煤礦綜合廢水處理及回用技術研究

李素媛

(大同煤礦集團設計研究有限責任公司，山西 大同 037003)

作為世界上最大的煤礦開采國，我國在煤礦廢水處理領域的發展相對落后。相關調查顯示，我國有近乎一半的煤礦不進行廢水處理，這在很大程度上造成了環境污染和水資源浪費。為了扭轉煤礦廢水處理這一領域的現狀，本文著重介紹廢水的綜合處理和煤礦的回收利用。

1 煤礦廢水概述

1.1 煤礦廢水來源

煤礦產生的廢水大多來自于礦井涌出的水，洗煤過程中產生的廢水以及不穩定礦物成分的浸出。煤巷中的地下水在壓力下流入街道，然后從街道流出，這些水中含有很多污染物。洗煤廢水包含部分小直徑的顆粒，主要是碳礦中的碳塊和黏土材料。由于洗煤廢水中的懸浮顆粒物比較小，簡單的篩除和過濾很難做到完全清除，導致排放出來的洗煤廢水異常渾濁。

1.2 煤礦廢水的危害

相關數據顯示，礦井水一般含有CODcr和SS，而這兩種物質呈酸性且有一定的毒性。因此，帶來的水污染問題十分嚴重，甚至會對區域內的地下水和地表水系統造成嚴重破壞。另外，油類污染物在煤礦中很常見，這種水殘留在地面上很難去除。一旦油膜在地面孔隙之間形成，就會破壞土壤原本的內在結構，阻礙微小分子的自由活動。這將會導致莊稼吸收不到養分而變得不在生長，甚至會導致莊稼死亡甚至大面積絕收。通常情況下，煤礦的大多數污染來源都是因為有機物。煤礦企業在對煤礦進行開采運輸時所產生的細小粉末留到水中，就會造成水污染，帶有水污染的水通常顯示為灰色和黑色，有些污水還呈現泥狀和油污狀，一旦油污進入到水體中便會大量聚集在一起，經過發酵最終會產生大量微生物，這些微生物一旦數量過多，便會導致整個水體水質變差，不僅會影響水環境質量，甚至會滋生細菌和病毒，對水體周圍的生態系統造成嚴重威脅[1]。

2 煤礦廢水再生回用現狀

煤礦開采會用掉大量水資源，因此，煤礦也是我國工業用水的主要生產單位。由于水資源的匱乏，很多煤礦在開采生產過程中往往因水資源短缺而不得不減產，甚至是停產。煤礦礦井涌水主要來自周圍環境的地下水和地表水。地下水是由于含水層、隔水層以及煤礦開采過程中缺乏導水裝置而沿著道路流下的涌滲水。同時，由于地表的塌陷和頂板巖石的塌陷，地表水流入井道或道路。礦井涌水還包括煤炭生產過程中礦區除塵和防火的水。由于礦井水來自地下水，礦井水的污染程度較輕，礦井水的質量與一般城市徑流相似，但不同于城市污水。這部分水包含大量懸浮固體，需要進一步處理以減少對周圍環境的破壞。

在采礦的第一階段，排水量隨降水量的增加而增加。在表層部分這種關系更為明顯，但在開采的中后期，相應的關系并不明顯，也就是說，降水增加，排水量幾乎增加很小或沒有增加。我國的礦山屬于采礦的末期，降水量與礦井涌水量關系不明顯，涌水量變化不大。

3 煤礦綜合廢水處理技術

我國煤礦廢水的處理技術分別是物理化學法、生物處理法和自然生態處理法。

3.1 物理化學法

物理化學法是一種完善的煤礦廢水處理技術，該技術主要通過物理和化學的作用進行煤礦廢水的處理。提取、膜分離、氧化吸附等典型技術屬于物理化學方法的范疇。

3.2 生物處理法

除了物理化學法外，生物處理法也是煤礦生產廢水處理的常用技術，在生物處理中，氧化溝處理屬于典型技術，是一種活性污泥處理系統。該技術的應用可實現余下的煤制水中總CODCr和總氮去除量的76.7%。因此，這種復雜的廢水處理技術具有很高的實用性[2]。

3.3 自然生態處理法

除以上兩類外，自然生態處理法還廣泛應用于我國煤礦廢水綜合處理技術中。濕地處理、土地處理等都屬于該方法的類別。在自然生態處理的應用中，該方法通常可以與礦井綜合廢水處理之間形成有利局面。

4 煤礦廢水的回用再生技術

4.1 混凝沉淀工藝

混凝沉淀是一個復雜的過程，將物理和化學原理與生物作用原理結合在一起。混凝沉淀工藝是在充分發揮磁分離的理化原理以及生物學原理各自優勢作用的基礎上，將兩者有機結合，通過把磁塵添加到常規的凝結和沉淀過程中，可以將煤礦廢水中的細小灰塵、碎末聚集在一起，進而形成絮凝的一種新的污水處理工藝。該工藝的優點是絮凝效果好，磁性粉塵可以通過磁粉回收。但是這種工藝的成本相對較高，且不適用所有地區，還沒有被廣泛應用，技術的成熟度有待提高，因此，限制住了這種方法的推廣與實際應用。

4.2 物理過濾技術

物理過濾技術主要是依靠物理顆粒和濾網之間的相對尺寸來過濾出污染物顆粒。一般而言，過濾介質的表面積或所用濾層的粒度小于排氣顆粒，進而起到凈化水質的作用。現階段，基于物理去污原理的去污方法分別有深床過濾、轉盤過濾和濾布過濾技術等，在二次廢水處理之前需要進行混凝、沉淀和過濾以進行高級處理，還涉及活性炭吸附，超濾膜和高級氧化的過程[3]。

4.3 生物濾池工藝

生物過濾器(滴濾池技術)的技術是在介質過濾材料中填充生物膜的床，并同時連續吹入氧氣以維持微生物的呼吸。通過消耗廢氣中的有機物，微生物會減少水中有害物質的成分。微生物經過生存和繁衍之后，能夠持續消耗廢氣中的有機物。當需要進行處理的煤礦廢水經過介質時，養分和氧氣會跟隨要處理的水擴散到生物膜里。之后，氧氣和養分將與廢水中的微生物發生同化反應，進而通過微生物過濾其他雜質。生物濾池工藝主要用到了生物、物理和化學方面的原理，因而，運用生物濾池工藝進行廢水回用的方法的效果較好。但更適合在污染嚴重和營養豐富的水質中運用，缺點是在廢水再生的實際實施中，對微生物的生長條件有一定要求。

4.4 其他技術

膜處理技術包括膜微濾和超濾技術、納濾、反滲透、膜生物反應器技術等。它基于微生物分解和膜分離工藝用于廢水處理。將超濾/微濾系統和反滲透系統等重要的組成部分安裝在曝氣池中，從而消除了傳統的二次沉淀池，處理后的水質更好，它可以直接用作飲用水。膜的直徑為102 nm～104 nm或更大。過濾效率與微量元素的大小和去除部位有關。此外，它還具有臭氧氧化技術，具有很強的氧化能力，臭氧氧化常用于消毒，屬于常溫常壓下可輸送的氣體。廢水必須現場處理，對廢水進行快速消毒殺菌效果好，而且處理技術相對環保。臭氧將被還原為氧氣，從而可以增加水中的溶解氧，而不會產生污泥和二次污染。

5 結語

隨著我國經濟的不斷發展，國民生活水平的不斷提高，人們的日常生活、生產對于水質的要求變得更高，再加上構建環保型社會的基本理念的持續推進，需要加強煤礦綜合廢水的處理與回收利用能力，不斷創新廢水處理技術和回收利用技術，從而在解決煤礦廢水排放問題的同時，實現保護自然生態環境的基本目標。