煤礦井下廢水處理與利用

焦元元

(山西西山煤電股份有限公司鎮城底礦，山西 太原 030203)

水資源是人類不可或缺的資源，同時煤炭也是我國的主要能源供應形式。根據有關研究資料[1-2]，礦井每開采1 t煤炭需要排放約2 t礦井廢水。若將煤炭生產過程中產生的廢水直接排放，不僅會造成水資源的極大浪費，而且也會給礦區生態環境帶來不利影響。盡管現階段我國礦井水資源利用程度得到顯著提升，但是礦井廢水排放仍是礦井生產過程中面臨的一個重要的環保問題[3]。一般而言，礦井排放的廢水中含有較高含量的固體懸浮物、重金屬以及有機物等，煤炭企業需要對礦井廢水進行科學處理，從而實現水資源的綜合利用，提升礦區生態環境[4-6]。本文以山西某礦礦井水綜合處理與利用為工程背景，對礦井廢水處理工藝進行詳細闡述，以期能提升水資源有效利用率。

1 礦井概述

山西某礦設計生產能力為3 Mt/a,設計礦井廢水處理量為5 000 t/d，回水量在1 800 t/d。廢水處理廠設計處理的礦井廢水參數見表1。

表1 設計處理的礦井廢水參數

礦井工業廢水經過處理后可以滿足有關標準規范要求，可進行直接排放；回水水質可以滿足《生活引用水衛生標準》要求，用以職工澡堂洗浴使用。

2 礦井廢水處理工藝

2.1 礦井廢水特點

礦井廢水一般可以分為酸性廢水和非酸性廢水。根據水質檢測及現場勘驗，發現該礦井下廢水屬于酸性廢水，pH值介于4～5，具備多數礦井廢水特征：1) 礦井廢水內含有含量較高的懸浮物，色度高，水質變化大，懸浮物含量顯著高于地表水體；2) 礦井廢水中的懸浮物粒徑小，從而導致沉降速度低。該礦廢水中懸浮物粒徑超過85%在50 μm以下，懸浮物粒徑一般在2 μm～8 μm；廢水中懸浮物的密度在1.3 g/cm3～1.5 g/cm3，較地表水體中泥沙類懸浮物(密度在2.5 g/cm3左右)低許多；3) 廢水中化學需氧量(COD5)高。主要是由于礦井廢水中含有乳化油、機油、坑木等有機物，同時廢水中的煤屑還原也會造成COD5超標；4) 礦井廢水中重金屬離子超標，其中最為常見重金屬離子為Fe2+、Mn2+等。

2.2 礦井廢水處理與利用技術

現階段，對礦井廢水處理與利用工藝有多種選擇，其中，以沉淀+過濾工藝應用范圍最為廣泛。根據該礦廢水特征，對沉淀+過濾廢水處理工藝進行優化，增加初沉、混凝以及深度處理等工藝過程。主要是由于該礦廢水中含有較高含量懸浮物，增加初沉工藝實現對礦井廢水中較大粒徑懸浮物預先沉淀。礦井在生產中，排除的水量以及水質存在較大差異。一般情況下，礦井排水選擇電費較低時段進行，需要在排水口設置容積較大調節池。本工程將初沉池與調節池合二為一，不僅具備水量調節功能，而且還可以起到初沉效果。

混凝沉淀是礦井廢水處理中的一個重要環節，選擇的絮凝劑應價格便宜、對水質無不良影響、凈水效果顯著，一般常用的絮凝劑有鐵鹽、鋁鹽絮凝劑兩種。主要作用是處理礦井廢水中粒徑較小的懸浮物，同時，若選取的絮凝劑合理，還可以有效去除廢水中的Fe2+、Mn2+等離子。

鑒于礦井產生的廢水懸浮物含量高、可生化性低特征，具體礦井廢水處理流程為：礦井廢水經過初凝→混凝→斜板沉淀→過濾后可以實現穩定出水且排放的水可以滿足有關標準要求。對礦井廢水進行深度處理可以采取反滲透工藝，為了確保深度處理工藝可以有效、持續進行，需要對水中容易引起反滲透系統出現堵塞的易結垢物質及絮凝成分去除。

采用的水處理工藝具有水量、水質波動小的特征，通過初沉調節池可以有效緩沖水質、水量變化，從而確保水處理系統處理后的出水水質；方便管理、系統運行可靠、流程簡單、維護及管理便捷；水處理系統中的各水處理單元結構布局緊湊，能夠節省占地以及基建投資；采用斜板沉淀池，沉淀泥漿通過脈沖氣流運輸，不會出現堵管情況，不需要進行額外沖洗，沉淀效率高。

具體礦井廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 礦井廢水處理工藝流程

2.3 主要設備類型及參數

在預沉調節階段，采用的調節池容積為1 250 m3,采用2臺型號為250YW600-25-75提升泵，提升能力為250 m3/h，采用1臺型號為HJX3-10.4桁架式吸泥機，跨距及行程分別為12 m、26 m，功率為1.85 kW;混凝沉淀池添加PAM助凝劑及PAC混凝劑，采用2臺框式攪拌機，單臺設備功率為2.25 kW；高效斜板沉淀池設計流量為210 m3/h，采用4個斜板沉淀池，每個沉淀池設計流量53 m3/h，采用2臺排泥泵，具體參數為：Q=15 m3/h，N=3 kW，H=20 m；多介質濾池設計流量為210 m3/h，池體規格12 m×6 m×4.6 m，鋪設濾料層厚度2 m；采用2臺反沖洗泵，具體參數為:Q=300 m3/h，N=30 kW，H=22 m;采用2臺反沖洗風機，具體參數為:Q=13.75 m3/h，N=322 kW，P=58.8 kP；深度處理車間設計處理能力為1 800 t/d，車間規格為16 m×6 m×7 m，主要的處理設備為1臺石英砂過濾器，1臺型號DN3200活性炭過濾器，1臺DPC精密過濾器，1臺反滲過濾器。

3 結語

根據山西某礦生產過程中排出的礦井廢水特征以及礦井實際情況，提出了具體的廢水處理工藝。該廢水處理工藝具有占用空間小、投資小、便于操作以及運行穩定等特點，具備較強的抗水質及負荷沖擊能力，在礦井廢水處理中表現出顯著的優越性。對于礦井廢水回用采用混凝沉淀、過濾以及深度處理等措施后，處理后的水質可以滿足礦井后續回用需要。該礦礦井廢水處理工程已于2018年2月投入運行，截止到2019年6月，各處理設備運行良好，礦井廢水處理后排出的水滿足《生活飲用水衛生標準》等規范要求，可以用于礦區職工洗浴、園林綠化等。