集成高效煤礦污水處理與回用工藝研究

王 凱

(山西省晉煤集團寺河煤礦，山西 晉城 046205)

引 言

煤炭能源占我國能源結構的70%以上，在開采煤炭的過程中往往會污染到原有的地下水，主要污染物包括煤粉、巖石粉塵、懸浮物和微生物等物質，部分煤礦污水中含有較高的懸浮物、化學硫化物等。因此，如果沒有經過處理直接進行污水排放，會嚴重影響到地表水的水質情況，危及生態環境質量，造成地下水資源的浪費。

經過處理的煤礦污水是可以作為資源回收利用的，如何對煤礦污水進行加工再使用，在近幾年做了很多的研究，也有了顯著的成果。本文通過對煤礦污水成分及特點等進行具體分析，提出了煤礦污水分類處理的資源化回收工藝技術。

1 煤礦污水的內容

1.1 煤礦污水的具體情況

煤礦行業用水量比較大，全國的煤炭產量在1993年總計是11.4 m3，這意味著1993年當年煤礦行業的排水量為22億m3。舉例說明，如煤礦的年產煤是3 000 km，那么總的用水量為18 000 m3/d(其中1 500 m3/d是選煤廠的補充水，4 500 m3/d是熱電車間使用的水量，1 500 m3/d是井下灑水及消防的用水，8 000 m3/d是生活用水)，其中6 000 m3/d為污水排放量。

現今，很多大型企業中實施部分污水的資源回收，主要的方法是：1) 首先選煤場的洗煤水要實現閉路循環，在生產的過程中會產生一定的煤泥水，這些煤泥水會進入到煤泥機進行濾水回用。利用壓濾機壓濾底流，回收煤泥，濾液可以用作生產補用水。2) 經過混凝、沉淀、過濾幾步驟對礦井水進行消毒，消毒之后的回用水在井下灑水、消防用水、洗煤廠補充用水以及生活用水都可以使用。

1.2 回用煤礦生活污水

1.2.1 煤礦生活污水特點

城市生活污水的成分和煤礦生活用水的成分大致上是一樣的，不過兩者水質指標存在著較大差異的就是濃度，如表1所示。

表1 生活污水的水質指標 (mg/L)

煤礦污水和城市污水通過表1比較后具有以下一些特點。

1) 城市生活污水的污染物濃度要遠遠高于煤礦生活污水，其中的原因是：煤礦所處的主要位置往往是不發達的農村山區，生活質量水平較低；流量較大的浴室排水和其它未回用的低濃度生活廢水都處于污水之中，具有稀釋的作用；沒有很高的自身管理水平，不懂得節約用水，造成了水資源的浪費。

2) 一些煤泥、灰沙等雜質會夾雜在煤礦污水之中，這在SS/BOD和SS/COD值中就可以看出。

3) 從結果中可以看出，總濃度較大的是煤礦污水，基本上都在300 mg/L之上，主要的原因是煤礦用水都是直接取用的地下水。所以，處理煤礦污水的方法不應搬照城市污水處理的方法，必須要與實際水質相結合，選擇出與之相匹配的回用工藝。

1.2.2 回用煤礦生產污廢水

由于許多因素的相互制約，導致了現實中污水回用情況很不理想，所以回用于生產用水是現今需要考慮的主要問題。生產補充水、熱電車間冷卻用水建筑用水及綠化用水都是回用生產用水的主要內容，其水質指標如表2所示。

表2 建筑中水、熱電車間用水和選煤廠補充水的水質指標

由表2可以看出，用水水質要求容易得到滿足的就是建筑中水、熱電車間用水和選煤廠補充水。在SS和COD上有所限制，并且用水需求大，這兩者是處理回用污水的主要方向。

2 污水資源化技術

2.1 連續膜過濾技術

中空纖維膜比表面積比較大，是裝填密度大的膜組件；這種膜制成的主要方式就是進行紡織，這種工藝非常簡單易操作，所以成本也相對較低；中空纖維膜可以進行反向清洗，這在處理大規模的污水過程中有著很明顯的優勢。

高抗污染膜以及與之相配合的膜清洗技術是連續模過濾技術的核心，因此，在線清洗技術就可以得以實現，從而進行不間斷的連續處理液料，同時設備的高效連續工作也可進一步得到保證。在大型城市污水處理廠沉淀池生水的深度處理回用時，采用的就是連續模過濾技術[1]。

2.2 膜生物反應器

膜分離技術和生物技術結合的新技術稱為膜生物反應器，主要應用的領域是污水廢水的處理，主要使用平板膜、管式膜和中空纖維膜，目前最主要的是中空纖維膜。膜生物反應器在處理污水之后，生水水源就會達到相應的標準。不僅處理生物污水時可以使用此方法，在染色廢水、洗毛廢水、肉類加工污水等水處理時也可以使用此方法。

2.3 反滲透技術

在20世紀60年代初發展起來的以壓力為驅動力的膜分離技術就是反滲透技術。該技術的發展主要是通過淡化海水與苦咸水，這種技術被叫做“淡化技術”。流程簡單、操作方便、用料少、耗能較低都是反滲透技術的優點。在城市污水深度處理中反滲透技術受到了高度的重視。

3 煤礦污水處理與回用工藝

針對引言中所提出的問題，下面主要對煤礦污水處理與回用工藝技術做出相關介紹，見圖1。首先煤礦污水會進入到高位沉淀池，主要目的是為了平衡水質，然后污水會流入到凈水池，主要目的是為了進行絮凝沉降，接下來污水進入到曝氣池，最后就會流入到錳砂過濾器進行污水處理，處理過后的水就可以再進行回用。

圖1 煤礦污水處理與回用工藝的流程圖

3.1 均衡水質

高位沉淀池中會流入污水，大顆粒泥沙等物質是初步沉淀出來。污水從礦井下面抽入到礦井水處理站的時候會出現較大的水質波動，這時大量的易沉沙粒會存于污水中，后續凈化處理的沖擊負荷可以通過高位沉淀池減小。

高位沉淀池的位置要高于凈水池5 m左右。只有在較高的位置處才可以設置高位沉淀池，高位沉淀池要始終高于凈水池，污水會先流入高位沉淀池之后流入到凈水池進行處理，錐形污泥筑集槽需要設置在高位沉淀池的底部，主要為了方便排泥。同時，高位沉淀池也需要安裝監控污水的液位控制器[2]。

3.2 絮凝沉降

混凝反應池和沉淀池是凈水池的兩個主要部分，斜管會安裝在沉淀池之內；混凝反應池和沉淀池會不斷進入污水，在混凝反應池內可以調解污水的pH值，進行混凝反應的時候也需要加入PAC和PAM混凝劑，污水中的大粒徑懸浮物就是由小粒徑懸浮物凝結而成的；污水流入到沉淀池的時候會通過混凝反應池的下部，此時大粒徑懸浮物的沉降和沉淀還要依靠斜管來完成[3]。

混凝池反應池中的污水會進行反應絮凝和沉淀，同時也會繼續絮凝和反映污水帶過來的部分細

小懸浮物和膠體，從而大密度的礬花也就此形成了，再通過沉淀池內斜管助沉完成泥水分離，可以有效的去除被截留下來的懸浮物和膠體。

沉淀池斜管的形狀為六角蜂窩型，六角蜂窩協管主要作用是懸浮物可以順利的進行沉淀。溢水槽安裝在沉淀池的上方，污水在流向曝氣池的時候會通過溢水槽，阻止沉淀池上方飄出的污泥，防止污泥流出是溢水槽的主要作用，同時調節出水平衡也是溢水槽的作用之一，這不僅可以平衡出水的速度，也可以阻止污泥流出。

3.3 錳砂過濾器

錳砂過濾器中會有污水的流入，通過充氧曝氣進行污水處理，在進行催化之后可以把污水中的Mn等金屬離子氧化為不可溶解的化合物，再進行去除與過濾。

4 結論

本文主要對煤礦污水回用的具體情況、相關技術和回用工藝做了簡要的分析，采用新的污水回用工藝希望對今后的煤礦生產過程中的污水處理提供參考建議。