礦井水處理中混凝沉淀過濾技術的應用

劉順國

（富源縣環境監測站云南曲靖655500）

1 概述

就我國能源結構的整體情況來看，煤炭幾乎占據了7成以上，而在其開采的過程中難免會產生大量的廢水，若得不到妥善處理不僅會對環境造成污染，而且更是對水資源的浪費，不利于可持續發展。針對這樣的情況，深入研究煤礦水資源開發與管理相關的技術，對煤炭工業的可持續發展具重要的現實意義。

2 礦井廢水主要處理技術

曾經一度，我國礦井水相關處理技術的研究方向基本定向為排放治理方面。但就水資源的可回收利用來看，我國目前所擁有的技術主要有沉淀、混凝沉淀以及混凝沉淀過濾等幾種，前兩種技術主要是對直接排放的礦井水進行處理，而后一種技術則主要處理生產用水與其他用水。本文主要介紹混凝沉淀過濾法處理礦井水。

3 礦井水處理回用的條件

3.1 礦井水的產生及特點

煤礦礦井水包括有幾種：在煤礦的開采過程中所產生的地質滲涌水、自然地下水以及在各種生產活動中因必需的灑水降塵或者是消防等行為所產生的煤塵廢水。這樣一來，這些礦井水的特性在很大程度上是由具體的煤礦地質環境與其所具備的礦物化學組分來確定的。在對四角地煤礦井的水質進行研究時，我們選擇了正常排水經處理前后的水樣進行分析，其結果詳見表1。

四角地煤礦礦井水污染物監測結果表

通過上表可以看出，該煤礦礦井水處理前主要是懸浮物、化學需氧量超標。

3.2 礦井水回用途徑

礦井水在經過處理后，既可用于再生產，也可直接作為生活用水，其中生產用水主要作用為降塵、消防等，而生活用水則包括洗浴、沖廁等，同時經一定精加工后也是能被飲用的。針對以上各種用水其對應的標準如下：

（1）防塵用的灑水：參考《煤礦工業礦井設計規范》；其中SS不超過150mg/L，粒徑應小于0.3mm，pH6~9，大腸桿菌應不超過3個/L；

（2）煤礦洗浴用水：參考《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水體標準；

（3）中水水質：參考《生活雜用水水質標準》中的相關標準；

（4）飲用水：參考《生活飲用水衛生標準》中的相關標準。

4 處理工藝

在設計四角地煤礦礦井水相關處理能力時，根據水量將其定位為800~10003/d的水平，在經處理后可將其一部分作為生產與生活用水，其具體處理工藝當中包括了混凝反應、過濾以及消毒等幾個關鍵性環節。

礦井水首先從井下自流進到曝氣池進行氣浮除油，接著再進入到斜板沉淀池以初步沉淀，初步沉淀后被泵入到混凝沉淀設備并添加混凝劑，通過斜管再次沉淀，待絮狀物沉淀到底部后則可將其去除，而上清液則流入砂濾池，砂濾池出水至清水池，在清水池采用二氧化氯進行徹底消毒殺菌。而砂濾池的反沖洗水則自流到污泥池，上清液自流進入曝氣池，以提高礦井水資源的利用率。出水若用作生活用水，則砂濾池出水進入活性炭吸附裝置處理后流入清水池用作生活用水。

5 主要處理單元

5.1 預沉池曝氣

礦井水中均含有一定量的有機物質，它們可通過在曝氣池接觸氧化劑后被有效去除掉。同時，井下諸如液壓支柱等相關設備所產生的少量油類物質，可通過氣浮除油去除，進而使廢水中的油類含量不會超標。

5.2 混凝沉淀

懸浮物為礦井水最主要的污染物質之一，其去除方法則主要是利用混凝沉淀，其中混凝劑的主要成分包括了鋁鹽和鐵鹽兩種，并采用了管道混合方式進行混合。經充分反應后的廢水在流出反應區后變成混凝狀，然后由布水區進到填充有PVC六角蜂窩狀材料的斜管，在經過多層格的淺層沉淀后，其沉淀效率可被顯著提升。

5.3 砂濾凈化

被混凝沉淀后的礦井水中還包含有一些粒徑較小的懸浮顆粒與膠體，而在砂濾設備的作用下，這些顆粒與膠體可被截留于濾料的表面或是內部空隙，這是一個混凝沉淀裝置的后處理過程，同時也等同為一個活性炭深層吸附處理前的預處理過程。砂濾池是一種無閥的重力式濾池，濾池的濾料可分為多層，材料主要為石英砂。另外，其反沖洗過程是通過虹吸原理來實現的，因此其操作是比較簡單的，不需要專門的人工管理。

5.4 消毒

本研究所采用的工藝中采用了以鹽酸與氯酸鈉反應生成二氧化氯的方式進行殺菌消毒，經檢測發現本方法的消毒能力幾乎比氯的5倍還高。

6 處理工藝特點

6.1 四角地煤礦礦井水的處理工藝及具體參數是通過其自身水質的特點來確定的，并通過一次提升混凝沉淀以及各后續自流環節的處理后，可獲得更穩定可靠的水質，且此過程不會因動力設備過多而消耗大量能量。

6.2 在本工藝中不僅將混凝沉淀與砂濾技術進行了有機結合，而且其相關構件多采用了鋼結構的組合方式，在縮小占地面積的同時也能減少功能投資和延長設施使用壽命，操作工藝簡單方便，不會產生過高的運行成本。

6.3 本系統實現了自動加藥和反沖的全程監控作業，這些監控系統包括電控系統、上位監控系統以及儀表檢測系統等。

7 設備安裝運行調試中的問題

7.1 安裝環境

本系統的設備均安裝于地面的建筑物內部，這樣可更有利于操作與管理控制，如果設備位于地下，則日常觀察與檢修均存在諸多不便，同時對相關的配套設施也會有更高的要求，因此在無特殊要求的情況下，均安裝于地面。

7.2 運行中應注意的問題

多形態的水解聚合物是混凝劑發揮混凝作用的關鍵，隨著水解進程的推進，當H+不斷產生后勢必會導致酸堿度的下降，當酸堿度下降到一定程度或是投加了較多的混凝劑后，會對混凝效果造成影響。在這樣的情況下，可投加一定的石灰或重碳酸鈉以維持水質保持中性。另外，水溫也是對混凝效果可產生明顯影響的因素，通常情況下，應將水溫控制在5℃以上的范圍以保證水解速率。

8 效益分析

8.1 環境效益分析

礦井水在經處理后既可用于降塵消防，同時也可用作生活雜用，在很大程度上節約了水資源。經計算發現，該項目削減的污染物排放量為化學需氧量179.6t/a、懸浮物206.4t/a，水體總污染量的下降可最終獲得更高的環境效益。

8.2 社會效益分析

當礦井水在經處理并應用于生產與生活多個方面之后，可在很大程度上減少天然地下水的開采量，進而可更好維持礦區地表地下水的最佳平衡狀態，同時，礦井水在回收利用后可在很大程度上緩解礦區日益緊張的用水矛盾局面，進而確保生產正常化，確保企業的綜合效益和更好的社會效益。

8.3 經濟效益分析

在應用本技術之前，該煤礦單位年處理回用礦井水費用122600元，水處理成本0.61元/m3。經調查，四角地煤礦年產生礦井水約20萬m3。礦井水通過處理后，每年可收集得污泥約250噸，污泥可全部作燃料銷售。

經濟效益計算如下：

經濟效益＝免抽取地下水費用+污泥銷售收入－處理礦井水費用

9 結語

礦井水雖然是一種帶有較重行業特征的污染性水源，但如果給予一定科學處理后仍能成為一種比較寶貴的水資源。我們將煤礦礦井水進行一定處理后同時應用到工業與生活，不僅能較好緩解礦區缺水的困難局面，而且更是節約地下水資源的理想途徑，經濟、環境、社會效益俱佳。四角地煤礦礦井水處理技術經工藝及效益分析，其處理技術在全縣有推廣前景。