煤礦礦井水處理現(xiàn)狀與改進(jìn)策略研究

李向楠

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們都對生態(tài)環(huán)境保護(hù)給予廣泛關(guān)注，政府提出的新發(fā)展、新理念，從理論與政策方面為加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)提供支撐。煤礦多分布在我國中西部地區(qū)，而這些地區(qū)水資源比較缺乏，屬于干旱和半干旱區(qū)域，生態(tài)比較脆弱。由于缺少水資源，地表生態(tài)環(huán)境比較惡劣，尋找水源比較困難、水資源配置與綜合利用難度較大，這是礦區(qū)建設(shè)中難以回避的問題。

煤炭開采期間，部分地表水、開拓巷道附近和采煤層的地下水通過巖層裂隙，滲入巷道中，從而形成礦井水。受到礦床地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、水動力學(xué)和開采方法等因素的影響，礦井水具有煤炭行業(yè)的特征，與地表水的差異比較明顯[1-3]。如果直接排放礦井水，不僅會造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，也會污染環(huán)境。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦礦井水的利用率已經(jīng)得到較大提升，但是從相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出，對于煤礦礦井水處理，部分企業(yè)做得不夠到位，仍然存在不少問題，嚴(yán)重影響礦井水處理質(zhì)量與效率，因此有必要研究礦井水處理問題，然后采取有效的策略，改進(jìn)礦井水處理方法。

1 煤礦礦井水處理現(xiàn)狀

在滲入地下的過程中，含水層的水與煤巖層接觸并發(fā)生一系列反應(yīng)，最終形成礦井水。煤礦礦井水的水質(zhì)與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件有密切關(guān)系。礦井水流過采煤層，將大量煤粉與巖石顆粒等懸浮物帶入，而采礦活動也會對礦井水造成影響[4-5]。在煤礦礦井水的處理中，滲透法、自然沉淀、石灰中和法等處理方法比較常見[6-12]。

經(jīng)過多年的礦井水開發(fā)和處理，人們積累了一些技術(shù)與經(jīng)驗。含有懸浮物的礦井水比較常見，在處理這類礦井水時，首先利用提升泵將礦井水提升到調(diào)節(jié)池，經(jīng)過初凝沉淀、混凝、沉淀和吸附，即可達(dá)標(biāo)。對于含有較多微量元素的礦井水，過濾前，在過濾池中加入錳砂作為濾料[11-13]。對酸性礦井水處理時，往往在礦井水中加石灰和氫氧化鈉，以進(jìn)行中和反應(yīng)。如果礦井水呈現(xiàn)高礦化，首先進(jìn)行預(yù)處理，之后將礦井水中的鹽分除去。

1.1 污泥處理現(xiàn)狀

按照產(chǎn)生過程，礦井水污泥可以分為預(yù)沉污泥和混凝沉淀污泥兩類。預(yù)沉污泥的粒徑較大，以砂礫、煤渣為主，這類污泥產(chǎn)生在調(diào)節(jié)池或者預(yù)沉池底部，在沉淀過程中產(chǎn)生。混凝沉淀污泥的性質(zhì)比較復(fù)雜，其化學(xué)藥劑多，粒徑較小，主要包括巖粉、煤粉和混凝藥劑，在加藥反應(yīng)后沉淀產(chǎn)生。由此可以看出，污泥處理期間，主要采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為混凝藥劑。煤礦礦井水污泥處理工藝可以劃分為三類：自然處理、不完全工程處理、完全工程處理。自然處理時，首先晾曬或自然沉淀礦井水污泥，之后最終處置；不完全礦井水污泥處理為：礦井水污泥濃縮、沉淀或者自然晾曬，最終進(jìn)行部分自然處理，部分進(jìn)行完全處理；礦井水污泥完全處理包括污泥濃縮、脫水以及最終處置。其中，采用完全處理所占比例較大，占比超過60%，采用自然處理的占比大概在20%。

對礦井水進(jìn)行井下處理的較少，井下處理期間不會有污泥產(chǎn)生。不到一半的煤礦具有明確的煤泥最終處置目的，其中，有些作為低品位燃料提供給當(dāng)?shù)厝罕姡行┳鳛榇u瓦、水泥添加劑，有些礦區(qū)對礦井水污泥不做處理，與黃土混合后作為注漿原料[14]。

1.2 礦井水處理工藝現(xiàn)狀

在礦井水處理中，混凝、沉淀、過濾與反應(yīng)工藝最為常見，超過半數(shù)的煤礦采用這種方式處理礦井水。沉淀期間通常選擇斜管工藝，在反應(yīng)池中采用穿孔隔板技術(shù)。

2 煤礦礦井水處理中存在的問題

2.1 凈水器運(yùn)行效果較差

一體化凈水器具備較多優(yōu)點(diǎn)，如能耗低、造價低、易于操作等，因此各個煤礦需要裝配一體化凈水器。實際操作期間，有些煤礦沒有和實際情況相結(jié)合，前期缺乏對水質(zhì)的仔細(xì)研究，在凈水器設(shè)計階段，無法科學(xué)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，當(dāng)凈水器在煤礦礦井水處理現(xiàn)場安裝后，難以取得較好的運(yùn)行效果。相關(guān)調(diào)查研究表明，一些煤礦雖然安裝一體化凈水器，實際凈水效果只能達(dá)到設(shè)計水量的一半。一體化凈水器將沉淀池、過濾池以及反應(yīng)池集中在一起，在礦井水處理過程中能夠進(jìn)行反沖洗，并且實現(xiàn)全自動化排泥；由于集中化處理，工程占地面積較少，從凈水效果上看，一體化凈水器在調(diào)節(jié)、過濾以及反應(yīng)效果方面具有較好的凈水效果。從現(xiàn)階段我國一體化凈水器市場來看，設(shè)備質(zhì)量參差不齊，只有少數(shù)凈水器在實際工程應(yīng)用中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并取得良好的凈水效果。目前，凈水器設(shè)計參數(shù)不合格的問題還比較常見，使得在煤礦礦井水處理中無法達(dá)到設(shè)計的凈水量，而且凈水后的水質(zhì)不合格問題也比較常見[15]。

采購礦井水凈水設(shè)備時，大多數(shù)煤礦考慮到一體化凈水器的快速和成本低等優(yōu)勢，往往優(yōu)先采用，其在我國礦井水處理中應(yīng)用比較廣泛。一體化凈水器還存在如下問題：通常，煤礦礦井水包含采掘裝置機(jī)油和漏乳化油，一體化凈水器對這類物質(zhì)進(jìn)行過濾時，往往采用塑料濾珠，如果反應(yīng)期沒有充分反應(yīng)，在過濾層進(jìn)行過濾時，容易出現(xiàn)濾珠結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，從而影響過濾效果；一體化凈水器的設(shè)計水量與實際處理水量的差距較大，導(dǎo)致調(diào)節(jié)池和加藥系統(tǒng)等設(shè)備投資增加；一些煤礦礦井水需要二次加藥處理，有些不需要二次加藥的場地，設(shè)備頻繁進(jìn)行反沖洗，導(dǎo)致凈水功能的浪費(fèi)；一體化凈水器選擇輕質(zhì)濾料，在實際工程中往往出現(xiàn)塑料濾珠被沖走的情況，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。

2.2 調(diào)節(jié)池設(shè)置不合理

在煤礦生產(chǎn)過程中，礦井水的水量與水質(zhì)在不同時間段的差別較大，在用電低峰時，水量較大，而且持續(xù)時間較長，對調(diào)節(jié)池的要求較高。部分煤礦的調(diào)節(jié)池設(shè)置不合理，調(diào)節(jié)池容積不足，難以滿足礦井水處理的要求，無法暢通地排泥，嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)池的預(yù)沉和調(diào)節(jié)。

2.3 對運(yùn)行管理的重視度不足

煤礦礦井水處理要求管理人員具有較高的專業(yè)水平，管理人員要熟練操作設(shè)備，充分了解各種設(shè)備的性能。有些煤礦進(jìn)行礦井水處理之前，沒有分析水質(zhì)狀況，導(dǎo)致設(shè)備安裝后的效率低下，引起資源浪費(fèi)。

2.4 沒有充分重視消毒系統(tǒng)

一般情況下，處理后的煤礦礦井水要回用于工業(yè)生產(chǎn)，消毒系統(tǒng)較少用到，使得部分管理人員以為礦井水無需消毒。事實上，用于工業(yè)生產(chǎn)的礦井水也需要進(jìn)行消毒處理，紫外線、二氧化氯是常見的消毒方法。

2.5 污泥處理存在的問題

在煤礦礦井水處理過程中，存在污泥處理工序缺乏的情況。

3 煤礦礦井水處理改進(jìn)策略

3.1 采取有效措施，妥善處理污泥

在煤礦礦井水處理現(xiàn)場加裝污泥處理設(shè)備，全面對污泥進(jìn)行處理。這樣可以提高污泥脫水設(shè)備的自動化程度，盡可能地減少使用手動拉板式板框壓濾機(jī)，使勞動強(qiáng)度進(jìn)一步降低，從而使工人的勞動積極性得到進(jìn)一步提高，最終使污泥脫水設(shè)備的處理效果得到改善。要加強(qiáng)研發(fā)相關(guān)技術(shù)設(shè)備，研究煤礦礦井水污泥的脫水性能、組成特點(diǎn)，為污泥處理設(shè)備選型和脫水工藝設(shè)計提供參考，逐漸改善污泥脫水設(shè)備的處理效果，開發(fā)出與煤礦礦井水污泥處理相適應(yīng)的新設(shè)備與新工藝。

3.2 完善水處理系統(tǒng)

根據(jù)礦井水處理中存在的問題，各個煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采取相應(yīng)措施，對系統(tǒng)進(jìn)一步完善，使煤礦礦井水的處理效果得到提高。一是進(jìn)一步提高凈水器的運(yùn)行效果。人們要充分研究煤礦礦井水的水質(zhì)和水量，充分掌握礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，從而選擇合適的凈水器型號，為凈水器高效運(yùn)行提供保障。二是優(yōu)化一體化礦井水處理工藝，及時準(zhǔn)確地調(diào)整工藝參數(shù)。三是完善消毒系統(tǒng)。對煤礦礦井水處理后，進(jìn)行消毒處理，以降低負(fù)面影響，煤礦企業(yè)要從礦井水處理工程實際出發(fā)，對消毒系統(tǒng)進(jìn)行安裝與設(shè)計，按照規(guī)范要求進(jìn)行消毒處理。四是選擇最佳脫水處理設(shè)備。煤礦企業(yè)要認(rèn)真分析不同脫水設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，與礦井水處理中所產(chǎn)生的污泥量相結(jié)合，有針對性地選擇脫水設(shè)備，為提高污泥脫水效果打下基礎(chǔ)。

3.3 提高調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)能力

煤礦企業(yè)應(yīng)堅持從現(xiàn)場實際出發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)節(jié)池容積，增強(qiáng)調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)池的預(yù)沉作用。

3.4 加強(qiáng)監(jiān)理，保障工程質(zhì)量

現(xiàn)階段，工程建設(shè)層層轉(zhuǎn)包的現(xiàn)象比較普遍，部分施工人員的技術(shù)水平不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致出現(xiàn)較多的工程質(zhì)量問題。

4 結(jié)語

煤礦開采所帶來的污染是難以完全避免的，這與當(dāng)前環(huán)保理念背道而馳。因此，煤礦企業(yè)要提高認(rèn)識水平，優(yōu)化煤礦開采環(huán)節(jié)，盡量避免浪費(fèi)和污染水資源，做好煤礦礦井水處理工作，從而提高水資源利用率。經(jīng)過一定工序的無害化處理，大部分煤礦礦井水資源能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)再利用。當(dāng)前，人們要加強(qiáng)針對礦井水污泥的基礎(chǔ)研究，夯實理論儲備，大力推廣成熟的煤礦礦井水處理方法。