矿井废水处理中混凝沉淀过滤技术应用

杨 超

（山西焦煤霍州煤电沁安煤电公司，山西 沁源 046500）

0 引言

煤炭开采期间产生大量废水，直接排放易引起环境污染、水资源浪费。秉承节能环保、绿色生态、经济高效的项目发展理念，需要采取行之有效的矿井废水处理技术[1]。混凝沉淀过滤技术属于矿井废水处理中的典型技术，基于此，有必要重点探讨此项技术的应用要点，评价技术应用效果，为矿井废水处理提供技术参考。

1 矿井概况

某煤矿项目的矿井掘进废水水量为20 m3/h，污染物包含高浓度、胶体状态的悬浮物以及少量油类，废水中SS 质量浓度为2 000～3 000 mg/L，各掘进深度范围内的地层粒径各异，虽然修筑沉淀池，但以自然沉淀方法处理的掘进废水并不能满足外排要求。为此，项目采用混凝沉淀过滤技术处理掘进废水。

2 矿井水来源及水质特点

矿井井下排水及地面生产系统外排废水是本煤矿矿井废水的主要来源，污染物类型包含悬浮物、含油废水、岩粉、煤粉。矿井掘进期间的井下前期、后期涌水量分别为1 141.6、2 383.8 m3/d，最大排水量300 m3/h，正常排水量120 m3/h。水质特点见表1。

表1 矿井水处理站设计进水水质

3 混凝沉淀过滤技术在矿井废水处理中的运用

根据本煤矿矿井废水的水质特点，提出“曝气混凝+沉淀+过滤”的综合型处理技术，处理流程如图1 所示。

图1 混凝沉淀过滤处理工艺流程图

1）调节曝气池。通过隔墙将调节曝气池分为具有中和作用的前段和具有调节、曝气作用的后段。原废水中含有煤粉、岩粒等物质，污水呈黑灰色，经过曝气处理后，转为黄色，色度超标。调节曝气池采用2 台罗茨鼓风机，功率11 kW，风量8.6 m3/min，一用一备，废水在调节曝气池的停留时间为1.5～2 h，气水体积比（3～6）∶1。

井下的提升泵将井下水仓的矿井废水向上提升，经由排水沟到达曝气调节池，通过鼓风曝气作用，将反应池中的碱液与酸性废水混合，经过酸碱中和后，废水的pH 值为8～9；反应池内有曝气供氧作用，可将废水的铁、锰氧化成高价态稳定离子，以便化合沉淀[2-3]。

2）反应单元。布设管板和栅条，通过微漩涡原理变换废水在管板中的流速，流速差产生的微漩涡存在挤压作用，废水中的粒子发生碰撞，持续进行10～15 min 的反应。

3）沉淀单元。采用浅层沉淀原理，建设斜管沉淀池，缩小沉淀水流的水力半径，增加湿周以加快沉淀，在取得良好沉淀效果的同时可减少沉淀装置的占地面积并降低废水处理成本。混凝沉淀装置的反应区呈倒喇叭口，此区域的废水流速较低，使混凝剂药液与废水充分结合并发生反应，产生的混凝状物质到达斜管，由其中的六角蜂窝状填料进一步沉淀，清水以1.2～1.5 m/s 的速度上升并经由上部溢流排出，产生的絮状物在底部被去除。通过混凝剂、助凝剂的联合应用，加快废水与处理药剂的反应，经沉淀、过滤后将废水中的有毒有害物质含量降低在许可范围内，经检测确认水质达标后，流入水池进行重复利用。

4）砂滤净化。经过混凝土沉淀的矿井废水中仍存在诸多小颗粒悬浮物和胶体，需进行后处理，本项目采用砂滤设备处理此类遗留物质，将其截留在滤料的表面和内部空隙，同时也是活性炭吸附深度处理工艺的预处理环节。砂滤净化采用自动虹吸原理，设置重力式无阀滤池，砂滤罐采用石英砂多层滤料，可自动反冲洗，具有净化效果好、效率高、检维修操作便捷等优势。

5）药剂。碱液：碱液的作用在于中和水质，减少其它药剂的投加量，为后续废水处理工序的进行打好基础，掺量根据矿井废水的pH 值计算。混凝剂：以聚合氯化铝为宜，配比质量分数约为10%，投加量为20～50 g/m3，混凝剂在水解时产生H+，将矿井废水的pH 值稳定在8～9，从而取得良好的絮凝效果。混凝剂的应用效果与水温有关，混凝剂的水解速度在水温低于5℃时将明显放缓。通过计量泵精准控制混凝剂的用量，具体掺量可根据调节曝气池的现场监测结果做灵活的调整。禁止水温偏低或絮凝剂投加量偏高，原因在于两种处理条件下均不利于胶粒的相互絮凝。助凝剂：以聚丙烯酰胺为宜，配比质量分数约为1%～2%，投加量为1～2 g/m3。由于石灰乳易沉淀，难以将pH值精准调节至7～9 的适宜区间内，因此本煤矿项目未采用石灰乳作为中和药剂。

6）鼓风。鼓风机的作用在于促进矿井废水与碱液的充分混合，氧化铁、锰、硫，调节水量、水质，使调节池具有多项调节功能，为后续的废水处理打好基础。

7）污泥处理。在聚合氯化铝（混凝剂）和聚丙烯酰胺（助凝剂）的共同作用下，加速废水的沉淀，并排放废水处理后形成的清水。定期将污泥排放至污泥池，浓缩后转至煤仓，可低价出售此部分反应产物，减少污废物质排放量的同时创造经济效益。

8）自控系统。采用PLC 控制方式，配套仪表检测系统和在线监测系统，在软件和硬件的配合下，加药、反冲洗、排泥均可自动实现。其中，仪表检测系统可连续自动检测调节池液位、处理流量、加药流量、进出水pH 值等，便于及时调控异常指标，提升矿井废水处理系统运行稳定性，减轻员工的劳动强度。

9）运行效果。建造矿井废水污水混凝沉淀过滤处理系统后，进行为期15 d 的调试，优化不足。系统正式运行时，安排1 个月的连续性监测，结果显示系统运行状态稳定，各项处理工艺的自动化运行水平高，且通过当地环境监测站的验收监测，监测结果见表2。

表2 矿井废水混凝沉淀过滤处理前后的水质监测结果

根据表2 可知：矿井废水经过混凝土沉淀过滤处理后，COD 的总去除率达到46.4%，SS 的总去除率高达97.8%，各项出水指标均满足污水排放规范的一级排放标准。实践表明，本项目的矿井废水处理系统具有可行性。

4 矿井废水处理系统的综合效益分析

4.1 经济效益分析

排放水单位、生活饮用水单位的运行成本分别为0.21 元/m3、0.35 元/m3。

当地水价为2.0 元/t，在矿井废水混凝沉淀过滤处理系统正常运行工况下，水资源回收量达到1 140 万t/a，则年节约水费约2 280 万元。回收煤泥以煤粉为主，年回收量约为3.5 万t，由洗煤厂回收，此产物可创收约450 万元。可见，本项目采用的矿井废水处理系统具有可观的经济效益。

4.2 生态环境效益

深度处理矿井废水后，避免废水直接排放而导致周边环境受污染，有效防护生态环境；回收再利用水资源，实现“变废为宝”，减少水资源的浪费量，缓解矿区职工生活用水问题；各类污染物的处理方式合理，缓解废物存放难度高、污染重的问题。可见，本项目采用的矿井废水处理系统具有良好的生态环境效益。

5 结语

本煤矿项目采用“混凝+沉淀+过滤”工艺处理矿井废水，将废水中的有毒有害物质含量降低至许可范围内，回收泥煤可低价售卖，水资源可回收利用，污染物排放达标，具有突出的经济效益和生态环境效益。在类似的矿井废水处理中，技术人员可参考“混凝+沉淀+过滤”的废水处理工艺思路，结合废水水质特点优化处理工艺，提升废水处理的综合效益，推动煤矿事业和生态环境事业的长远发展。