礦井廢水處理中混凝沉淀過濾技術應用

楊 超

（山西焦煤霍州煤電沁安煤電公司，山西 沁源 046500）

0 引言

煤炭開采期間產生大量廢水，直接排放易引起環境污染、水資源浪費。秉承節能環保、綠色生態、經濟高效的項目發展理念，需要采取行之有效的礦井廢水處理技術[1]。混凝沉淀過濾技術屬于礦井廢水處理中的典型技術，基于此，有必要重點探討此項技術的應用要點，評價技術應用效果，為礦井廢水處理提供技術參考。

1 礦井概況

某煤礦項目的礦井掘進廢水水量為20 m3/h，污染物包含高濃度、膠體狀態的懸浮物以及少量油類，廢水中SS 質量濃度為2 000～3 000 mg/L，各掘進深度范圍內的地層粒徑各異，雖然修筑沉淀池，但以自然沉淀方法處理的掘進廢水并不能滿足外排要求。為此，項目采用混凝沉淀過濾技術處理掘進廢水。

2 礦井水來源及水質特點

礦井井下排水及地面生產系統外排廢水是本煤礦礦井廢水的主要來源，污染物類型包含懸浮物、含油廢水、巖粉、煤粉。礦井掘進期間的井下前期、后期涌水量分別為1 141.6、2 383.8 m3/d，最大排水量300 m3/h，正常排水量120 m3/h。水質特點見表1。

表1 礦井水處理站設計進水水質

3 混凝沉淀過濾技術在礦井廢水處理中的運用

根據本煤礦礦井廢水的水質特點，提出“曝氣混凝+沉淀+過濾”的綜合型處理技術，處理流程如圖1 所示。

圖1 混凝沉淀過濾處理工藝流程圖

1）調節曝氣池。通過隔墻將調節曝氣池分為具有中和作用的前段和具有調節、曝氣作用的后段。原廢水中含有煤粉、巖粒等物質，污水呈黑灰色，經過曝氣處理后，轉為黃色，色度超標。調節曝氣池采用2 臺羅茨鼓風機，功率11 kW，風量8.6 m3/min，一用一備，廢水在調節曝氣池的停留時間為1.5～2 h，氣水體積比（3～6）∶1。

井下的提升泵將井下水倉的礦井廢水向上提升，經由排水溝到達曝氣調節池，通過鼓風曝氣作用，將反應池中的堿液與酸性廢水混合，經過酸堿中和后，廢水的pH 值為8～9；反應池內有曝氣供氧作用，可將廢水的鐵、錳氧化成高價態穩定離子，以便化合沉淀[2-3]。

2）反應單元。布設管板和柵條，通過微漩渦原理變換廢水在管板中的流速，流速差產生的微漩渦存在擠壓作用，廢水中的粒子發生碰撞，持續進行10～15 min 的反應。

3）沉淀單元。采用淺層沉淀原理，建設斜管沉淀池，縮小沉淀水流的水力半徑，增加濕周以加快沉淀，在取得良好沉淀效果的同時可減少沉淀裝置的占地面積并降低廢水處理成本。混凝沉淀裝置的反應區呈倒喇叭口，此區域的廢水流速較低，使混凝劑藥液與廢水充分結合并發生反應，產生的混凝狀物質到達斜管，由其中的六角蜂窩狀填料進一步沉淀，清水以1.2～1.5 m/s 的速度上升并經由上部溢流排出，產生的絮狀物在底部被去除。通過混凝劑、助凝劑的聯合應用，加快廢水與處理藥劑的反應，經沉淀、過濾后將廢水中的有毒有害物質含量降低在許可范圍內，經檢測確認水質達標后，流入水池進行重復利用。

4）砂濾凈化。經過混凝土沉淀的礦井廢水中仍存在諸多小顆粒懸浮物和膠體，需進行后處理，本項目采用砂濾設備處理此類遺留物質，將其截留在濾料的表面和內部空隙，同時也是活性炭吸附深度處理工藝的預處理環節。砂濾凈化采用自動虹吸原理，設置重力式無閥濾池，砂濾罐采用石英砂多層濾料，可自動反沖洗，具有凈化效果好、效率高、檢維修操作便捷等優勢。

5）藥劑。堿液：堿液的作用在于中和水質，減少其它藥劑的投加量，為后續廢水處理工序的進行打好基礎，摻量根據礦井廢水的pH 值計算。混凝劑：以聚合氯化鋁為宜，配比質量分數約為10%，投加量為20～50 g/m3，混凝劑在水解時產生H+，將礦井廢水的pH 值穩定在8～9，從而取得良好的絮凝效果。混凝劑的應用效果與水溫有關，混凝劑的水解速度在水溫低于5℃時將明顯放緩。通過計量泵精準控制混凝劑的用量，具體摻量可根據調節曝氣池的現場監測結果做靈活的調整。禁止水溫偏低或絮凝劑投加量偏高，原因在于兩種處理條件下均不利于膠粒的相互絮凝。助凝劑：以聚丙烯酰胺為宜，配比質量分數約為1%～2%，投加量為1～2 g/m3。由于石灰乳易沉淀，難以將pH值精準調節至7～9 的適宜區間內，因此本煤礦項目未采用石灰乳作為中和藥劑。

6）鼓風。鼓風機的作用在于促進礦井廢水與堿液的充分混合，氧化鐵、錳、硫，調節水量、水質，使調節池具有多項調節功能，為后續的廢水處理打好基礎。

7）污泥處理。在聚合氯化鋁（混凝劑）和聚丙烯酰胺（助凝劑）的共同作用下，加速廢水的沉淀，并排放廢水處理后形成的清水。定期將污泥排放至污泥池，濃縮后轉至煤倉，可低價出售此部分反應產物，減少污廢物質排放量的同時創造經濟效益。

8）自控系統。采用PLC 控制方式，配套儀表檢測系統和在線監測系統，在軟件和硬件的配合下，加藥、反沖洗、排泥均可自動實現。其中，儀表檢測系統可連續自動檢測調節池液位、處理流量、加藥流量、進出水pH 值等，便于及時調控異常指標，提升礦井廢水處理系統運行穩定性，減輕員工的勞動強度。

9）運行效果。建造礦井廢水污水混凝沉淀過濾處理系統后，進行為期15 d 的調試，優化不足。系統正式運行時，安排1 個月的連續性監測，結果顯示系統運行狀態穩定，各項處理工藝的自動化運行水平高，且通過當地環境監測站的驗收監測，監測結果見表2。

表2 礦井廢水混凝沉淀過濾處理前后的水質監測結果

根據表2 可知：礦井廢水經過混凝土沉淀過濾處理后，COD 的總去除率達到46.4%，SS 的總去除率高達97.8%，各項出水指標均滿足污水排放規范的一級排放標準。實踐表明，本項目的礦井廢水處理系統具有可行性。

4 礦井廢水處理系統的綜合效益分析

4.1 經濟效益分析

排放水單位、生活飲用水單位的運行成本分別為0.21 元/m3、0.35 元/m3。

當地水價為2.0 元/t，在礦井廢水混凝沉淀過濾處理系統正常運行工況下，水資源回收量達到1 140 萬t/a，則年節約水費約2 280 萬元。回收煤泥以煤粉為主，年回收量約為3.5 萬t，由洗煤廠回收，此產物可創收約450 萬元。可見，本項目采用的礦井廢水處理系統具有可觀的經濟效益。

4.2 生態環境效益

深度處理礦井廢水后，避免廢水直接排放而導致周邊環境受污染，有效防護生態環境；回收再利用水資源，實現“變廢為寶”，減少水資源的浪費量，緩解礦區職工生活用水問題；各類污染物的處理方式合理，緩解廢物存放難度高、污染重的問題。可見，本項目采用的礦井廢水處理系統具有良好的生態環境效益。

5 結語

本煤礦項目采用“混凝+沉淀+過濾”工藝處理礦井廢水，將廢水中的有毒有害物質含量降低至許可范圍內，回收泥煤可低價售賣，水資源可回收利用，污染物排放達標，具有突出的經濟效益和生態環境效益。在類似的礦井廢水處理中，技術人員可參考“混凝+沉淀+過濾”的廢水處理工藝思路，結合廢水水質特點優化處理工藝，提升廢水處理的綜合效益，推動煤礦事業和生態環境事業的長遠發展。