基于生態環保的煤礦工程污水治理研究

摘要：煤礦污水含有大量的有害物質，未經處理直接排放會對土壤和水資源造成嚴重污染，對當地農業生產和生態環境造成不良影響。因此，煤礦污水治理技術是煤礦可持續生產和挖掘的重要工藝組成，可對保護生態環境和維護人民健康起到了至關重要的作用。但當前我國煤礦企業的污水處理工藝技術卻十分落后，嚴重影響煤礦污水治理的質量。本文通過分析綠色生產理念下我國煤礦工程企業污水治理中存在的問題，闡述煤礦開采下的水源污染現狀，并提出了有效的改進治污工藝，為煤礦污水處理工藝的設計提供了理論基礎。

關鍵詞：煤礦工程；煤礦污水；治理工藝

引言

煤炭資源作為一次性能源，對我國經濟的發展具有重要意義。2022年，我國煤炭消費量占能源消費總量的56.2%。由于在煤炭開采過程中需要大量的水資源來完成煤礦開采、選煤和洗煤等各種工序，因此水資源對煤炭開采具有重要的支撐作用。但煤炭開采過程產生的污水也會對當地生態造成二次污染，同時隨著煤礦消費需求和煤礦企業產能的增加，對水資源的消耗也與日劇增。權威統計數據表明，近些年的煤礦廢水排放已經接近50億m3，其中煤炭開采和洗選行業廢水排放量占比達8.02%，而這些煤礦污水的利用率卻不足20%，導致大量未經過處理的煤礦污水直接排放，不僅污染了當地的生態環境，同時還浪費了寶貴的礦井水資源[1]。

隨著水資源的日趨緊缺和取水成本的不斷上漲，傳統煤礦企業面臨著轉型壓力。因而，為應對這些挑戰，煤礦企業需采取一系列技術措施提高煤礦工程污水處理技術，減少煤礦污水對地表和地下水資源的污染。本文基于現今煤礦企業污水處理面臨的困境和現狀，通過對煤礦污水處理技術和水資源的利用率進行深層次分析，改進煤礦污水處理工藝，提高煤礦污水處理技術水平，降低礦井水資源的浪費和生態環境污染，為煤礦工程污水治理和循環利用提供了有價值的參考[2]。

1生態環保理念下煤礦工程污水治理存在的問題

煤礦工程污水治理是一個需要全面規劃和管理的復雜系統工程。然而，我國煤礦工程污水治理在規劃和管理方面目前還存在著明顯的不足。一方面，許多煤礦企業在建設污水處理工程時沒有考慮煤礦企業發展的實際情況和未來發展需求，缺乏對煤礦工程污水處理系統科學合理的設計和布局，造成了污水處理設施無法適應實際污水處理需求。另一方面，我國煤礦工程污水治理缺乏有效的監督和評價機制，相關部門和人員在執行工作時沒有明確的責任和標準，導致污水處理效率低、處理效果差，進而影響了煤礦企業污水治理的整體效果[3]。

1.1 缺乏對污水處理的系統性規劃

煤礦工程污水治理是煤礦可持續發展的重要環節，需根據煤礦治污的具體情況和發展需求進行系統性的規劃。但當前我國煤礦工程污水治理在規劃方面還存在著諸多不足，如許多煤礦在建設污水治理設施時，沒有充分考慮到污水處理系統的功能和效果，沒有按照生態環保的原則進行污水處理系統的設計布局，導致煤礦污水處理系統的效率低下、協調性差，因而使得煤礦環保系統降低了煤礦企業污水治理的質量和效益，與煤礦可持續發展的需求和方向相悖，制約了我國煤礦企業生態環保理念的貫徹實施[4]。

1.2 缺乏科學合理的管理制度

煤礦工程污水治理是一項涉及面廣的系統工程，需要科學合理的管理制度來保障順利實施。由于當前我國在煤礦環保工程建設管理方面還存在著不完善之處，因而對煤礦工程建設的質量和效果都會產生負面影響。現有的煤礦企業在污水治理系統運行時沒有建立起符合生態環保要求的管理制度，相關技術人員的責任與管理標準不明確，導致施工人員的松懈和失誤，不能有效地監督和評價污水治理過程和結果，響煤礦污水治理水平。因此，相關部門和技術人員應制定完善的管理制度，并基于生態環保理念加強對技術人員的培訓和指導，提高對污水治理過程和結果的監督與評估，以提高煤礦污水治理效果。

1.3 污水處理技術手段落后

煤礦污水處理技術是煤礦工程污水治理系統可靠性的重要保障，需要與時俱進地進行更新和改進。由于我國煤礦污水治理技術還存在技術滯后的現象，許多大中型煤礦還在使用過時的污水處理技術和設備，因此對我國煤礦污水治理的質量和效率都有著不利的影響。改革開放前，我國實行計劃經濟，對煤礦的發展和開采有著嚴格的限制，導致煤礦污水處理技術沒有得到足夠的重視和投入，污水處理技術落后、設備老化。改革開放后，隨著我國經濟社會的迅速發展，煤礦開采規模增長，使得煤礦污水處理工作面臨著較大的壓力和挑戰，原有的污水處理技術和設備已不能適應新形勢的需要。因此，需加大對先進煤礦污水處理技術的研究和引進，提高煤礦污水治理的水平和效果。

2煤礦污水處理方法及工藝

煤礦礦區污水的來源多、污染物種類多，易對對生態環境和公眾健康造成嚴重威脅。因此，對礦井污水和水質參數進行采樣分析，污水主要類別及具體污染參數如表1所示。而除表1所列污染物外，煤礦污水中還含有大量的懸浮物質，如泥沙、煤粉、煤渣等，這些懸浮物質沉降緩慢，需經過長時間的靜置或機械處理才可去除，不僅增加了污水處理的時間和成本，也降低了污水處理效率。因此，煤礦污水處理是一項難度較高的環保工程，需采用先進的技術和設備提高懸浮物的去除率和治理速度，提高污水處理的質量和效率。

目前，我國煤礦污水處理技術主要以生物法為主，輔以物理法和化學法，采用“預處理+生物處理+深度處理”的工藝流程。由于煤礦污水具有水質復雜多變、污染物濃度高、生化可利用性差且含有高毒性物質的特點，傳統生物法難以達到預期效果，因此需要采用高級氧化、膜分離等新興技術進行深度處理或資源回收利用[5]。

2.1 煤礦污水處理的PACT技術

PATC技術是一種利用粉末活性炭進行煤礦污水處理的工藝，其工藝處理流程如圖1所示。PACT技術具有成本低、效率高的特點，在工業廢水處理中有著廣泛的應用。PATC技術利用活性炭的強大吸附性，可有效去除污水中的COD及其他有毒有害物質和氣體，實現凈化污水的目的。PACT技術可發揮一定殺菌作用，消滅污水中的細菌和病原體，能快速沉降、分離污水中的污泥，避免造成二次污染。隨著科技和經濟的快速發展，PATC技術性能不斷改進，活性炭的吸附能力也將得到顯著提高，使其應用于煤礦污水處理效果更佳。

2.2 A2/O-MBR生化處理系統

污水生化處理系統中的A2/O-MBR工藝是一種結合了A2/O生化處理和MBR膜過濾的污水處理工藝，可提高污水處理效率和出水質量。A2/O生化池內含有豐富的微生物可實現污水中有機物、氮素等的去除，降低污水中的COD和TN。生化處理后的污水進入MBR生物池進行膜過濾，MBR生物池利用滲透膜完成生化池中的泥水分離，實現出水的固液分離。MBR生物池增強生化反應，通過膜的截留作用提高MBR生物池中的活性污泥濃度，加快污水中有機物的降解速度，同時由于膜的高過濾精度，可保證出水潔凈透明度高。

A2/O-MBR生化處理系統具體污水處理工藝流程如圖2所示，機械格柵攔截污水中的大塊懸浮物，避免其進入調節池造成污水泵和管道的堵塞；調節池調節污水量與水質達到相對穩定；提升泵將污水抽送到平流沉砂池，分離砂礫等高比重雜質；初沉池對沉砂后的污水進行沉淀穩定處理，為后續生化處理提供良好條件；轉鼓細格柵過濾去除初沉污水中的細小懸浮物，并利用生化處理單元的微生物降解污水中的有機物和氮磷等營養鹽；消毒池將生化處理后的水殺菌消毒，部分排放，部分回用于礦區沖洗灌溉；產生的污泥會排入污泥池，經壓濾機脫水處理生成干污泥團便于運輸處理。

3改善水資源污染的方法設計

3.1 優化煤礦污水處理工藝

根據現行的煤礦污水排放標準，傳統的煤礦污水處理工藝存在處理效率較低的問題。為解決傳統的煤礦污水處理工藝存在的問題，本研究對傳統工藝進行了優化改造。優化后的新工藝在原有工藝的基礎上，增加了A2/O-MBR工藝、藥劑精準投加系統及高效旋流凈化器3項主要處理設備。優化后的處理流程為礦井排放的廢水經沉淀池初步沉淀后，進入高效混凝池進行A2/O-MBR混凝處理；隨后經過PAM和PAT的藥劑精準投放系統投加處理藥劑；混凝反應后的廢水進入高效旋流凈化器，利用重力和離心力進行分類分離。根據不同污染物的密度特性，分離出的頂層清水可直接排放或經二次過濾后排放；底層污泥則分類儲存后進行進一步處理。與傳統工藝相比，改進工藝增加配置了藥劑精準投加系統和高效旋流凈化器，優化了各處理設備的處理能力，實現了對污水成分的分組處理，滿足煤礦污水排放標準。另外，設置的不同藥劑精準投放系統，也可根據廢水水質的實時變化調整投藥量，實現廢水處理的最優化。

3.2 礦井污水的回收利用

煤礦開采過程中，巖粉、煤粉及礦物氧化分解等因素導致礦井水受到不同程度污染。為有效解決這些污染問題并實現礦井水資源化利用目標，本文介紹了3種類型的礦井水處理工藝。

3.2.1 潔凈礦井水的回收利用

以來源于奧陶紀石炭系茅口組和太原組灰巖的礦井水屬于潔凈礦井水為例，由于碳酸鹽巖層的天然過濾作用，此類礦井水質良好且pH溫和，不含有毒物質和污染物，經自然過濾和簡易消毒，就可直接作為生活飲用水。若檢測發現含有對人體有益的微量元素，來源于奧陶紀石炭系茅口組和太原組灰巖的礦井水還可經進一步處理、開發為礦泉水產品。因此，合理利用潔凈礦井水資源，不僅可緩解水資源短缺問題，還可開發具有經濟價值的礦泉水產業，以及具有重要的社會經濟意義。

3.2.2含懸浮物礦井水的回收利用

含懸浮物礦井水是指除懸浮物、細菌和感官指標超標以外，其他理化指標均達到飲用水衛生標準要求的礦井水。這類礦井水中的懸浮物含量一般在100～400mg/L之間，主要分布在我國華東和華北煤田。因而，對這類含懸浮物礦井水的處理可采用混凝-沉淀-過濾-消毒的工藝流程，先利用混凝劑使礦井水中的懸浮顆粒發生混凝反應生成較大粒徑的絮體，然后在沉淀池中沉降除去絮體，經過濾除去殘留絮體后進行消毒殺菌，具體原理如圖3所示。懸浮物礦井水的回收利用利用工藝通過有效地除去水中懸浮物、細菌等指標不達標的污染物，實現了含懸浮物礦井水的資源化利用，不僅操作簡單、處理效果良好，還可推廣應用于含懸浮物礦井水的治理中。

3.2.3酸性礦井水的回收利用

酸性礦井水主要是由含硫礦物在開采過程中氧化生成硫酸和亞硫酸所致。這類礦井水酸度較高，可腐蝕周圍土壤、設備及破壞生態環境。我國對酸性礦井水的處理主要采用酸堿中和的方法，即石灰水中和滾筒法、直接投加石灰法。其中，

石灰水中和滾筒法是在滾筒設備中加入石灰粉，利用機械攪拌使礦井水與石灰粉反應生成氫氧化鈣沉淀；直接投加石灰法是直接向礦井水中投放適量生石灰，中和水中的酸性物質。2種方法可有效降低礦井水酸度，但難以還原至直接飲用水標準，處理達標的酸性礦井水只可用于工農業或井下防塵。因此，酸堿中和是處理酸性礦井水的有效方法，可減輕其環境危害并實現資源化利用，但需根據水質特點選擇適宜的中和方式，才能實現經濟有效的治理效果。

4應用環保評價

為驗證壽陽開元礦業污水處理站采用優化煤礦污水處理工藝的可行性，在設備安裝調試后的試運行期間發現，處理系統運行穩定未出現故障，滿足煤礦污水連續處理的要求。同時，對處理后的出水進行了取樣分析測試，檢測出水質是否達標。測試結果顯示，出水中CODCr含量為44.1 mg/L、BOD5含量為8.3 mg/L、TN含量為12.4 mg/L、NH3-N含量為4.5 mg/L、TP含量為0.32 mg/L、SS含量為7.9 mg/L。對比《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）一級A標準限值，各項指標均滿足排放要求，表明采用A2/O-MBR工藝改造后，能有效提高煤礦污水處理站的出水水質，達到排放標準要求，驗證了該改造方案的可行性與有效性。

結語

煤礦高效開采帶來的大量工業用水消耗和廢水排放，使水資源遭到了日益嚴重的破壞，不僅危害生態環境和居民生活，也制約著國家經濟的可持續發展。因此，為保證水資源的穩定供給和煤炭工業的可持續發展，對煤礦污水處理工藝進行優化，既可加強礦井水的資源化利用，又能最大程度地實現生態平衡、減少水資源破壞。而經過對改進工藝處理的污水測定還發現，改進工藝對煤礦污水具有較好的處理效果，排水指標滿足國家標準要求，具有一定的推廣應用價值。

參考文獻

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[3]朱琦.生態環保污水處理技術研究[J].皮革制作與環保科技，2022，3（12）：20-21.

[4]艾文靜，李建平.生態環保污水處理技術分析[J].綠色環保建材，2018（08）：74-76.

[5]王小芳，曹優明.探析基于生態環境保護的污水處理問題[J].生態環境與保護，2021，4（06）： 48-49.

作者簡介

胡書彥（1984—），女，漢族，河北石家莊人，碩士，工程師，研究方向為環境工程。