矿井废水处理工艺应用分析

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摘要：以A煤矿矿井废水为例，分析了该矿井废水的水质特性，并阐述了矿井废水的处理工艺及综合利用。

关键词：矿井废水；处理工艺；沉淀；混凝；超滤膜清洗

矿井废水是指在煤炭开采过程中，所有渗入采掘工作面的地表渗水、岩石孔隙水、矿坑水、地下含水层的疏放水以及井下作业的灭尘、灌浆水等。矿井涌水量及特性取决于矿井地质环境和煤系地层成分。通常，矿井水pH值在7～8之间，属弱碱性。但如果煤层含硫量较高或煤矿企业生产年限较长，井下会聚集大量含硫废水和老窑水，其pH多呈酸性。中国的产煤地区一般缺水，而在煤炭开采过程中会产生大量矿井废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时浪费了水资源。随着环保形势的日趋严峻和水资源政策的不断完善，矿井废水已成为制约煤矿企业长期发展的重要因素。如何有效地将矿井污水变废为宝，从而解决水污染的问题，并缓解矿区缺水的问题，是煤矿企业发展的重要环节。A煤矿位于山西省，是实际生产量约3.0×106t/a的国有煤矿。矿井建设于20世纪80年代中期，矿井废水处理厂与矿井同步设计、施工，并投入运行。随着矿井生产年限的增长和环保要求的不断提高，原设计工艺已不能满足现矿井生产的水质水量和标准要求。为此，该矿对矿井废水处理系统进行了扩容和升级改造，出水水质达到了回用要求和外排标准。

1基本情况

矿井废水日平均排放量为5500t，污染物以悬浮物等为主，pH一般呈中性，若井下出现含S或Fe、Mn2+偏高的矿坑水，pH偏酸性。

2工艺流程

考虑到矿井水突发应急处理和汛期水量增大等原因，此次工艺改造为双处理系统，两套系统既可以并联式处理，又可以串联式处理，主要工艺流程为：初次沉淀→混凝（絮凝）→二次沉淀→澄清（过滤）→活性炭→超滤膜→消毒等[1]。矿井废水处理工艺流程如图1所示，污泥处理流程如图2所示。2.1初次沉淀和混凝（絮凝）。矿井水通过提升泵进入地面装有曝气管和pH自动加碱装置的1#调节池内混合调节沉淀，一方面对大颗粒的煤尘进行自然沉降；另一方面当出水pH呈酸性时，通过自动添加NaOH溶液，经过曝气氧化后，Fe2+被氧化为Fe3+去除，pH恢复中性。这时，经过预处理的矿井水进入2#调节池，通过管路加入混凝剂聚合氯化铝（PAC）和絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM），使水中的胶粒物质发生凝聚和絮凝，形成较大颗粒或絮凝体，进而将水中悬浮颗粒分离出来，实现固液分离。上清液进入蓄水池，污泥进入浓缩池。混凝和絮凝过程中的影响因素有水温、pH值、浊度、硬度以及混、絮凝剂的投放量等[2]。2.2二次沉淀和澄清过滤。沉淀方式有平流式、竖流式和斜管式3种，澄清池有机械搅拌式、水力循环式和脉冲式等。此工艺其中一套主要采用斜管式沉淀方式和水力循环式澄清池，加药反应后的矿井水通过内设斜管沉淀的水力循环式澄清池，自下而上，上清液进入无阀滤池，沉淀的污泥排入污泥井；另一套为全自动净水器，加药反应后的矿井水通过净水器内自下而上的6层滤料过滤，依次为15cm厚、8～16cm粒径的卵石，15cm厚、4～8cm粒径的卵石，15cm厚、2～4cm粒径的石英砂，30cm厚、1～2cm粒径的石英砂，45cm厚、0.5～1.0cm粒径的石英砂和20cm厚的锰砂滤料[3]。处理后的矿井水上清液进入蓄水池，沉淀的污泥进入污泥井。2.3浓缩和压滤。污泥浓缩的目的是降低污泥含水率，减小污泥体积，便于处置和利用。浓缩池一般有竖流式和辐流式两种，浓缩方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。该工艺采用的是竖流式重力浓缩。重力浓缩是一种重力沉降过程，属于分层沉降，依靠污泥中固体物质的重力作用进行沉降与压密。重力浓缩按其运转方式分为连续式和间歇式两种。该工艺采用的是间歇式重力浓缩，进入污泥井的污泥进入浓缩池，通过橡皮刮板刮到污泥斗中，并从池底排泥管排出，通过气动隔膜泵泵入压滤设施，空余的水返回污泥井。浓缩池沿高程可大致分为3个区域，即顶部为澄清区，中部为进泥区，底部为压缩区。越往压缩区，污泥浓度越高，排泥口处越能达到要求的浓度。污泥浓缩后，体积仍很大。污泥压滤可进一步去除污泥中的空隙水和毛细水，压滤后污泥体积为原体积的1/10～1/4，有利于后续运输和处理。污泥压滤一般分为离心式、真空式、板框式和带式。该工艺采用的是板框式压滤。板框式压滤机主要实现固液分离，其原理为混合液经过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成泥饼，而滤液部分则渗透过滤布，成为不含固体的清液，返回调节池。2.4超滤和消毒。因复用水途径不同，部分处理后的中水需进一步做净化和消毒处理，才能达到用水要求。该工艺采用的是超滤膜法，其原理实质为膜分离，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质。由于膜表面密布着只允许水及小分子物质通过的微孔，在一定的压力下，原液流过膜表面成为透过液，而原液中体积大于膜微孔径的物质则被截留在膜的进液侧成为浓缩液，从而实现对中水的净化。常用的超滤膜材料有醋酸纤维素膜、聚砜膜和聚酰胺膜等。超滤装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式等。该工艺采用的是中空纤维式超滤装置，膜材质为聚砜膜和聚醚聚合物，膜结构为双皮层指状结构，与原液接触的一侧是薄而致密的分离层，与透过液接触的一侧结构疏松，呈楔形。中水经过活性炭罐吸附水中的各类杂质后，再进入超滤膜过滤后进入超滤水箱。经超滤膜过滤的水虽然去除了胶体、悬浮物等大分子有机物和微生物等，但仍需要消毒，杀灭水中的有害病原微生物等，防止水致传染病的危害。目前，矿井水处理主要采用氯消毒法。消毒剂有液氯、漂白粉、氯胺和NaClO等。此工艺采用的是NaClO消毒方式，NaClO质量分数为10%。2.5超滤膜清洗。为保证处理水质达标，超滤膜在连续正常运行过程中必须定时、定期清洗。目前常用的清洗方法有物理法和化学法两类。a)物理法。正压冲洗法用进水泵作为正冲洗动力，开启膜组件浓水口阀，关闭膜组件产水口阀，以低压力、大流量冲洗。一般正压冲洗60s即可，然后设备转入正常运行。正压冲洗的设备每运行1h冲洗一次。反冲洗法用专用的反洗泵或超滤水外供泵作为反冲洗动力，冲洗水从膜组件产水口进入，从浓水口流出，控制较低的操作压力，以防内压过高，导致膜组件内膜丝爆裂。b)化学法。根据膜表面污染物质的种类，选择适当的化学药品与之溶解、氧化或进行其他化学反应达到清洗的目的。化学药品必须根据膜的材质选择，例如酸类、碱类、氧化剂、杀菌剂、表面活性剂以及加酶洗涤剂等。清洗方法与正常超滤过程相同，清洗液自原液入口处进入，浓缩液及超滤液全部返回清洗液容器，循环清洗[4]。该工艺采用的是酸碱清洗法，主要药剂有柠檬酸和NaOH。从实际水质和水量情况来看，一般约45min反冲洗一次，可保证水质达标。

3结语

用化学凝法处理A煤矿矿井废水，出水水质能够满足矿区绿化灌溉、道路降尘、生产冲洗用水及工业用水等回用水质标准，给煤矿带来了经济效益、社会效益和环境效益。在实际工作中要勇于探索，积极推动矿井污水处理工艺的发展，履行好企业的社会责任，为环保事业贡献力量。

参考文献：

［1］步长存.煤矿污水处理工艺及自动控制系统研究与应用［J］.中国煤炭工业，2014(2)：46-47.

［2］胡文容.煤矿矿井水处理技术［M］.上海：同济大学出版社，1996.

［3］董国贵，和卫星，江道根，等.矿山污水处理自动控制系统的设计与实现［J］.低压电器，2008(23)：26-28.

［4］耿玉菊.煤矿企业污水处理过程中计算机自动控制系统的实现［J］.煤炭技术，2013(11)：79-80.

作者:谭红霞 单位:山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿