改性混凝剂处理煤矿废水的实验及其应用

许 莉， 郝 迪

(中煤地质集团有限公司中煤(海南)环保科技有限公司，北京 100040)

0 引言

煤矿矿井水主要来源于地下水，其产生是由于煤矿开采过程中地下水与煤、岩层之间发生接触，在物理、化学、生化反应共同作用下形成的[1-3]。煤矿水的水质特性由形成煤的地质环境和煤系矿物化学成分共同作用，而矿区的水文地质条件及充水因素对煤矿水的水质起着决定性的影响。

鉴于煤矿废水成分和危害的不同，我国对于煤矿废水开展治理历经20世纪80年代的活性污泥法，到90年代的生物接触氧化法，再到后面各专家学者对其特点进行研究，目前人们对于煤矿废水的治理技术主要有混凝沉淀法、酸碱中和法、人工湿地法、化学氧化法、蒸馏法、膜分离技术等[4-8]。同时伴随着其他行业的新技术的推广，也有移植到煤矿废水治理上，比如超磁分离技术。

本次研究主要针对的煤矿废水污染因子主要为悬浮物(以下简称SS)，采用混凝沉淀法进行处理。

1 研究区煤矿废水水质特点及处理情况

本文以湖南某煤矿为研究对象，该区含煤地层为上二叠统龙潭组上部含煤段，含煤7层。其中3煤层局部可采，6煤层全井可采。6煤层底板褶曲发育，煤层厚度变化大，煤厚0.52～17.7m，目前煤矿正常生产，布置的采煤工作面有2165-2和2265-2S两个采面。回采工作面采用走向长壁式采煤方法，现开采6煤层，3煤层仅局部进行了试验性开采。现状矿山已开拓两个水平，一水平-50m，二水平-150m。

该矿产生的废水主要为-150m开采过程中产生的，2021年8月检测结果见表1。

表1 进水水质化验结果Table 1 Input water quality tested results

从表1看出，本项目煤矿废水中主要污染物为SS。煤矿废水悬浮物的主要贡献是其中的细小煤粉。因此，仅依靠其自重沉淀的方式去除是较难达标的。采用混凝剂助沉的方式可提高悬浮物的去除率[9-10]。

该矿的废水处理项目原采用两级沉淀+PAC加药进行处理，但由于处理效果不稳定且池体出现渗漏，水质SS超标、感官呈黑色，遭到当地居民投诉，环保部门要求其进行整改。故煤矿企业委托我公司对本项目进行方案整改。

2 混凝剂改性试验及效果

一般采用混凝、沉淀、过滤中的单一或组合工艺对矿化度不高但SS含量较高的煤矿废水进行处理，有较成熟可行的经验，出水可满足生产使用或排放标准。本实验针对此煤矿废水进行混凝药剂的筛选，并进行投产使用。

2.1 混凝剂改性试验过程

为较好的解决处理煤矿废水SS，我公司司对药剂进行小试实验，于2021年9月进行实验。主要试验药剂材料为PAC、PAM等。

根据煤矿废水中SS含量较高特点，选用改性PAM-PAC复合剂。制作方法选用改性PAM-PAC复合剂用于染料废水脱水处理[11]，取得了良好的效果，PAC和PAM最佳比是240∶1，适宜的改性时间为2h。相比传统PAC絮凝效果，具有用药量少，絮体粗大，沉降速度快，易于过滤，矾花较密实，脱色率好等特点。

取上述检测过的煤矿废水水样2份，每份1 000mL置于烧杯中，分别加入等量的PAC和改性PAC-PAM，从缓慢搅拌2min起开始计时第一个点，此后以5min为间隔，记录时间并观察矾花状态和混凝的效果。

2.2 改性混凝剂的混凝效果

改性混凝剂混凝效果见图1。由图1可知，实验中改性PAC-PAM混凝剂比PAC产生的矾花较多、尺寸较大，沉降速率快。

图1 两种混凝剂对混凝效果的影响Figure 1 Impact from two coagulants on coagulation effect

2.3 改性混凝剂对SS去除率的影响

取待16个煤矿废水水样，每份水样1 000mL置于烧杯中，并分为2组，分别加入不同剂量的PAC和改性PAC-PAM，缓缓搅拌并静置20min。取上清液，测定SS值。实验结果表明：当改性PAC-PAM加入剂量为3.5mg/L时，SS去除率达到78%，出水效果较好。此后再增加剂量，去除率变化不大(图2)。

图2 混凝剂投加量对悬浮物去除率的影响Figure 2 Impact from coagulant input amount on suspended matter removal rate

3 工程应用

矿井设计生产能力为30万t/a，在正常生产过程中，会产生100m3/h的废水。

3.1 出水水质要求

煤矿水处理后应符合《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426—2006)的相关要求，即：pH值6～9，SS≤70mg/L。

3.2 废水处理工艺

由于采用化学法去除矿井水中污染因子，将会产生大量沉淀物，为了使沉淀物与水分离，达到净水目标，本方案将采用沉淀池对泥水混合物时行分离。沉淀是利用重力沉降原理来去除废水中悬浮固体的工艺过程，处理设施是沉淀池。沉淀池在废水处理中广泛使用，它的型式很多，按池内水流方式可分为平流式、竖流式和辐流式三种，此外还有斜管沉淀池、高密度沉淀池[12-14]。

高密度沉淀池具有集成化高、紧凑、灵活、高效，且兼具有斜管沉淀池的优点，再加上本项目所用场地受限，故选用高密沉淀池工艺。

由于本矿井废水呈弱碱性，不需要调节pH值，满足改性混凝剂使用条件。采用调节、混凝、沉淀、过滤等处理过程，具体工艺处理流程如下所示：

井下废水→预沉淀调节池→高密度沉淀池→无阀滤池→排放井。

3.3 主要构筑物

1)预沉淀调节池。矿井废水处理能力按照2 400m3/d，预沉淀调节池停留时间按照8h确定，池体有效容积V应为800m3。预沉淀调节池内设置2台提升泵，流量Q=100m3/h，扬程H=20m，功率N=11kw。

2)高密度沉淀池。处理能力120m3/h，在高密度沉淀池中加入改性PAC-PAM，反应时间20min，池体尺寸为8.0m×6.0m×7.2m。配套搅拌机，功率分别为3.0kw和5.5kw。排泥泵2台，主要参数流量Q=20m3/h，扬程H=10m，功率N=4kw。

3)无阀重力滤池。处理能力100m3/h，尺寸Φ3.4m×6.25m。过滤平均滤速8m/h，平均反冲洗强度15L/(m2·s)，高位水箱为1.2m×0.9m×1.8m，滤料层高度为800mm。滤料主要为石英砂、活性炭。

3.4 处理效果

目前本项目运行稳定，经检测煤矿废水处理后SS<70mg/L，pH 值8.3，符合《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426—2006)现有生产线标准。

4 结语

本实验针对某煤矿废水水质进行混凝剂的实验，以期达到降低SS，并在实际中进行应用，目前废水处理各环节均稳定运行，经过处理后的废水可达标排放。在选取混凝剂时，综合考虑技术和经济因素，筛选出符合项目的药剂，考虑达标的同时兼顾经济效益，降低企业成本。