礦井廢水處理工藝應用分析

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摘要：以A煤礦礦井廢水為例，分析了該礦井廢水的水質特性，并闡述了礦井廢水的處理工藝及綜合利用。

關鍵詞：礦井廢水；處理工藝；沉淀；混凝；超濾膜清洗

礦井廢水是指在煤炭開采過程中，所有滲入采掘工作面的地表滲水、巖石孔隙水、礦坑水、地下含水層的疏放水以及井下作業的滅塵、灌漿水等。礦井涌水量及特性取決于礦井地質環境和煤系地層成分。通常，礦井水pH值在7～8之間，屬弱堿性。但如果煤層含硫量較高或煤礦企業生產年限較長，井下會聚集大量含硫廢水和老窯水，其pH多呈酸性。中國的產煤地區一般缺水，而在煤炭開采過程中會產生大量礦井廢水，若不經處理直接排放，勢必對環境造成嚴重污染，同時浪費了水資源。隨著環保形勢的日趨嚴峻和水資源政策的不斷完善，礦井廢水已成為制約煤礦企業長期發展的重要因素。如何有效地將礦井污水變廢為寶，從而解決水污染的問題，并緩解礦區缺水的問題，是煤礦企業發展的重要環節。A煤礦位于山西省，是實際生產量約3.0×106t/a的國有煤礦。礦井建設于20世紀80年代中期，礦井廢水處理廠與礦井同步設計、施工，并投入運行。隨著礦井生產年限的增長和環保要求的不斷提高，原設計工藝已不能滿足現礦井生產的水質水量和標準要求。為此，該礦對礦井廢水處理系統進行了擴容和升級改造，出水水質達到了回用要求和外排標準。

1基本情況

礦井廢水日平均排放量為5500t，污染物以懸浮物等為主，pH一般呈中性，若井下出現含S或Fe、Mn2+偏高的礦坑水，pH偏酸性。

2工藝流程

考慮到礦井水突發應急處理和汛期水量增大等原因，此次工藝改造為雙處理系統，兩套系統既可以并聯式處理，又可以串聯式處理，主要工藝流程為：初次沉淀→混凝（絮凝）→二次沉淀→澄清（過濾）→活性炭→超濾膜→消毒等[1]。礦井廢水處理工藝流程如圖1所示，污泥處理流程如圖2所示。2.1初次沉淀和混凝（絮凝）。礦井水通過提升泵進入地面裝有曝氣管和pH自動加堿裝置的1#調節池內混合調節沉淀，一方面對大顆粒的煤塵進行自然沉降；另一方面當出水pH呈酸性時，通過自動添加NaOH溶液，經過曝氣氧化后，Fe2+被氧化為Fe3+去除，pH恢復中性。這時，經過預處理的礦井水進入2#調節池，通過管路加入混凝劑聚合氯化鋁（PAC）和絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），使水中的膠粒物質發生凝聚和絮凝，形成較大顆?；蛐跄w，進而將水中懸浮顆粒分離出來，實現固液分離。上清液進入蓄水池，污泥進入濃縮池?；炷托跄^程中的影響因素有水溫、pH值、濁度、硬度以及混、絮凝劑的投放量等[2]。2.2二次沉淀和澄清過濾。沉淀方式有平流式、豎流式和斜管式3種，澄清池有機械攪拌式、水力循環式和脈沖式等。此工藝其中一套主要采用斜管式沉淀方式和水力循環式澄清池，加藥反應后的礦井水通過內設斜管沉淀的水力循環式澄清池，自下而上，上清液進入無閥濾池，沉淀的污泥排入污泥井；另一套為全自動凈水器，加藥反應后的礦井水通過凈水器內自下而上的6層濾料過濾，依次為15cm厚、8～16cm粒徑的卵石，15cm厚、4～8cm粒徑的卵石，15cm厚、2～4cm粒徑的石英砂，30cm厚、1～2cm粒徑的石英砂，45cm厚、0.5～1.0cm粒徑的石英砂和20cm厚的錳砂濾料[3]。處理后的礦井水上清液進入蓄水池，沉淀的污泥進入污泥井。2.3濃縮和壓濾。污泥濃縮的目的是降低污泥含水率，減小污泥體積，便于處置和利用。濃縮池一般有豎流式和輻流式兩種，濃縮方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。該工藝采用的是豎流式重力濃縮。重力濃縮是一種重力沉降過程，屬于分層沉降，依靠污泥中固體物質的重力作用進行沉降與壓密。重力濃縮按其運轉方式分為連續式和間歇式兩種。該工藝采用的是間歇式重力濃縮，進入污泥井的污泥進入濃縮池，通過橡皮刮板刮到污泥斗中，并從池底排泥管排出，通過氣動隔膜泵泵入壓濾設施，空余的水返回污泥井。濃縮池沿高程可大致分為3個區域，即頂部為澄清區，中部為進泥區，底部為壓縮區。越往壓縮區，污泥濃度越高，排泥口處越能達到要求的濃度。污泥濃縮后，體積仍很大。污泥壓濾可進一步去除污泥中的空隙水和毛細水，壓濾后污泥體積為原體積的1/10～1/4，有利于后續運輸和處理。污泥壓濾一般分為離心式、真空式、板框式和帶式。該工藝采用的是板框式壓濾。板框式壓濾機主要實現固液分離，其原理為混合液經過濾介質（濾布），固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成泥餅，而濾液部分則滲透過濾布，成為不含固體的清液，返回調節池。2.4超濾和消毒。因復用水途徑不同，部分處理后的中水需進一步做凈化和消毒處理，才能達到用水要求。該工藝采用的是超濾膜法，其原理實質為膜分離，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質。由于膜表面密布著只允許水及小分子物質通過的微孔，在一定的壓力下，原液流過膜表面成為透過液，而原液中體積大于膜微孔徑的物質則被截留在膜的進液側成為濃縮液，從而實現對中水的凈化。常用的超濾膜材料有醋酸纖維素膜、聚砜膜和聚酰胺膜等。超濾裝置有板框式、管式、卷式和中空纖維式等。該工藝采用的是中空纖維式超濾裝置，膜材質為聚砜膜和聚醚聚合物，膜結構為雙皮層指狀結構，與原液接觸的一側是薄而致密的分離層，與透過液接觸的一側結構疏松，呈楔形。中水經過活性炭罐吸附水中的各類雜質后，再進入超濾膜過濾后進入超濾水箱。經超濾膜過濾的水雖然去除了膠體、懸浮物等大分子有機物和微生物等，但仍需要消毒，殺滅水中的有害病原微生物等，防止水致傳染病的危害。目前，礦井水處理主要采用氯消毒法。消毒劑有液氯、漂白粉、氯胺和NaClO等。此工藝采用的是NaClO消毒方式，NaClO質量分數為10%。2.5超濾膜清洗。為保證處理水質達標，超濾膜在連續正常運行過程中必須定時、定期清洗。目前常用的清洗方法有物理法和化學法兩類。a)物理法。正壓沖洗法用進水泵作為正沖洗動力，開啟膜組件濃水口閥，關閉膜組件產水口閥，以低壓力、大流量沖洗。一般正壓沖洗60s即可，然后設備轉入正常運行。正壓沖洗的設備每運行1h沖洗一次。反沖洗法用專用的反洗泵或超濾水外供泵作為反沖洗動力，沖洗水從膜組件產水口進入，從濃水口流出，控制較低的操作壓力，以防內壓過高，導致膜組件內膜絲爆裂。b)化學法。根據膜表面污染物質的種類，選擇適當的化學藥品與之溶解、氧化或進行其他化學反應達到清洗的目的?；瘜W藥品必須根據膜的材質選擇，例如酸類、堿類、氧化劑、殺菌劑、表面活性劑以及加酶洗滌劑等。清洗方法與正常超濾過程相同，清洗液自原液入口處進入，濃縮液及超濾液全部返回清洗液容器，循環清洗[4]。該工藝采用的是酸堿清洗法，主要藥劑有檸檬酸和NaOH。從實際水質和水量情況來看，一般約45min反沖洗一次，可保證水質達標。

3結語

用化學凝法處理A煤礦礦井廢水，出水水質能夠滿足礦區綠化灌溉、道路降塵、生產沖洗用水及工業用水等回用水質標準，給煤礦帶來了經濟效益、社會效益和環境效益。在實際工作中要勇于探索，積極推動礦井污水處理工藝的發展，履行好企業的社會責任，為環保事業貢獻力量。

參考文獻：

［1］步長存.煤礦污水處理工藝及自動控制系統研究與應用［J］.中國煤炭工業，2014(2)：46-47.

［2］胡文容.煤礦礦井水處理技術［M］.上海：同濟大學出版社，1996.

［3］董國貴，和衛星，江道根，等.礦山污水處理自動控制系統的設計與實現［J］.低壓電器，2008(23)：26-28.

［4］耿玉菊.煤礦企業污水處理過程中計算機自動控制系統的實現［J］.煤炭技術，2013(11)：79-80.

作者:譚紅霞 單位:山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦