如图1所示，图中还显示了各类污染物对应的排放标准。

图1 煤矿污水中的污染物种类及其含量

从图中可以看出，煤矿污水中包含的污染物种类主要包括COD、BOD5、石油类、铁离子、锰离子、总氮、NH3-N，且这些污染物浓度均超过了排放标准。由于煤矿污水中包含有大量的悬浮物，且这些悬浮物需要经过很长时间沉淀才能得以处理，这就给煤矿污水处理工作带来了很大的困难，增加了污水治理的成本。COD、铁离子和锰离子的含量（质量浓度）严重超标，其排放标准分别只有20 mg/L、0.3 mg/L、0.1mg/L，而污水中的实际含量却分别达到了130mg/L、12.85 mg/L、2.15 mg/L。另外，污水中的石油类含量也存在一定程度的超标，主要原因在于煤矿机械装备在工作时存在漏油现象，使水体受到了污染。

1.2 原有煤矿污水处理工艺

为了尽可能降低煤矿污水对附近环境造成的不良影响，在煤矿井下专门设置了污水处理车间，整个车间占用的面积超过了1 500 m2，并且还专门设置了1个清水池，体积为900 m3，基于全自动净水工艺对煤矿污水进行处理。煤矿污水首先在预沉淀池中进行自动沉淀，再通过水泵将沉淀后的污水提升到全自动净水器中，且在净水器前端设置有管道混合器，作用是向内部添加PAC和PAM药剂，药剂的作用是对水体中的各类污染物进行吸收并沉淀。污水连同药剂进入净水器后，首先需要经过斜板沉淀区，药剂与污水中的污染物在该区域发生反应并进行沉淀，然后再利用砂滤对其进行过滤处理。

在以往的工程实践中，这种煤矿污水处理工艺取得了很好的应用效果，可以有效的将污水中的污染物含量降低到排放标准以下。然而随着煤矿开采效率的不断提升，污水的排放量逐渐增大，且污水中的悬浮物、污染物含量也越来越多，使得原有的煤矿污水处理工艺无法满足实际处理需要，经该工艺处理得到的水中污染物含量偶尔有超标的现象。基于此，有必要对该处理工艺进行优化改进。

2 煤矿水污染治理工艺优化方案

在充分考虑煤矿污水排放标准的前提下，针对原有工艺中存在的缺陷问题进行优化改进，优化后的煤矿污水处理工艺流程图如图2所示。在原有污水处理工艺流程的基础上，添加的装置主要包括加药装置、高效混凝剂、高效旋流净化器等。煤矿污水工艺流程可以概述如下：煤矿生产中排放的污水首先在沉淀池中进行自行沉淀；再通过净化器进水泵将其注入到高效混凝器中，同时利用PAC、PAM加药装置向内部添加药剂；污水和PAC、PAM药剂在高效混凝器中充分反应后，将其排放到高效旋流净化器中；在净化器中通过离心方式和重力方式对污水中的各类具有不同密度的物质进行有效分离，由于沉淀物密度较大，可直接沉降到净化器的底部并流入污泥存储池中，利用污泥进料泵将其输送到污泥浓缩装置中进行处理，而药剂密度最小会浮在最上层，直接进行回收再利用，清水则位于中间部位，位于中上部的清水可以直接排放到清水池中，位于中下部的清水进行过滤后也可排放到清水池中。优化后的方案中对两种药剂分别设置加药装置，目的在于可以根据实际情况对两种药剂的投放量进行精确控制与调整，以达到最优的污水处理效果。

图2 优化改进后的煤矿污水处理工艺流程图

3 煤矿水污染治理效果分析

将优化改进后的煤矿污水工艺流程应用到实践中，取得了很好的应用效果。如图3所示为煤矿污水处理前后内部包含的污染物含量情况，图中还显示了各类污染物的去除率。从图中可以看出，煤矿污水在处理前各类污染物含量均相对较高，但是通过污水处理工艺进行优化治理后，各类污染物的含量均降低到了排放标准以下。其中，污染物质去除率最高的为石油类、铁离子和锰离子，其去除率分别达到了98.97%、97.67%和95.35%，其次为COD、BOD5和总氮，对应的去除率分别达到了86.15%、78.29%和70.04%，去除率最低的是NH3-N，为44.83%。

图3 煤矿污水处理效果统计分析图

通过对煤矿污水处理工艺的优化改进，使得污水中包含的各类污染物浓度均降低到了排放标准以下。处理后的水可以直接排放到环境中，并不会对环境造成污染，有效保障了周围的生态环境和附近居民的身体健康。另一方面，采用了优化后的污水处理方案后，使得污水处理能力有了显著提升，最高时可以达到5 000 m3/d，完全能够满足煤矿实际生产中的污水排放量。