煤矿矿井水处理工艺问题分析与优化

徐晓军

（忻州市生态环境局西部区域监测技术保障中心，山西 忻州 034000）

引言

近年来，随着煤炭资源开采需求的提高，煤矿矿井水产出量不断增加[1]。矿井水所含杂质较多、成分复杂，不经处理进行排放，不但会威胁煤矿周围的生态环境及自然环境的安全，而且也会造成大量水资源的浪费，现已引起了各界的广泛关注[2-4]。相关研究表明，矿井水经过处理之后能够获得水质良好的水资源，既能够井下生产再利用，又能够用于井上生产和生活的杂水，缓解矿井区域的水资源不足，节约地下水的用量[5]。不同地域的矿井水所含所含有害物质的成分和浓度存在较为明显的差异，使得相同的水处理工艺不能全部得到较为理想的再利用水，因此应因地制宜的设计矿井水处理工艺[6]。基于某煤炭企业现有矿井水处理工艺，分析其存在的问题，开展工艺改进工作具有重要意义。

1 现有矿井水处理工艺及问题

1.1 工艺概况

煤炭企业现有的矿井水处理工艺设计的时间较早，使用的是排水沟汇集各采区矿井水，转入排水仓，经排水泵把矿井水抽至地面进行处理，包括混凝、沉淀、过滤等流程。水处理的基本原理如下：井下排出的矿井水中投入混凝剂，通常使用的是混合均匀的PAC 和PAM，搅拌均匀之后随着时间的推移会使水中的胶体杂质进行团聚，形成较大矾花颗粒之后下沉，进而实现悬浮颗粒与水体的物理分离，分层之后的矿井水，上层清水流入过滤池进行过滤处理或直接排入河流。煤炭企业现有矿井水处理工艺流程，如图1 所示。

图1 现有矿井水处理工艺流程

1.2 问题分析

结合煤炭企业实际矿井水产量和工艺现状，分析了当前水处理工艺存在的问题，表现在一下方面：第一是水处理工艺最初的处理能力为2 200 m3/d，虽经过了改造扩建，也不能满足当前要求4 500 m3/d的处理能力，部分经过粗沉淀之后直接排入了河流；第二是继续扩建场地受限，还要更换水处理设备，存在较大困难；第三是污泥池内的煤泥脱水效率较低，水仓底部淤积大量煤泥，使得水仓蓄积清水的能力不足，该工艺进行水处理需要完成2 次/a～3 次/a 的清淤工作，清淤过程需要半月左右。综上所述，当前矿井水处理工艺存在一系列弊端，包括投资大、占地面积多、处理能力不足等，因此，引进新的处理技术，提高水处理能力和质量，对于降低煤矿井下生产和井上生活用水的风险意义重大。

2 矿井水处理要求

煤矿矿井水的成分和杂质含量不同于工业和生产污水，处理工艺存在差异，因此，矿井水工艺设计更加严格，力求矿井水处理保质保量完成。因不同区域之间的矿井水水质存在差异，所含污物不尽相同，需要充分考虑水处理工艺指标是否合理可行，设备是否简单，水质净化指标是否满足排放要求等。根据煤矿企业实际矿井水情况，调研可知，此处矿井水富足，污物较少，主要为岩粉、煤粉等悬浮物，处理过程简单一些。煤炭企业水处理的明确要求时分离混浊物、排出的水质无色、无异臭、异味，不存在肉眼可见的黑色颗粒状沉淀物，水质能够达到工业、农业或者除生活饮用水之外的水质标准即可。

3 水处理工艺方案及技术

3.1 方案设计

煤炭企业相关统计结果显示，矿井水的最大涌水量为500 m3/h，正常的涌水量为414 m3/h，根据井下实际的水仓流入量计算得知，当前矿井水处理工艺不能满足井下实际矿井水涌出总量的要求，必须开展矿井水处理工艺改进。根据煤矿企业实际调研结果、整体布局和矿井排水布置等情况，确定了以下两种改进方案，分别如下：方案一是采用原来的矿井水处理工艺，扩建原有的水处理设施；方案二是在原有工艺原理的基础上引进新技术，提高现有水处理工艺的处理能力。分析上述两种方案可以发现，方案一进行改建需要征集地皮，更新水处理设备装置，同时，不会依然需要进行2 次/a～3 次/a 的水仓清淤工作，需要投入大量的人力、物料和财力，还有就是改扩建之后会产生更多的煤泥，无处搁置；第二种方案是引进超磁分离净化技术，能够很好的解决上述方案一存在的不足，因此，最终确定采用方案二进行矿井水处理工艺改进。

3.2 超磁分离净化技术

3.2.1 技术改进

结合现有矿井水处理工艺布置情况，引进先进的超磁分离净化技术。改进原有的沉降药剂，在原有的PAC 和PAM 混合药剂的基础上增加磁粉介质进行矿井水的絮凝、过滤，之后经过强磁力稀土磁盘打捞的方法完成矿井水的净化处理工作。经过超磁分离净化技术处理之后的矿井水，可以直接引入煤矿井下进行工业生产使用，多余的清水即可直接外排。

3.2.2 设备改进

超磁分离净化工艺流程，如图2 所示。涉及的设备改进包括如下内容，第一是进水前端设置机械格栅，除去矿井水中的粗大悬浮物；第二是设计三级预沉池，此环节去除直径2 mm 以上的固体颗粒和大比重颗粒，配置潜水渣泵和污泥泵定期排污；第三是预沉完的矿井水进入排沙池之后进行混凝反应，加入一定浓度的磁性物质，混合均匀再进入磁分离混凝系统，加入PAC 和PAM 进行混凝处理，随着时间的推移沉降出“微磁性絮团”；第四是混凝反应之后的矿井水自动进入磁分离设备，经过磁盘的打捞和吸附，将微磁絮团与水体分离开来，水体可以达到排放要求，固体物质进入磁种回收系统；第五是含磁污泥在磁种回收系统中完成磁种与污泥的分离，其中的磁种物质可以进行回收再利用，污泥进入污泥处理系统；脱磁污泥具有浓度高、含水多的特点，直接进行运输较为困难，设置压滤装置先进行压滤脱水处理，之后将干硬的污泥运走；第六是引进超磁分离技术的同时，也实现了矿井水处理设备的自控和远程控制，大大提高了矿井水处理的作业效率。

图2 超磁分离净化工作流程

4 应用效果评价

为了验证矿井水处理工艺改进的效果，完成改进工作之后进行试运行，跟踪记录改进工艺的矿井水处理效果情况，结果表明，改进之后的水处理工艺能够很好的匹配原有处理设备，解决了原有矿井水处理工艺能力不足的问题。统计结果显示，超磁分离技术的引进，矿井水处理能力高达4 900 m3/d，高出了设计煤矿企业要求的4 500 m3/d；与此同时，水仓淤泥情况得到了明显改善，水处理系统运行半年时间内，仓内基本未出现淤泥，降低了水仓近20%的维护费用；增加了煤泥压滤环节，避免了煤泥现场无处搁置的问题；改进矿井水处理工艺的应用，取得了很好的效果

5 结语

煤矿企业生产作业会产生大量的矿井水，直接排放将会污染土壤、园林、地下水等自然资源，同时，也会威胁周围居民的生命健康。基于某煤炭企业现有矿井水处理工艺，分析了其存在的问题，完成了水处理工艺改进工作，结果表明，改进之后的矿井水处理工艺，解决了原有矿井水处理工艺能力不足的问题。超磁分离技术的引进，水处理能力高达4 900 m3/d，高于企业要求的4 500 m3/d；水仓运行半年时间内，基本未出现淤泥，降低了近20%的维护费用；煤泥压滤环节的引入避免了煤泥现场无处搁置的问题。由此可见，改进矿井水处理工艺具有很好的应用前景。