煤礦水污染現(xiàn)狀及其治理工藝的優(yōu)化

劉燕平

（山西省忻州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 忻州 034000）

引言

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)和落實(shí)，煤礦開采中的污染治理工作也得到了社會(huì)廣泛關(guān)注，綠色開采成為趨勢。由于煤礦開采的特殊性，開采時(shí)需要大量用水，會(huì)造成周邊區(qū)域水資源貧乏，對生態(tài)環(huán)境和居民的生活產(chǎn)生較大影響，同時(shí)水資源的快速減少還會(huì)導(dǎo)致自然界的補(bǔ)水機(jī)制失效，一度出現(xiàn)枯竭現(xiàn)象。此外，煤礦開采后會(huì)排放大量工業(yè)廢水，當(dāng)廢水不達(dá)標(biāo)排放時(shí)還會(huì)大范圍污染水質(zhì)，影響周邊居民的身體健康。為此，有必要對煤礦污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，在加強(qiáng)污水的再處理下，解決煤礦開采中的水資源破壞和污染問題。

1 煤礦開采對水資源污染的現(xiàn)狀分析

1.1 煤礦開采中水污染的情況

某企業(yè)每年能開采600 萬噸煤礦資源，平均每天就會(huì)排放3 000 m3左右的煤礦污水，甚至最大污水排放量可達(dá)每天5 000 m3，這無疑給礦區(qū)周圍環(huán)境和水質(zhì)造成極大地破壞。為深入了解污水的成分和污染物的含量，需要對煤礦開采產(chǎn)生的工業(yè)污水進(jìn)行研究分析，結(jié)果表明由于含有大量巖粉和煤粉的原因，整體污水呈現(xiàn)黑灰色，其他各類污染物的種類與含量可參考圖1[1]。

圖1 煤礦污水中的污染物種類與含量

結(jié)合圖1，煤礦開采產(chǎn)生的污水中，污染物含量由高到低分別是COD、BOD5、鐵離子、石油類、總氮、錳離子以及NH3-N，并且所有污染物的實(shí)際濃度均超過了排放標(biāo)準(zhǔn)濃度。煤礦污水中除了上述污染物外，還存在大量懸浮物質(zhì)，污水處理需要等待懸浮物質(zhì)沉降后才能進(jìn)行，這是一個(gè)長期復(fù)雜的過程，增加了污水處理的難度，降低了污水處理效率。

1.2 礦井水對水資源的污染分析

所謂礦井水是指煤礦開采過程中產(chǎn)生的礦坑水、地表滲透水、地下疏放水以及防塵和生產(chǎn)用水，礦井水一般呈酸性或高礦化性，甚至含有放射性元素，排放這類污水的影響極其惡劣。排放酸性的礦井水會(huì)溶解部分重金屬，使廢水帶有毒性，影響地表生態(tài)環(huán)境；排放高礦度化的礦井水會(huì)引起水生植物和動(dòng)物變異，甚至死亡，對自然界的生態(tài)系統(tǒng)造成大范圍影響；排放含放射性元素的礦井水則會(huì)嚴(yán)重危害居民的正常生活和健康狀況。此外，隨意排放礦井水不僅會(huì)對地表河流和土壤造成惡性污染還會(huì)破壞地下水的循環(huán)系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致礦區(qū)周圍地下水位下降，導(dǎo)致大量水資源流失[2]。

1.3 煤礦用化工材料對水資源的污染分析

在煤礦開采過程中不可避免要用到掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等大型設(shè)備，若設(shè)備中使用的齒輪油、液壓油、乳化油產(chǎn)生泄露，則會(huì)造成地面水源污染或井下水源污染。據(jù)相關(guān)資料證實(shí)，我國的礦用齒輪油、液壓油、乳化油的年用量為一萬噸左右，乳化油通常用水配為2%濃度的乳化液以供使用，主要用于外注式單體液壓支柱與綜采液壓支架之中。其中外注式單體液壓支柱卸載的乳化液一般會(huì)排放在采空區(qū)，會(huì)影響地表周圍環(huán)境和水資源，綜采液壓支架卸載的乳化液一般排放在井下，極有可能造成井下的水質(zhì)污染。此外，由于乳化油中含有較難降解的添加劑和機(jī)油成分，一旦污染后會(huì)引起累積效應(yīng)。

2 改善水資源污染的方法設(shè)計(jì)

由于煤礦的高效開采，工業(yè)廢水量逐年上升，傳統(tǒng)的煤礦污水處理工藝已經(jīng)無法滿足目前所需，處理后的污水仍存在污染物超標(biāo)排放的問題，對水質(zhì)造成不容忽視的污染，這也迫使煤礦污水處理工藝進(jìn)一步改革和優(yōu)化[3]。

2.1 優(yōu)化煤礦污水處理工藝

結(jié)合煤礦污水排放標(biāo)準(zhǔn)與目前現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)的污水處理工藝進(jìn)行改革優(yōu)化，解決已知缺陷。煤礦污水處理新工藝的主要原理是在原有的工藝基礎(chǔ)上新增了加藥裝置、高效混凝劑以及高效旋流凈化器這三種裝置，優(yōu)化各部分處理能力。煤礦污水處理新工藝的流程如下：煤礦開采過程中的污水首先排放入沉淀池進(jìn)行沉淀，一段時(shí)間后通過凈水設(shè)備注入高效混凝器中，然后利用PAM 和PAC 加藥裝置向內(nèi)部加藥，當(dāng)污水與藥劑在高效混凝器中充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，再排放到新增的高效旋流凈化器中，利用重力和離心力進(jìn)行有效分離；根據(jù)污水中物質(zhì)的不同密度會(huì)出現(xiàn)分層情況，最上層的藥劑可以直接回收，中上層的清水可直接排入清水池，中下層的清水二次過濾后排入清水池，最底層的沉淀物質(zhì)流入污泥儲(chǔ)存池中，妥善解決了煤礦污水物質(zhì)的分類排放問題。為了根據(jù)所需更精確地控制藥劑投入量，優(yōu)化后的方案會(huì)分別對兩種藥劑設(shè)置相應(yīng)的加藥裝置，以便于更好地結(jié)合實(shí)際，實(shí)現(xiàn)污水的最優(yōu)化處理。

2.2 礦井水的資源化

由于煤礦開采過程中巖粉、煤礦粉和分解氧化的礦物的影響，礦井水的水質(zhì)受到污染，為合理解決污染，使礦井水資源化，下面將針對三種不同類型的礦井水分別介紹其處理工藝。

2.2.1 潔凈礦井水的資源化

潔凈礦井水一般是指來源于奧陶紀(jì)石炭二迭系的茅口組和太原組灰?guī)r的礦井水，水質(zhì)好且酸堿度適中，其中不含有毒物質(zhì)和污染物。對于潔凈礦井水來說，一般只需要通過自然過濾和簡單消毒就可作為生活用水，若含有有益元素，還能開發(fā)為礦泉水，有效解決飲用水資源匱乏的難題。

2.2.2 含懸浮物礦井水的資源化

含懸浮物的礦井水指的是除了細(xì)菌、懸浮物和感官指標(biāo)以外，其它的理化指標(biāo)和特點(diǎn)均符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的礦井水。礦井水中懸浮物的含量一般為100～400 mg/L，在華東礦區(qū)和華北礦區(qū)的礦井水多為此類水質(zhì)。對于含懸浮物礦井水來說，一般常采用先混凝，后沉淀過濾，最后殺菌消毒的處理工藝使其資源化（具體的處理工藝流程可參考圖2），處理后的礦井水可直接作為生活用水及工農(nóng)業(yè)用水。

圖2 水處理工藝流程

2.2.3 酸性礦井水的資源化

酸性礦井水一般是由于采煤層里的黃鐵礦氧化，產(chǎn)生的硫酸與亞硫酸導(dǎo)致礦井水呈酸性。酸性礦井水較強(qiáng)的腐蝕作用，不僅僅會(huì)腐蝕土壤和設(shè)備，還會(huì)破壞周圍生態(tài)，影響較為惡劣。對于酸性礦井水來說，國內(nèi)通常使用酸堿中和的方法進(jìn)行水質(zhì)處理使其資源化，例如石灰水中和滾筒法和直接投放石灰法，但由于其水質(zhì)復(fù)雜難辨，難以作為生活用水，一般處理達(dá)標(biāo)后可作為工農(nóng)業(yè)用水，也可以作為井下開采的防塵用水。

3 優(yōu)化煤礦污水治理工藝的效果分析

通過改革優(yōu)化煤礦污水處理工藝，使污水中的污染物濃度大幅度下降，實(shí)現(xiàn)了污水的達(dá)標(biāo)排放，達(dá)標(biāo)排放后的污水不會(huì)再破壞生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了生態(tài)平衡。同時(shí)通過提高對水資源的利用率，也能更好地保證居民的正常生活。除此之外，優(yōu)化后的煤礦污水處理工藝還提高了污水處理的效率，使之能應(yīng)對當(dāng)前煤礦開采中的高污水排放量，解決了傳統(tǒng)工藝處理能力不足的問題，總體來說，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語

淡水資源是一種極為寶貴的不可再生資源，是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)資源，由于煤礦的高效開采，工業(yè)用水以及工業(yè)廢水對水資源的破壞日益嚴(yán)重，這不僅危害了生態(tài)和居民生活，也損害了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為保證水資源的穩(wěn)定性和煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須優(yōu)化煤礦污水處理工藝，加強(qiáng)礦井水的資源化處理，最大程度上實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡，減少水質(zhì)破壞，提高生態(tài)效益。