談煤礦廢水污染的綜合治理

牛瑞芳

（神東煤炭集團環保管理處，陜西 神木 017209）

水資源的缺乏和水污染日益嚴重，這不僅是一個世界問題，同時，也是我國目前需要面臨和急需解決的比較嚴峻的問題。我國的人均水占有量僅是世界平均水平的四分之一。而且煤礦的開采，能源的開發，同時又給水資源帶來了無窮的隱患。煤礦工業需要順利的發展，同時解決好煤礦產生能源的同時又產生大量的污染，的確是一項重要的課題。回顧中國的能源結構，煤炭產業仍占整個結構的70%以上。而煤炭在開采的過種中所排放的大量的廢水，廢氣，就目前的情況講，大多數煤碳企業仍沒有技術能力或技術設施對排出的廢水進行有效的處理，而是直接的排放。不僅對周圍的環境，同時對礦區附近的水環境都造成了嚴重浸染。調查數據統計表明，我國煤礦平均每采一噸煤需排放水量為 2.0-2.5 噸。2003年全國產煤 16.67億噸，實際排放水量就得達到34-42億噸，大約占全國工業廢水排放的15%以上?！爱a煤致渴”已經成為我國水資源要面臨的嚴峻問題。

1 分析煤礦廢水的來源及產業的危害

礦井水主要來源由伴隨礦井開采而產生的地表滲透水、巖石孔隙水、礦坑水、地下含水層的疏放水、以及井下生產中防塵、灌漿、充填和洗煤廠污水。通常情況下，礦井水的酸堿度值在7到8之間，屬于弱堿性水。對于含硫的礦井水，其中二氧化硫一般含量會很多，所以屬酸性水。在含有硫成份的礦井中，由于礦石或周圍的巖石以及含硫的煤層中含有硫化物的礦物質。這些礦物質經過氧化、分解同時溶解于礦井水中，所以形成酸性水。特別是在在開采巷道中，在大量的滲入地下水和通風條件良好的情況下，為硫化礦物質的氧化、分解提供了特別有利的氧化環境。地下開采，特別是水力采煤和水沙充填采煤法排放的污水更是不能忽視。據統計，如果不考慮這些廢水利用，每產1噸礦石，廢水排放量為1立方米左右；生產1噸原煤大概要從井下排出廢水0.5～10立方米，最高的情況下可以達到60立方米。特別值得一提的事，在一部分煤礦已經關閉后，同時還會存在大量的廢水繼續污染礦區的環境。

煤礦的水污染大概可分為礦物質污染，有機物質污染以及細菌產生的污染這幾類。在一部分礦區還存在放射性染污和熱污染。礦物質污染分為砂塵、泥土、礦物質雜質、粉塵、被溶解的鹽、酸性和堿性污染等等；有機物質污染分為煤炭的顆粒、油污、生物生命的代謝產物、木材還有其他物質等被氧化后的產物；細菌污染主要來源于在開發，采運中過程中的巖石粉末、煤粉末等的污染，使水出現灰色及黑色，渾濁以及水面上懸浮著的油污，同時散發出微量腥臭及活體生物腐爛的味道。對水質進行分析和檢驗的結果表明：采礦過程中，化學損耗氧量越大、細菌及大腸桿菌含量越大，對排放的水的污染就越大。如果對排放水的污染視而不見，任其外排。對環境的污染是無法估計的。

山西省是我國產煤的大省，以山西省為例，本文作者通過查找資料，列舉如下數據，山西省因煤礦的開采對相應的水資源已達方圓20352平方公里的破壞，占山西省總土地面積的百分之十三左右。本省部分農村用水及特征畜吃水依靠的是煤系裂隙水，而煤礦的開采已經嚴重破壞了該層段的含水層。據數據統計，山省由于煤礦采煤排出的廢水已經引起礦區水位的下降，導致地下泉水流量的下降，甚至有的已經斷流，使將近幾百萬百姓及幾十萬牲畜的飲水的安全及飲水量都都產生了危急。所以煤礦的廢水污染問題真是該到提到日程上的時候了。

2 采礦廢水的共同特點以及廢水中主要污染物分析

2.1 煤礦排出廢水的共同特點

煤礦排出廢水的水質一般情況下與城市排污的水質基本相同，但也有不同之處。煤礦的廢水來源于礦井的涌出水、煤場和矸石場淋溶廢水等。從酸堿度的角度分為酸性的礦井及以非酸性的礦井水兩大類；選礦時排出的廢水或洗煤過程排出的廢水，除了含有大量懸浮的礦物質粉開以及金屬離子之外，可能還含有許多浮選劑。在懸浮的顆粒物中含量每升可達幾萬甚至十幾萬毫克。洗煤產生的廢水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合而成的一種多項目體系。洗煤產生的廢水中含有煤泥顆粒(粗煤泥顆粒05-1毫米，細煤泥顆粒0-5毫米)，粘土顆粒以及礦物質等。洗煤產生的廢水一般含有SS、BOD5濃度比較高。由此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質，還常常帶有膠粘性；細煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不容易沉淀，即使是同——礦井，對于不同的煤層，廢水的性質也不盡相同，有時甚至有很大的差別。這些性質決定了這類廢水的污染之嚴重、處理的難度增大的特點。

2.2 采煤排出廢水的主要污染成份分析

我們所說的染污是指一種物質流入水里后是否引起水里成份的嚴重改變，而且這種改變是能引起水的性質的改變。下面就煤礦排出廢水的成份中污染物進行分析：

2.2.1 有機物污染

由于煤礦廢水池的水的流動性慢，特別容易池中植物腐爛，這些植物的腐爛就會使大量的有機成分排入水中。另外，分析實驗室及洗煤廠排出的大量的廢水中同樣也含有酚、甲酚以其他酚類的有機物。這種有機物對水的污染是相當嚴重的。

2.2.2 采煤機械流出的油類的污染

油污染是煤礦中特別普遍的一種污染，含油的廢水形成油膜，可以改變土壤的結構，破壞土質，同時會使農作物枯萎甚至死亡。

2.2.3 酸堿性污染

酸堿性污染是水污染中極其普遍的現象，酸堿廢水排入水體后，使水體酸堿值發生了變化，抑制細菌和微生物的生長。同時妨礙水體進行自凈，也可以腐蝕水里的船舶和水下建筑。破壞正常的生態環境。

3 煤礦污水的控制及其處理

我國對于煤礦污水的控制及重要始于上個世紀七十年代，但大多數煤礦對于污染的控制還只是停留在為排放而治理的情況下，實質上對于污水的回用才是治理的最終目標及趨勢。對于污水的防治和回水再用相結合，既可以解決我國水資源緊缺的問題，同時又可以減少地表水的污染問題。許多大型煤礦正努力向這個目標努力，努力達到排放標準，向國際化邁進。

3.1 煤礦廢水污染控制

為了解決煤礦廢水造成的危害，必須采取各種措施和方法，嚴格控制廢水排放，減少廢水對周圍煤礦水資源破壞。

污染防治具體措施：

3.1.1 超前開采利用疏干水。在煤礦開采前或開采過程中，對即將被疏干或破壞的含水層，選擇合適的疏干方式，統籌安排，充分利用或儲存疏干水，既能滿足煤炭開采的需要，又可解決供水水源的問題。

3.1.2 建立反滲透帷幕。在開采地段周圍設置一道封閉的反滲透圍墻，用于防止地下水流入礦坑或井巷，保護地下水不枯竭、不被污染，使地下水仍保持或接近天然狀態。

3.1.3 填堵導水通道。對塌陷的地質構造形成的含水層及井巷導水通道，采用回填、注漿等方法封堵。對滲漏嚴重的河床采取河流改道、修整河底的方法，即可減少礦井涌水又可保持水資源。

一水多用即循環用水法。所使用的循環供水系統即將廢水在生產范圍內多次并重復的利用，不僅能減少排放量減輕對環境的污染，同時又減少了新水的撲入，大量的節約水資源。要積極開展水采礦井煤泥水處理技術的研究，使水采煤泥和洗煤廠煤泥經浮選后全部廠內回收。使井下采煤與洗煤廠有機結合成一體，一是可回收大量的精煤；二是保證洗煤廠洗煤用水的同時，可實現洗水閉路循環，既可節約用水，又可節約清水；三是減少了污水的外排，保護了環境，同時還能取得良好的經濟效益和社會效益。

井下污水處理。目前推廣的經濟型水泵工藝或區域化水泵工藝所采用的煤泥水處理系統都是按閉路循環設計的。在井下中央硐室采用斜管沉淀倉對采區分級脫水后的煤泥水進一步凈化處理，大部分煤泥水凈化后在井下供采掘循環使用。只有少部分經過濃縮后的高濃度煤泥水用小流量高揚程煤泥泵排至地面入洗煤廠或脫水廠處理。對于小型煤礦，地面無洗煤廠，就把所產生的煤泥水都在井下中央硐室處理，中央硐室采用濃縮旋流器和高頻振動篩對煤泥水進一步處理，可以做到煤泥水不升井。在大中型礦井中工作的轉載機、采煤機、掘進機等使用的液壓油、齒輪油以及液壓支架使用的乳化液。由于管理不善產生泄露，隨礦井水排至地面污染環境。應采取如下措施：一是要加強對設備的管理；二是要完善各類用油設備的密封性能，防止漏油；三是研究開發水介質單體液壓支柱，不使用乳化液。對于井下防滅火的灌漿和水砂充填處理采空區的充填污水，可在井底硐室處理后循環使用。

4 煤礦廢水處理主要工藝

傳統方法對污水進行處理主要采取石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、過濾和氣等方法。根據污水中，具體的污染的成份的不同采取的方法也各有差異。傳統方法處理存在著工藝較復雜、凈水后利用率較低、使用的化學物品相對消耗量增大等弊端，由于沒有辦法徹底去除生物絮體以及膠體等物質，致使清洗必須頻繁，從而影響出水的水質。

4.1 對于酸性水的凈化及處理工藝

在酸性水中加入堿性緩蝕劑進行中和，把酸性水中有有益的成分如金屬離子進行回收，從而改變水的性質。對于沒有回收價值的酸性水。目前國內的大多數煤礦基本都采取中和法，用石灰或石灰廠做為中和劑加以中和。通常有三種工藝：一是直接投加石灰法，將石灰配制成石灰乳，投入反應溝，流入反應池，對水中的Fe2+，要進行曝氣氧化，中和生成物CaSO4。和Fe(OH)2，在沉淀池中沉淀后除去；一是石灰石中和滾筒法，將石灰石置于滾筒內，由于滾筒的旋轉，石灰石相互撞擊摩擦，破壞其表面生成的難溶性CaSO2。膜，擴大酸性水與石灰石的接觸面，使中和反應繼續進行下去，生成的CO：以及水中原有的Fe2+要以曝氣池曝氣，促使CO：從水中溢出，使Fe2+離子氧化成Fe3+離子，后者水解后生成沉淀除去；三是升流式變濾速膨脹中和法，將細顆粒石灰石或白云石裝入圓錐體形的中和塔，水流自下而上通過濾料，濾速下部快上部慢，中和反應得以充分進行，出水含有CO：經曝氣裝置吹脫后，pH值升高時，Fe2+離子也被氧化為Fe3+離子去除。

4.2 含有毒有害元素或放射性元素礦井水的凈化處理。首先去除懸浮物，然后對其中不符合標準水質的污染物進行處理，對含氟水，可用活性氧化鋁吸附除去氟，也可用電滲析法除鹽的同時除氟。含鐵、錳水，通常采用混凝、沉淀、吸附、離子交換和膜技術等處理方法。實際礦井水大多數為復合型水，在設計水處理工藝時必須查清水質和水量，然后考慮水處理單元操作的取舍和優化組合。通常礦井水都含有或多或少的懸浮物，因此含懸浮物的處理工藝對于任何類型中對地下水資源的保護措施，留設足夠有效的防水的礦井水都是處理前的第一步驟。

4.3 上世紀90年代以來污水生物處理新工藝、新技術的研究開發應用取得了很大成就，許多新工藝應運而生，這些新工藝的共同特點是：高效、穩定、節能，并具有脫氮除瞵等多功能。較典型的工藝有：

4.3.1 A2/O 工藝

該工藝是厭氧，缺氧，好氧生物脫氨除磷工藝的簡稱，是70年代由美國專家在厭氧一好氧除磷工藝(A／O)的基礎上開發的。

4.3.2 SBR工藝（序列間歇式活性污泥法)是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活l哇=污泥法

4.3.3 BAF工藝(曝氣生物濾池工藝)

是90年代初開發的新型微生物附著型污水處理技術，能同時完成生物處理與固液分離，通過調整濾池結構形式而成為具有脫氮除磷功能的組合工藝。BAF作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下的優點：

具有較高的生物濃度和較高的有機負荷；工藝簡單、出水水質好；抗沖擊負荷能力強。由于整個濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機負荷、水力負荷的變化不象傳統活性污泥那么敏感，同時無污泥膨脹問題；氧的傳輸效率高；易掛膜、啟動快；菌群結構合理；自動化程度高；脫氛效果好。

4.3.4 連續膜過濾技術

CMF技術的核心是高抗污染膜以及與之相配合的膜清洗技術，可以實現對膜的不停機在線清洗清洗，從而做到對料液不間斷連續處理，保證設備的連續高效運行。

CMF目前主要用于大型城市污水處理廠二沉池生水的深度處理回用，海水淡化或大型反滲透系統的預處理。地表水地下水凈化、飲料澄清除濁等。

4.3.5 膜生物反應器

膜生物反應器是膜分離技術和生物技術結合的新工藝。用在污水廢水處理領域，利用膜件進行固液分離，截留的污泥或雜質回流至(或保留)在生物反應器中，處理的清水透過膜排水，構成了污水處理的膜生物反應器系統，膜組件的作用相當于傳統污水生物處理系統中的二沉。MBR MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纖維膜，目前主要以中空纖維膜為主。

4.3.6 反滲透技術

反滲透技術始于二十世紀六十年代，是一種以壓力為驅動力的膜分享技術。這種技術是一種從海水、苦成水進行淡化而發展起來的。也叫化淡化技術。本技術具有無相變、組件化、流程簡單、操作方便、占地面積小、投資小、能耗低等特別。所以發展非?？?。應用也非常廣。

建設文明礦區，共同維護我們的綠色家園，是每一個企業及每一個個人都必須從我做起的目標。我們不能為經濟的發展，大力開發的同時，給后人留下大量的隱患。在科技發達的今天。我們務必將工業的發展及綠色環保齊頭并進。

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