復雜成分礦井水處理工藝研究

劉 斌

鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司

復雜成分礦井水處理工藝研究

劉 斌

鄂爾多斯市國源礦業開發有限責任公司

煤礦企業日常運營中，多以物理化學沉淀方法對礦井水進行處理。當前，計算機技術和機械化在煤炭生產中應用很普遍，其能夠借助前段曝氣生物降解技術對復雜成分礦井水進行處理，以提高整體水質，從而對中水回用范圍進行拓展。本文著重對復雜成分礦井水處理工藝進行論述，實現地下水資源的合理利用，提高煤礦開采質量。

復雜成分；礦井水；處理工藝

1　前言

近年來，我國水資源嚴重缺乏，煤礦運營過程中的生活用水和生產用水也異常短缺。但是，企業負責人并未對節水問題進行明確認知，依然只是對礦井水進行單一的處理之后，進行排放，既對周邊環境產生了負面影響，也引發了水資源浪費問題。煤礦生產經營中，要認識到處理復雜成分礦井水的重要性，采用相關工藝對其進行處理，使其轉化為中水，應用到煤礦生產中，以有效節約地下水資源，實現效益最大化。

2　礦井水及水質特點

礦井排水的來源主要是煤礦生產中的廢水和巖層裂隙水。其很渾濁，呈黑灰色，并且含有大量的固體懸浮物。礦區的水文地質條件、水動力學、礦床地質構造和開采等，都會對礦井排水的水質產生影響，降低水源質量。

礦井水中含有大量負電性成分，顆粒之間的靜電斥力使其處于分離狀態，很難形成大顆粒。同時，膠體帶有電荷，能夠與周邊水分子相互作用，形成水化膜，對膠體的組合產生干擾。

懸浮顆粒的濕潤度會對礦井水中的懸浮物顆粒和混凝劑粘接性產生影響。煤具有疏水特點，可以用接觸角大小對水代替煤表層氣體的難易度進行衡量。煤表面無機物和有機物呈現復雜結合狀態，是煤潤濕性的重要影響因素。典型的煤化階段煤種的煤粉潤濕接觸角為褐煤40-63°、長焰煤60-63°、氣煤65-72°、肥煤71-75°、焦煤86-90°、無煙煤84-93°。這些數據表明，煤化階段增高，會減少其表面極性官能團數量，提升其芳香度，嚴重削減其潤滑性，并增加接觸角度。如果確定煤種，表明礦井水和混凝劑的親和能力也得到了相應的確定［1］。

3　礦井水處理技術

物理化學沉淀法在煤礦生產企業礦井處理工藝中應用比較普遍。其原理是混凝土經過反應之后，生成絮團，借助斜管沉淀，對懸浮物進行去除。沉淀構筑物以機械加速澄清池為主。該設施的特點是運行成本低，且具備很強的可操作性，并對沖擊負荷進行抵抗。處理單一煤塵顆粒巖層裂隙水的時候，其水質能夠達到COD≤45mg/L 和SS≤20mg/L。

生產理念的革新和機械化水平的提高，使礦井生產工序也有所轉變，很大程度上提高了其開采質量和效益。而礦井排水系統中也包含大型液壓支架、工作面降塵、運輸及設備轉載等用水，使礦井排水成分更加復雜，包括乳化液、煤粉、礦物油等。傳統水處理構筑物已經不能夠對當前水質背景下的礦井排水進行處理，不僅增加其加藥量，也會出現絮團上浮等。加之，礦井水中仍然含有大量的礦物油和乳化液，使COD含量比較大，使得水質更差，中水應用范圍受限，也會對其周邊河流產生嚴重污染，對生態環境帶來不良影響［2］。

4　研究目的與設計理論

近年來，前段曝氣生物技術以其成本優勢和效益優勢逐漸被應用到水質處理中，其應用原理是對可溶性有機物和微粒化礦物油進行降解和沉降，提高礦井水質。相關負責人要結合礦區具體情況，應用正確的工藝進行礦井水處理，將其負面環境干擾降到最低。

應用曝氣池、沉淀池、污泥回流系統、排除系統構成活性污泥法。在曝氣池中，使污水和回流活性污泥同時生成混合液，然后借助空氣擴散裝置，使壓縮空氣進入污水中，增加污水中的溶解氧，給微生物提供充足氧氣，并在劇烈攪動下，實現微生物懸浮。當溶解氧、活性污泥和污水混合之后，活性污泥顆粒會對污水內部的污染物進行吸附，使其處于菌膠團表層。如果氧氣充足，微生物對有機物進行吸收、氧化、分解，形成二氧化碳和水。混合液經過凈化之后，進入二次沉淀池，混合液中的活性污泥浮起，與其他固體物質同時沉淀，與水分發生分離。該種方式能夠對礦井排水中的乳化液、煤粉和礦物油等進行分解，使礦井水得到凈化。

如果在原有的礦井水處理系統中，增加曝氣池和二次沉淀池等，很難達到良好的祛除效果。因為，其會增加對場地面積的要求，且其經過沉淀池預沉之后，會降低礦物油和乳化油濃度，減少活性污泥水量，減緩增殖速度。

以序批式活性污泥法為基礎，在同一池中，實現均化、初沉、生物降解和二沉等，從而對增加構筑場地和污泥回流問題進行有效解決。對周期循環活性污泥法進行應用，能夠對場地問題進行解決，使礦井水處理系統時刻處于連續運行狀態［3］。

以某煤礦為例，其水質中含有大量的乳化液和礦物油，對水處理構筑物進行增加，在好氧生物降解工藝背景下，使其成為有池體和隔板構成的雙向循環曝氣池。該背景下總共有三條廊道，中間和兩側分別為曝氣區和沉淀區，并在其內部對斜管填料進行設置。三條廊道池底都包含曝氣裝置，兩側廊道處于沉淀和曝氣交替運行狀態，有助于節省污泥回流系統，也能夠對傳統的間歇排水缺點進行有效控制，不需要專門的排水設備［4］。

5　水處理構筑物

5.1工藝水流向處理

雙向循環曝氣池被廊道擋墻分割成三部分，將曝氣裝置設置在底部，使礦井水分別由底部配水和層流進水進入廊道，再通過廊道下部布水口流進中心廊道主曝氣區。在主曝氣區內，活性污泥好氧生物對污水進行處理，對水中的有機污染物進行吸附和消化，然后對其進行沉淀，并將溢流堰設置在水流末端，使水流出。

循環處理之后，對水流進行轉換，轉換之后，進水部位為溢流堰側底部。再經由主曝氣區處理，分別由上一循環處理流程進水，側溢流堰出水。

5.2構筑物結構

雙向循環曝氣池結構是整體鋼砼，通過廊道擋墻對池體進行分割，中間和兩側分別為主曝氣區和沉淀區，主曝區主要進行生物好氧處理，在其內側敷設蜂窩斜管，對活性污泥進行沉淀，并在沉淀區的末端池底對集泥斗進行設置，確保經由管路對多余的活性污泥和無機顆粒排出［5］。

6　水處理構筑物設計和建設

礦井水處理系統對沉淀池進行調節，對大顆粒固體懸浮物進行消除，使水質更加均勻。對其進行預沉淀之后，廢水中的固體懸浮物呈現均勻細小狀態，并包含溶解有機物和礦物油。構筑物的容積受生物處理接觸消化時間決定。該煤礦水處理構筑物在主曝區和沉淀池敷設了300m2的蜂窩斜管，規格為φ80mm，并在池底對旋切式曝氣管和微孔曝氣器進行設置，通過羅茨風機進行風力輸送，并在出水口設置不銹鋼溢流堰。

7　水處理構筑物運行和處理效果

雙向循環曝氣池沉淀區的進水和曝氣系統具有同步性，主曝區始終處于曝氣狀態，并將三條廊道的切換時間控制在30min，使活性污泥時刻處于懸浮狀態，通過排泥管路對沉淀區末端集聚的固體懸浮物和超齡活性污泥排出。在礦井水處理系統中，對雙向循環曝氣池進行應用，其具有穩定性，且水質均勻。處理之后的水質達到COD≤20mg/L和SS≤10mg/L。

8　結語

復雜成分礦井水處理是煤礦生產和運營過程中的基本訴求。煤礦負責人要結合具體的煤礦發展背景，應用合理的處理工藝，對煤礦中的復雜成分礦井水進行凈化和處理，降低水中的污染物和有害物質含量，并對其進行再次應用，將煤礦生產過程中的水資源浪費降到最低，以構建干凈整潔的煤炭生產環境，實現經濟效益和環保效益的最優，推進我國煤礦企業的快速發展。

［1］殷濤，趙喜慶，等.復雜成分礦井水處理工藝的研究與應用［J］.山東煤炭科技，2014，（11）:167-169.

［2］何緒文，李福勤.煤礦礦井水處理新技術及發展趨勢［J］.煤炭科學技術，2010，（11）:17-22+52.