煤礦水污染現狀及其治理工藝的優化

劉燕平

（山西省忻州生態環境監測中心，山西 忻州 034000）

引言

隨著可持續發展戰略的推進和落實，煤礦開采中的污染治理工作也得到了社會廣泛關注，綠色開采成為趨勢。由于煤礦開采的特殊性，開采時需要大量用水，會造成周邊區域水資源貧乏，對生態環境和居民的生活產生較大影響，同時水資源的快速減少還會導致自然界的補水機制失效，一度出現枯竭現象。此外，煤礦開采后會排放大量工業廢水，當廢水不達標排放時還會大范圍污染水質，影響周邊居民的身體健康。為此，有必要對煤礦污水處理工藝進行優化研究，在加強污水的再處理下，解決煤礦開采中的水資源破壞和污染問題。

1 煤礦開采對水資源污染的現狀分析

1.1 煤礦開采中水污染的情況

某企業每年能開采600 萬噸煤礦資源，平均每天就會排放3 000 m3左右的煤礦污水，甚至最大污水排放量可達每天5 000 m3，這無疑給礦區周圍環境和水質造成極大地破壞。為深入了解污水的成分和污染物的含量，需要對煤礦開采產生的工業污水進行研究分析，結果表明由于含有大量巖粉和煤粉的原因，整體污水呈現黑灰色，其他各類污染物的種類與含量可參考圖1[1]。

圖1 煤礦污水中的污染物種類與含量

結合圖1，煤礦開采產生的污水中，污染物含量由高到低分別是COD、BOD5、鐵離子、石油類、總氮、錳離子以及NH3-N，并且所有污染物的實際濃度均超過了排放標準濃度。煤礦污水中除了上述污染物外，還存在大量懸浮物質，污水處理需要等待懸浮物質沉降后才能進行，這是一個長期復雜的過程，增加了污水處理的難度，降低了污水處理效率。

1.2 礦井水對水資源的污染分析

所謂礦井水是指煤礦開采過程中產生的礦坑水、地表滲透水、地下疏放水以及防塵和生產用水，礦井水一般呈酸性或高礦化性，甚至含有放射性元素，排放這類污水的影響極其惡劣。排放酸性的礦井水會溶解部分重金屬，使廢水帶有毒性，影響地表生態環境；排放高礦度化的礦井水會引起水生植物和動物變異，甚至死亡，對自然界的生態系統造成大范圍影響；排放含放射性元素的礦井水則會嚴重危害居民的正常生活和健康狀況。此外，隨意排放礦井水不僅會對地表河流和土壤造成惡性污染還會破壞地下水的循環系統，甚至導致礦區周圍地下水位下降，導致大量水資源流失[2]。

1.3 煤礦用化工材料對水資源的污染分析

在煤礦開采過程中不可避免要用到掘進機、轉載機等大型設備，若設備中使用的齒輪油、液壓油、乳化油產生泄露，則會造成地面水源污染或井下水源污染。據相關資料證實，我國的礦用齒輪油、液壓油、乳化油的年用量為一萬噸左右，乳化油通常用水配為2%濃度的乳化液以供使用，主要用于外注式單體液壓支柱與綜采液壓支架之中。其中外注式單體液壓支柱卸載的乳化液一般會排放在采空區，會影響地表周圍環境和水資源，綜采液壓支架卸載的乳化液一般排放在井下，極有可能造成井下的水質污染。此外，由于乳化油中含有較難降解的添加劑和機油成分，一旦污染后會引起累積效應。

2 改善水資源污染的方法設計

由于煤礦的高效開采，工業廢水量逐年上升，傳統的煤礦污水處理工藝已經無法滿足目前所需，處理后的污水仍存在污染物超標排放的問題，對水質造成不容忽視的污染，這也迫使煤礦污水處理工藝進一步改革和優化[3]。

2.1 優化煤礦污水處理工藝

結合煤礦污水排放標準與目前現狀，對傳統的污水處理工藝進行改革優化，解決已知缺陷。煤礦污水處理新工藝的主要原理是在原有的工藝基礎上新增了加藥裝置、高效混凝劑以及高效旋流凈化器這三種裝置，優化各部分處理能力。煤礦污水處理新工藝的流程如下：煤礦開采過程中的污水首先排放入沉淀池進行沉淀，一段時間后通過凈水設備注入高效混凝器中，然后利用PAM 和PAC 加藥裝置向內部加藥，當污水與藥劑在高效混凝器中充分發生化學反應后，再排放到新增的高效旋流凈化器中，利用重力和離心力進行有效分離；根據污水中物質的不同密度會出現分層情況，最上層的藥劑可以直接回收，中上層的清水可直接排入清水池，中下層的清水二次過濾后排入清水池，最底層的沉淀物質流入污泥儲存池中，妥善解決了煤礦污水物質的分類排放問題。為了根據所需更精確地控制藥劑投入量，優化后的方案會分別對兩種藥劑設置相應的加藥裝置，以便于更好地結合實際，實現污水的最優化處理。

2.2 礦井水的資源化

由于煤礦開采過程中巖粉、煤礦粉和分解氧化的礦物的影響，礦井水的水質受到污染，為合理解決污染，使礦井水資源化，下面將針對三種不同類型的礦井水分別介紹其處理工藝。

2.2.1 潔凈礦井水的資源化

潔凈礦井水一般是指來源于奧陶紀石炭二迭系的茅口組和太原組灰巖的礦井水，水質好且酸堿度適中，其中不含有毒物質和污染物。對于潔凈礦井水來說，一般只需要通過自然過濾和簡單消毒就可作為生活用水，若含有有益元素，還能開發為礦泉水，有效解決飲用水資源匱乏的難題。

2.2.2 含懸浮物礦井水的資源化

含懸浮物的礦井水指的是除了細菌、懸浮物和感官指標以外，其它的理化指標和特點均符合飲用水衛生標準的礦井水。礦井水中懸浮物的含量一般為100～400 mg/L，在華東礦區和華北礦區的礦井水多為此類水質。對于含懸浮物礦井水來說，一般常采用先混凝，后沉淀過濾，最后殺菌消毒的處理工藝使其資源化（具體的處理工藝流程可參考圖2），處理后的礦井水可直接作為生活用水及工農業用水。

圖2 水處理工藝流程

2.2.3 酸性礦井水的資源化

酸性礦井水一般是由于采煤層里的黃鐵礦氧化，產生的硫酸與亞硫酸導致礦井水呈酸性。酸性礦井水較強的腐蝕作用，不僅僅會腐蝕土壤和設備，還會破壞周圍生態，影響較為惡劣。對于酸性礦井水來說，國內通常使用酸堿中和的方法進行水質處理使其資源化，例如石灰水中和滾筒法和直接投放石灰法，但由于其水質復雜難辨，難以作為生活用水，一般處理達標后可作為工農業用水，也可以作為井下開采的防塵用水。

3 優化煤礦污水治理工藝的效果分析

通過改革優化煤礦污水處理工藝，使污水中的污染物濃度大幅度下降，實現了污水的達標排放，達標排放后的污水不會再破壞生態環境和水質，從而實現了生態平衡。同時通過提高對水資源的利用率，也能更好地保證居民的正常生活。除此之外，優化后的煤礦污水處理工藝還提高了污水處理的效率，使之能應對當前煤礦開采中的高污水排放量，解決了傳統工藝處理能力不足的問題，總體來說，優化效果顯著。

4 結語

淡水資源是一種極為寶貴的不可再生資源，是人類生存和發展的基礎資源，由于煤礦的高效開采，工業用水以及工業廢水對水資源的破壞日益嚴重，這不僅危害了生態和居民生活，也損害了國家經濟發展。為保證水資源的穩定性和煤礦行業的可持續發展，必須優化煤礦污水處理工藝，加強礦井水的資源化處理，最大程度上實現生態平衡，減少水質破壞，提高生態效益。