矿井水处理工艺深入研究及回用

矿井水处理工艺深入研究及回用

丁冬

大唐环境产业集团股份有限公司大唐（北京）水务工程技术有限公司北京100097

摘要：矿区缺水是影响煤矿产业发展的重要因素，也是大部分矿区普遍存在的现象，因此加强矿井水处理工艺研究显得尤为重要。为解决煤炭矿区严重缺水等问题，本文将立足于矿区水质特征，探讨影响矿井水处理工艺机理的因素，并提出合理化的建议，促进煤矿产业经济效益与社会效益统一。

关键词：煤矿；矿井水；处理工艺

1矿井水水质概况

矿井水的排水主要来源于煤矿生产中产生的废水和岩层裂隙水。从观感上看，矿井水大多是黑灰色的，浑浊度较高，含有大量的固体悬浮物。煤矿矿区的水文地质条件、矿床的地质构造以及矿采的开采状况，都会直接影响到矿井水的水质。另外，水动力学、地质化学等因素也会造成矿井水与普通水质的差异，影响水源的质量。矿井水中含有较多的负电性颗粒，颗粒带有静电斥力导致彼此的排斥，无法聚合在一起形成较大的颗粒。另外，矿井水中含有的胶体也携带着电荷，因而能与水分子发生水化作用而形成水化膜，水化膜也会增加胶体之间的聚合难度。悬浮颗粒本身具有湿润性，悬浮颗粒的湿润性会影响与混凝剂的亲和力。煤本身的疏水性决定了水代替煤表层气体的难度。这个难度可以用接触角来表示。煤表面的结构是非均相的，形成了煤表面无机物和有机物的复杂结合。这些因素共同影响着煤的湿润性。相关的数据显示，不同煤化阶段的煤种有着不同的接触角。褐煤的接触角在40°～63°，长焰煤在60°～63°，焦煤在86°～90°，无烟煤在84°～93°。可见，煤化阶段越高，煤表面的极性官能团数量越少，芳香度越大，湿润性越低，接触角越大。因此，可以根据煤种来判断矿井水与混凝剂的亲和力。

2矿区矿井水处理工艺选择

2.1矿区矿井水处理工艺方案选取原则

从本质上讲，矿井水是矿区所采煤层及开拓巷道附近的地下水，有时会因地表裂隙而渗入部分地表水。因此矿区矿井水处理工艺方案的选择要考虑矿区周围的地质水文条件，并深入矿区地质构造条件对开采的影响，从而提高矿井水处理工艺方案选择的科学性。这要求相关工作人员加强矿区周边的地质勘查工作，深入研究矿区周边矿井水的化学特征及悬浮物特征，作为矿井水处理工艺选择的依据，从而提高矿井水处理工艺应用效果。处理设施系统的选择应该以便于管理、维修为根本原则，从而提高矿井水处理工艺的可操作性。要求相关工作人员在选择处理设施系统时，尽量选择自动化的操作系统，一方面，能够减少劳动强度；另一方面，还能杜绝因为误操作而造成的经济损失，使矿井水处理工艺能够获得理想的应用效果。此外，在保证工艺处理效率的同时，还应兼顾矿井水处理工艺的成本控制问题，因此在设施选购上，尽量选择价格低廉、性能稳定的设备，不仅能够减少工程投资费用，还在一定程度上减少占地面积及运行费用。

2.2处理工艺主要设施性能介绍

全自动净水装置是最常见的处理工艺设备，主要由高速反应沉淀区与全自动过滤区组成，性能稳定，性价比高，因此被广泛应用于矿井水处理工作中，并集反应、配水、絮凝、过滤、排泥等功能于一身，是一种高效的净水装置。此外，由于全自动净水装置内置了自动化系统，因此具备进水、定时排泥、反冲洗等功能，具有较好的絮凝效果。自动净水装置主要采用泥渣循环分离技术，使泥渣经过反应、絮凝沉淀后，充分达到优良的过滤效果。自动净水装置能够独立使用，耐冲负荷大，能够胜任长时间的工作，保证矿井水处理工作的连续性。除此之外，全自动净水装置所用到的化学剂的材料较为常见，价格低廉，能够降低矿区矿井水处理工作的成本。ClO2发生器采取了欧美的先进技术，并根据中国矿区的实际情况设计的一种处理工艺设备，主要利用强氧化剂的杀菌与氧化能力，净化水源，具有良好的过滤效果。目前市面上出售的ClO2发生器虽然价格较高，但具有良好的消毒杀菌效果，因此受到了部分企业的注意，并投入使用。

2.3矿井水处理工艺机理及主要影响因素

根据处理工艺的不同，所处理的对象也有所差异，如利用絮凝处理工艺要注意絮凝剂的选择、絮凝剂投加量、助凝剂的配比。通常来说，影响矿井水处理工艺效果的因素有废水温度、杂质、浊度及pH值。如浊度过高的矿井水的絮凝效果较差，针对这种情况，要适当增加絮凝剂的用量，从而获得理想的废水过滤效果。而矿井水pH值的高低不仅影响混凝剂的水解平衡，还直接影响污染物表面性质与存在的形态，因此在选择处理工艺之前，要测量矿井水pH值，如果pH值在6～8之间，选择铝盐絮凝剂能够达到良好的絮凝效果、而pH值小于4时，用Al2（SO4）3能够有效提高絮凝剂的吸附能力，从而发挥出理想的絮凝效果。矿井水的水温是沉降分离、絮凝反应的主要影响要素，水温的高低与废水的絮凝效果是呈现正相关关系的，水温越高，絮凝效果也会随之升高，反之亦然。因此相关工作人员要保证矿井水的水温符合矿井水处理工艺要求，从而增强混凝剂的水解吸热反应，加快矿井水处理速度。而从投入絮凝剂至沉降的过程，大致可以分为两个阶段，即混合阶段与反应阶段，可以说在混合阶段的搅拌强度也影响着矿井水的处理速度，搅拌强度越大，废水的絮凝效果越好，通过充分搅拌，能够有效增加颗粒与絮凝剂接触的机会，利用这个原理加速溶解混合速度，因此相关工作人员要控制搅拌的强度与时间，以获得理想的过滤效果为目的。

3矿井水处理工艺的关键要点

3.1高悬浮物矿井水处理技术

高悬浮物矿井水处理技术是一种常见的矿井水处理技术，通过消毒工艺去除悬浮物杂质，从而使水质达到要求。一体化净水器是高悬浮物矿井水处理技术的主要设备，集反应、沉淀、过滤于一身，具有占地面积小、建设周期短的优点。在使用高悬浮物矿井水处理技术时，相关工作人员要注意把控一体化净水器的设计参数，不同水质的反应、沉淀要求也不同，因此要根据矿区周围水质的化学特征设置净水器的设计参数。此外，混凝剂的种类、混凝剂的用量也是相关工作人员需要注意的对象，聚合氯化铝是市面上应用效果最好的一种混凝剂，通过沉淀反应，能够保证矿井水的水质达到标准要求。但聚合氯化铝也具有一定的局限性，该絮凝剂对高浊或pH值高于9的矿井水的处理效果不是很理想，要根据矿井水悬浮物杂质的情况，合理投入添加剂，并在充分搅拌的情况下保证高悬浮物矿井水处理技术的应用效果。增设调节预沉池也能加速矿井水的旋流反应，使污泥在反复旋流中得到净化，增设调节预沉池能够有效控制污泥浓缩池的容积，从而使高悬浮物矿井水处理技术在有限的占地面积中获得优良的效果。

3.2新型高效除铁除锰改性火山岩滤料

随着科技的进步，许多矿井水处理新技术得以涌现，其中效果最好的是新型高效除铁除锰改性火山岩滤料。经过多年研究，新型高效除铁除锰改性火山岩滤料摒除了启动时间长、处理效果差的问题，在矿井水处理领域中取得了突破性的进展，尤其在处理pH值在6～8之间的矿井水工作中，新型高效除铁除锰改性火山岩滤料出彩的表现远超其它矿井处理工艺。新型高效除铁除锰改性火山岩滤料的粒径较小，在吸热反应下，具有良好的吸附沉淀效果，能够在连续处理的条件下，对浊度、Fe的去除率保持在90%以上，因此在矿井水的处理领域中迅速被推广应用。新型高效除铁除锰改性火山岩滤料进入废水后，能够在短时间内形成滤膜，并加速Fe、Mn去除反应，从而提高矿井水处理速度。使用新型高效除铁除锰改性火山岩滤料相关工作人员应该注意把控矿井水的水温，因为新型高效除铁除锰改性火山岩滤料在矿井水处理工作时，对水温的要求较高，将水温控制在合适范围内能够有效提高新型高效除铁除锰改性火山岩滤料的催化氧化反应，使矿井水中的Fe、Mn被吸收，从而大幅度提高处理效率。

3.3高矿化度矿井水处理技术

反渗透是目前高矿化度矿井水处理的主体工艺，能够利用活性炭去除水质中的化学结垢，尤其是微生物污染，从而使出水水质达到矿井水处理工艺的要求。高矿化度矿井水处理是利用单级过滤的原理，通过超模技术抑制微生物的滋生，从而达到净化水质的目的。高矿化度矿井水处理技术的问题也很明显，高矿化度矿井水处理技术只对pH值小于4的矿井水具有良好的处理效果，同时，水质的SDI值必须满足反渗透要求，这大大限制了高矿化度矿井水处理技术的应用空间，此外，高矿化度矿井水处理技术需要以超滤系统为保障，无形之中增加了高矿化度矿井水处理技术的成本，相比其它矿井水处理技术，高矿化度矿井水处理技术不具有经济优势。但高矿化度矿井水处理技术也有不可替代的优势，如可以利用微生物粘膜去除矿井水中的杂质，是一种低污染的矿井水处理技术，对水中的微生物有保护的作用，因此高矿化度矿井水处理技术是一种面向未来的新型矿井水处理技术，具有广阔的市场。

4矿井水处理研究目的与设计理论

前段曝气生物技术的原理是降解和沉降矿井水中的可溶性有机物和微粒化矿物油，实现对水质的净化提高，在水质处理中具有成本优势和效益优势。活性污泥法主要借助于曝气池、沉淀池、污泥回流系统、排除系统来实施。污水和回流性污泥可以在曝气池中形成混合液。压缩空气通过空气扩散装置进入污水中后能增加污水中的溶解氧含量，促进混合液的剧烈搅动，实现微生物的悬浮。活性污泥与溶解氧和污水混合之后能有效吸附污水内的污染物，使污染物聚集在菌胶团表层。在氧气充足的情况下，微生物能吸收、氧化和分解有机物，形成二氧化碳和水。净化之后的混合液在二次沉淀池中，活性污泥会浮起，固体物质则会与水分离而沉淀下来。这种方式能分解矿井水中的乳化液和矿物油等物质，实现矿井水的净化。

5水处理构筑物设计与建设

煤矿生产企业通常对矿井水处理系统的沉淀池进行调节，以实现对大颗粒固体悬浮物的去除，进而达到净化矿井水质的目的。矿井水在经过了预沉淀工序的沉淀处理之后，矿井水中只剩下相对均匀细小的固体悬浮物和少量的溶解性有机物，以及少量呈悬浮状态的矿物油。该水处理构筑物专门对含油矿井水进行处理，构筑物的有效容积由生物处理的接触时间来确定。水处理构筑物可以在主曝气区和沉淀区设置蜂窝斜管，可以在池底设置旋切式曝气器和微孔曝气器，另外在出水处设置不锈钢材质的溢流堰。

6水处理构筑物对矿井水处理效果

双向循环曝气池沉淀区和曝气系统是同步运行的。主曝气区要始终保持曝气状态。要将三条廊道的切换时间限制在三十分钟之内，以确保活性污泥能始终保持悬浮状态。固体悬浮物最终会集聚在沉淀区的末端，超龄活性污泥则会通过排泥管道排出。在矿井水处理系统中增设双向循环曝气池之后，处理后的矿井水水质均匀。在对矿井水处理的过程中，处理设施总体保持稳定运行的状态，另外减少了45%的混凝剂投加量。矿井水在经过双向循环曝气池的处理之后，水质可以达到COD≤20mg/L，SS≤10mg/L的水平。

7结束语

综上所述，在收集大量资料、现场勘查的基础上，深入探讨了矿井水处理工艺方案的选择及矿井水处理工艺的影响因素，并针对三种常见的矿井水处理工艺，提出需要注意的关键要点，以供相关从业人员借鉴学习。

参考文献

[1]张金花.生物造粒流化床一体化处理装置的自我造粒及污染物去除特性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[2]赵艳红.陕西主要煤矿区地下水保护目标层赋存特征及其保护利用对策[D].西安：西安科技大学，2009.

[3]殷涛，等.复杂成分矿井水处理工艺的研究与应用[J].山东煤炭科技，2014，(11):167－168.

[4]徐夕岭，刘建平.矿井水净化处理技术研究及应用[J].河北能源职业技术学院学报，2011，11(4):55－56.

[5]刘斌.复杂成分矿井水处理工艺研究[J].环球市场，2016，(7):31.