混凝技術在礦井水處理中的應用

申麗明

(潞安集團節能環保處，山西 長治 046204)

引 言

煤礦開采過程中伴隨著地下水的涌出，由于我國煤層一般存儲于地下含水層之下，為確保生產的安全性必須排出大量的礦井涌水。通常礦井水質與地下水質特征幾乎一致，盡管其中含有大量的以煤粉巖粉為主的懸浮物，但是其他指標均正常。此外，我國煤礦大部分處于華北、西北等水資源相對匱乏的地區，煤礦開采一方面破壞了當地及其周邊的地下水資源，另一方面礦井水的直接排放嚴重污染礦區及其周邊的環境，對其生態造成極大破壞[1]。因此，開展礦井水的處理工作均會提升當地社會及其經濟效益。本文將著重探討混凝技術在礦井水處理中的應用，為達到最佳處理效果提供理論指導。

1 礦井水概述

1.1 礦井水水質特征

礦井水是地下水的一部分，在工作面開采煤炭的過程中地下水與煤層、巖層等相接觸發生一系列的化學和物理反應，使得礦井水中含有大量的無機、有機污染物、細菌污染物以及其他有害物質等。礦井水的水質主要受工作面水文地質以及煤質的影響。礦井水水質不同于工業廢水的水質，其中不含有毒物質[2]。經檢測可知，礦井水的酸度、懸浮物含量、硬度以及硫酸鹽含量等指標均超過標準。鑒于此，可針對礦井水采用一定的處理技術達到可食用或降低環境污染的目的。

1.2 礦井水處理技術分析

不同特征的礦井水所采用的處理技術不盡相同。目前，根據水質的不同可將礦井水分為潔凈礦井水、高礦化度礦井水、含懸浮物礦井水以、酸性礦井水以及含特殊污染物礦井水。其中，潔凈礦井水可直接供居民日常生產和生活使用；含懸浮物礦井水主要采用混凝沉淀的技術對其進行處理；高礦化度礦井水主要處理宗旨為去除其中的鹽分，可采用熱力法、化學法以及膜分離法等；酸性礦井水主要采用中和法進行處理；對于含特殊污染物的礦井水首先應消除其中的懸浮物，其次針對其具體污染物采用相應的技術進行處理[3]。

本文著重對含懸浮物礦井水處理所采用的混凝技術進行研究。

2 混凝技術研究

2.1 混凝技術原理分析

鑒于礦井水中所煤塵、粉塵顆粒的直徑非常小，一般顆粒直徑僅為25 mm。而且細小煤塵、粉塵所形成膠體的狀態相對穩定，單純的依靠重力沉降原理無法從根本上去除懸浮物。因此，對含懸浮物礦井水處理時應首先將其中細小的顆粒聚集成較大的顆粒，使其能夠在自然沉降的作用下去除，此技術即為混凝技術[4]。

2.2 混凝劑的選擇

基于混凝技術完成對含懸浮物礦井水處理工藝的關鍵工藝環節包括混凝、沉淀以及過濾，其中又以混凝和沉淀工藝為影響其最終處理效果的決定性工藝。而直接影響混凝、沉淀效果的因素為混凝劑的選擇。在多年礦井水處理的經驗基礎上，常見的混凝劑為無機混凝劑和有機高分子絮凝劑按照一定比例混合而成的混凝劑。

2.3 影響混凝效果的其他因素分析

除了混凝劑的種類及其比例為直接影響礦井水混凝、沉淀的效果外，影響混凝效果的主要因素還有溫度、pH值的影響。

1)溫度對混凝效果的影響。水溫是混凝反應、沉降分離的關鍵控制因素。水溫越高，礦井水最終的混凝效果越好；水溫過低會延長混凝劑的水解時間，而且此時水的黏性較大不易分離。因此，水溫的確定在一定程度上與混凝劑的選取相關。

2)pH值對混凝效果的影響。同樣，pH值也是影響礦井水最終混凝效果的關鍵因素。pH值將主要影響礦井水中膠體顆粒的電荷和膠體的電泳速度[5]。而且，pH值的選取同樣與所采用的混凝劑的種類相關。實踐表明，當采用硫酸鋁作為混凝劑時應將其pH值控制在6.5～7.5之間。當采用三價鐵鹽作為混凝劑時，根據其任務不同設定對應的pH值；其中，當用于去除礦井水的濁度時，應將其pH值控制在6～8.4之間；當用于去除礦井水的色度時，應將其pH值控制在3.5～5之間。

3 混凝試驗

混凝劑作為影響礦井水處理混凝效果的關鍵因素。本文將以潞安集團五陽煤礦礦井水為研究對象，對其采用不同混凝劑的情況下濁度的去除效果進行驗證。本文所驗證的混凝劑的類型有絮凝劑硫酸鋁(AC)、絮凝劑氯化鐵(FC)以及絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)。

3.1 試驗儀器

根據試驗需求，試驗所需的試驗儀器如表1所示。

表1 試驗儀器

取200 mL的樣品礦井水將其分別置于6個500 mL的燒杯中，將一定量混凝劑分別加入燒杯，充分攪拌后取50 mL樣品對其濁度進行檢測，實時記錄數據。重復操作，分別將另外兩種混凝劑按照上述部分加入樣品中充分攪拌后測其濁度，得出圖1、圖2所示的試驗結果。

圖1 礦井水殘留濁度隨不同混凝劑投量的變化曲線

圖2 礦井水濁度去除率隨不同混凝劑投量的變化曲線

分析圖1、圖2可得：

1) 隨著混凝劑投加量的不斷增加礦井水中的濁度去處理不斷上升，且呈現先快速后緩慢的變化趨勢。當混凝劑的投加量達到35 mg/L時，礦井水濁度去除率不再隨著混凝劑投量的增加而增大，甚至會出現礦井水去除率下降的情況。造成此種情況的主要原因為當礦井水中的濁度基本去除干凈后，繼續投加混凝劑反而會加入新的膠體，增加礦井水的濁度。

2) 對于三種混凝劑的去除效率可知，其去除效率從大到小依次為加聚合氯化鋁絮凝劑、硫酸鋁絮凝劑以及氯化鐵絮凝劑。而且，當氯化鋁混凝劑的投入量為35 mg/L時，其濁度去除率達到最大為87%；當氯化鐵混凝劑的投加量為45 mg/L時，其濁度去除率達到最大87%；當聚合氯化鋁絮凝劑的投加量為18 mg/L時，礦井水濁度去除率達到最大值90%。

五陽煤礦采用混凝技術處理礦井水時，應采用聚合氯化鋁絮凝劑作為混凝劑，并將其投加量設定為18 mg/L。

4 結語

礦井水作為綜采工作面采煤工作必不可少的水資源，其與煤層、巖層等一系列的化學及物理反應使其中含有一定量的污染物、懸浮物、有害物質。為了避免礦井水直接排至地面一方面造成水資源的浪費，另一方方面破壞周邊地區生態環境問題的發生，需對礦井水進行處理。混凝技術作為處理含懸浮物礦井水的關鍵技術，混凝劑種類及其投加量的選擇將直接影響混凝及沉淀效果，最終決定處理效果。經本文研究可得：針對含懸浮物的礦井水最佳混凝劑為聚合氯化鋁絮凝劑且最佳投加量為18 mg/L。