礦井污水在不同工藝下的出水濁度去除率分析

劉瑞凡

（陜西煤業新型能源科技股份有限公司，陜西 西安 710065）

在礦井作業開采過程中，由于礦井的開挖深度不斷增加，會使地下水與煤、巖層接觸反應，繼而造成地下水的顏色渾濁，主要是因為含有大量的懸浮物和有害元素[1]。因此，這些礦井廢水必須要進行相關處理和工藝加工合格后再排放。礦井廢水是煤炭行業具有特點的污染源之一，量大面廣[2]。通常情況下，礦井污水中懸浮物的含量較高，普遍＞50 mg/L，且顏色以黑色為主[3]。目前，我國煤炭系統每年礦井水的排放量約為38億m3[4]，造成了水資源的大量浪費。

我國高懸浮物礦井污水處理技術普遍采用混凝、沉淀、過濾、消毒的處理工藝[5]，經處理凈化后的污水可作為生產或生活用水。但由于不同礦井水的原水水質不同，故運行的工藝條件和運行工藝也有所不同[6]。

以某公司兩家礦業公司A、B兩個礦井污水處理站為例，其礦井污水處理站通過三級處理工藝凈化后的礦井污水，主要用于礦區消防、生產用水，其中部分進行回用水工段。通過對兩個礦井污水處理站進行連續14 d的出水水質監測，對比分析了兩個礦井污水處理站在不同工藝條件下的濁度去除率。

1 A煤礦礦井污水處理

1.1 設計水量、水質

井下礦井污水主要污染物為煤雜質，A礦井污水處理站設計進水量為28 800 mm3/d，其原水水質標準詳見表1。

表1 A煤礦礦井污水處理站原水水質標準

1.2 工藝流程

首先，礦井排水由井下提升泵排至礦井排水處理站預沉調節池，沉降一部分煤粉顆粒后，進入斜管沉淀池進行絮凝后再進行沉降過程；然后，通過無閥濾池處理，再進入三級處理工序進行超濾、消毒；最后，供消防、生產用水。此處預處理工藝為預沉調節池，一級處理為斜管沉淀池，二級處理為無閥濾池，三級處理為超濾系統、消毒系統。工藝流程如圖1所示。

圖1 A煤礦礦井污水工藝流程

2 B煤礦礦井污水處理

2.1 設計進水水量、水質

B煤礦礦井污水處理站設計進水量為13 000 m3/d，其原水水質標準詳見表2。

表2 B煤礦礦井污水處理站原水水質標準

2.2 工藝流程

礦區井下污水經配水井進行配水后，進入星型絮凝和高效斜管沉淀系統進行絮凝和泥水分離，分離后水進入中間水池；中間水池一部分進入壓力過濾器后注入回用水池，再經超濾系統出水經紫外殺菌后進入清水池，其中，清水池的水主要供給井下生產用水，還有一部分用于井下設備設施沖洗用水。此處一級處理分別為：星型絮凝池、斜管沉淀池；二級處理為：壓力過濾系統；三級處理為：超濾系統、消毒系統。工藝流程如圖2所示。

圖2 B煤礦礦井污水工藝流程

3 工藝對比

A煤礦礦井污水處理站一級處理工藝前設有預處理工藝：預沉調節池主要是用于調節水量、均化水質的作用。通常，污水處理站普遍設有調節池，能沉降、隔除礦井進水中大塊煤泥及浮油，以此為一級處理工藝提供較好的進水水質基礎。因此，A煤礦井污水處理站較B煤礦礦井污水處理站工藝系統完善。

在二級處理工藝中，A、B煤礦礦井污水處理站分別使用無閥濾池、石英砂過濾系統。無閥濾池對固體懸浮物的處理效果較好，但無閥濾池處理N、P較高的廢水效果較差；石英砂過濾系統主要對泥沙、膠體等進行截留，屬于二級處理水質要求不高的粗過濾裝置。

在三級處理工藝中，由于A煤礦屬于初運營階段，所有相比B煤礦污水處理站三級處理工藝中超濾系統而言，A煤礦采用新型立式設備，超濾膜通量也可達到最高去除效率，因此，出水水質預期較好。

4 出水濁度去除率分析

將A、B兩個煤礦的礦井污水處理站連續監測14 d的出水濁度值進行對比，礦井進水、二三級處理出水濁度值詳見表3。

表3 礦井污水處理站進、出水濁度值

由于A煤礦礦井污水處理站未監測礦井進水濁度，故將兩個污水處理站二、三級處理工藝出水濁度數據進行對比，并計算出相應的濁度去除率，且將數據匯總，用Origin分別繪制出圖3、圖4。

圖3 A煤礦二、三級處理濁度及去除率

圖4 B煤礦二、三級處理濁度及去除率

由圖3可以看出，通過B煤礦礦井污水處理站連續14 d對二、三級處理的出水濁度進行監測，二級處理工藝后濁度值基本在0.40～3.00 NTU之間，但在第4 d、5 d的時，二級處理工藝出水濁度值波動較大，最高達到了4.72 NTU，超出《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）中濁度標準值（＜3.00NTU）。相對二級處理而言，三級處理出水濁度值較穩定，基本在0.05～0.10 NTU左右波動，達到排放標準。并且，濁度去除率較高，大約維持在90%以上，但在第12 d、13 d、14 d時，由于二級處理工藝濁度值較低，三級處理出水濁度去除率有所降低，分別為60.00%、88.00%、74.42%。

由圖4可以看出，通過B煤礦礦井污水處理站連續14 d對二、三級處理的出水濁度進行監測，二級處理工藝出水濁度維持在1.00～2.00 NTU左右，在第2 d、10 d時，濁度分別達到了4.72 NTU、3.05 NTU，超出濁度標準值。在三級處理中，出水濁度值基本在1.00～-2.00 NTU之間，同時濁度去除率起伏較大，最高達到了84.85%，最低為4.59%，不能保持在一定區域內，這說明三級處理工藝對濁度去除率貢獻較小。

通過對比圖3、圖4可以明顯看出，A煤礦礦井污水處理站總體線性走向較B煤礦礦井污水處理站走勢要清晰，其中二級處理出水濁度值較B煤礦二級處理出水濁度值低，可能由于A煤礦處于初運營階段礦井進水較干凈，出水濁度較低。同時，A煤礦礦井污水處理站設有預沉調節池起到了均化水質的作用，較B煤礦沉淀池多設置了一道預處理工序；兩個礦井污水處理站三級處理出水濁度值都較穩定，均達到國家排放濁度標準值。因此，通過濁度去除率對比結果得出，A煤礦礦井污水處理站較B煤礦礦井污水處理站濁度去除率穩定，主要原因可能是B煤礦礦井污水處理站運營年限較長、礦井進水濁度較高，且在三級處理工藝中超濾系統隨著運行時間的增加，可能存在超濾膜污染、需化學清洗或再生問題，導致濁度去除率波動較大。

5 結論

（1）通過比較A、B煤礦礦井污水處理站的工藝流程得出，預處理工藝對礦井污水的出水水質起到了一定作用，可有效降低出水濁度。同時，由于A煤礦礦井污水處理站處于初運營階段，設備選型、設備使用度、進水量對出水水質也有直接的影響。后期可比對待測指標：懸浮物、COD、BOD5等出水數據，進行工藝分析。

（2）A煤礦礦井污水處理站二級出水濁度波動較大，可能是由于設備調試、PAC、PAM藥劑配比、井下進水導致；但三級出水濁度值較穩定，維持在0.05～0.10 NTU；總體出水濁度去除率較平穩，基本趨于90%以上。

（3）B煤礦礦井污水處理站二級出水濁度不穩定，最高可達到4.72 NTU，最低至1.09 NTU；三級出水濁度基本穩定保持在1.00～2.00 NTU之間；總體出水濁度去除率走勢不穩定，忽高忽低，可能是由于B煤礦礦井污水處理站運營時間較長、設備老化，特別是二、三級處理工藝出水濁度差值較小，說明三級處理工藝中超濾系統可能存在膜污染、需化學清洗或再生問題。

（4）關于礦井污水處理站后期運行中，應注意以下幾點：定期設備調試，保證設備正常運行；每日要根據監測的出水水質調節PAC、PAM藥劑添加量，切勿盲目添加，避免導致出水水質不穩定。同時，還要隨時調節藥劑添加量以起到節約藥劑成本的作用；超濾系統應注意膜污染問題，要定期對超濾膜進行反洗、化學浸泡及再生。