煤礦井下廢水處理與利用

解 毅

(山西汾西瑞泰正中煤業有限公司，山西 靈石 031300)

煤炭開采時會產生大量的費用，根據有關統計資料，井下生產1t煤炭會排出2 m3廢水，生產產生的廢水由中央水泵房水泵集中排出至地面[1-2]。由于礦井廢水中含有較高的重金屬、固體懸浮物，同時色度較高，若直接排放則會影響礦井生態環境[3-4]。煤炭開采企業應根據礦井廢水特點采取針對性治理措施對礦井廢水進行處理，從而實現礦井廢水綜合利用[5-6]。為此，本文以山西某礦礦井廢水處理為工程實例，對廢水處理過程進行探討，并指出綜合利用途徑，以期能在一定程度上提高礦井廢水綜合利用效率。

1 工程概況

山西某礦產能120 萬t/a，主采3#、5#煤層，礦井開采范圍內水文地質條件簡單。現階段井下廢水產生量穩定在3 500 m3/d～4 200 m3/d，礦井配套建設有廢水處理廠。廢水處理廠水量處理能力為5 000 m3/d，回水量為2 100 m3/d。具體進水水質要求見表1所示。

表1 廢水處理廠進水水質要求

礦井生產廢水處理后排放標準按照《煤炭工業污染物排放標準》(GB20426-2006)執行，可用于礦井職工洗浴、地表植被澆灌以及景觀用水需要。

2 礦井廢水特點

礦井廢水有酸性、非酸性兩種類型，根據現場踏勘并對礦井廢水進行監測，發現該礦生產的廢水屬于酸性廢水，pH值介于4～5，廢水水質有下述主要特點：

1)礦井廢水水質與井下開采有密切關系，水質一般情況下具有色度較高、渾濁特點，直觀表現為礦井廢水顏色發黑，污染物主要類型為懸浮物(SS)，懸浮物濃度變化較大，從而導致水質變化較為明顯。

2)礦井廢水中懸浮物一般質量較輕，自然沉淀耗時長。現場測定發現該礦礦井廢水懸浮物直徑多處于2 μm～8 μm，直徑>50 μm的懸浮物占比僅為10%。

3)礦井廢水中化學需氧量(COD)普遍超標。現場測定發現該礦礦井廢水中含有少量的乳化油、機油以及腐爛坑木等有機物，同時，廢水中懸浮的煤屑等懸浮物中含有的碳分子具備的還原性也會增加廢水的化學需氧量。

4)測定該礦廢水pH值介于4～5，同時廢水中錳、鐵等重金屬離子超標嚴重。

3 礦井廢水綜合處理技術

3.1 廢水處理技術

礦井廢水綜合處理工藝較多，但是現階段使用最為普遍的工藝為混凝沉淀+過濾。結合礦井廢水特點，對廢水處理工藝進行優化。具體選擇采用的廢水處理工藝為：初沉+混凝沉淀+過濾+深度處理。針對礦井廢水中懸浮物含量較高特點，需要對廢水進行必要的沉淀處理，初沉是實現礦井廢水中大顆粒懸浮物預沉淀。

在礦井生產的不同階段礦井廢水水質以及排水量等存在較大差異。一般情況下礦井選擇檢修班(此時礦井電力消耗量較低)進行集中排水。為此，將調節池以及初沉池相統一，從而具備調節水質、水量以及初沉作用，同時還在一定程度上提升了礦井廢水處理系統抗負載沖擊能力。

混凝沉淀中選用的藥品一般為價格便宜、凈水效果顯著以及供貨充足的鐵鹽、鋁鹽混凝劑。廢水在混凝沉淀后再進行過濾可進一步降低廢水中細小顆粒物含量，若選用的配料恰當，過濾還具備除錳、除鐵等功能。

由于礦井廢水具有懸浮物含量高、可生化性差等特點，因此具體廢水處理思路為：煤炭生產排出的廢水進行初沉、混凝、斜板沉淀、過濾等過程。為滿足反滲透處理要求、避免廢水中懸浮物堵塞或者影響反滲透膜使用壽命，需要廢水進行預處理，確保流入至反滲透膜之前的廢水中無易濃縮結垢或者懸浮成分。具體礦井廢水處理流程見圖1所示。

圖1 礦井廢水處理流程

3.2 礦井廢水處理構筑物

礦井廢水處理涉及到的構筑物有預沉調節池、混凝反應池、斜板沉淀池、多介質濾池等。

1)預沉淀調節池

礦井廢水處理廠處理能力為5 000 m3/d，預沉淀池內廢水停留按照6 h確定，則池體有效容積V應為1 250 m3，具體池體尺寸為26.0 m×12.0 m×4.5 m(長×寬×深)。預沉淀調節池內有2臺提升行程9.0 m、功率15 kW、提升量120 m3/h的提升泵；布置有1臺行程26 m、跨距12 m、功率1.85 kW桁架式吸泥機。

2)混凝反應池

在混凝反應前在化學反應池內添加NaOH來調節廢水pH值，后再使用重金屬捕獲劑進行混凝沉淀。池體內廢水反應耗時為15 min，池體體積為60.8 m3、規格為4.0 m×4.0 m×3.8 m(長×寬×深)，配套有1臺功率7.5 kW混合攪拌機。

混凝沉淀時添加PAC混凝劑、PAM助凝劑，用攪拌機將混凝劑、助凝劑均勻混合。混凝池體積234 m3、混凝耗時約為60 min，將池體按照1∶2比例具體劃分成2格，池體內布置功率分別為1.5 kW、0.75 kW的框式攪拌機。

3)斜板沉淀池

斜板沉淀池流量210 m3/h，，沉淀的泥漿通過脈沖氣流運輸。單座斜板沉淀池流量為52.5 m3/h，規格為12.0 m×5.0 m×2.8 m(長×寬×深)。使用的泥漿泵規格功率為3.0 kW、揚程20 m、流量為15 m3/h。

4)多介質濾池

為進一步提高井下廢水處理效果，提出使用多介質濾池對廢水進行深度處理。濾池內廢水過濾速度為3 m/h、流量為210 m3/h，池體體積為331.2 m3，分兩格，布置的過濾層厚度為2.0 m。布置2臺反沖洗泵(流量、功率、揚程分別為300 m3/h、30 kW、22 m)，2臺反沖洗風機(流量、功率、風壓分別為13.75 m3/h、22 kW、58.8 kPa)。

5)深度處理車間

深度處理車間處理能力為1 800 t/h，車間體積為672 m3, 規格為16.0 m×6.0 m×7.0 m(長×寬×深)。主要處理設備包括有石英砂、活性炭、精密過濾器以及反滲率裝置等各1臺。

4 結語

本文根據山西某礦井下廢水產生特點對廢水處理技術進行探討，并提出有效的廢水處理技術。廢水處理廠采用此技術后，廢水處理各環節均穩定運行，同時廢水處理成本較低，可滿足礦井廢水處理需要。經過處理后的廢水可用于職工洗浴、景觀以及園林澆灌等。