礦井廢水處理工藝應(yīng)用探討
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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(zhì)特性，并闡述了礦井廢水的處理工藝及綜合利用。
關(guān)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(yè)的滅塵、灌漿水等。礦井涌水量及特性取決于礦井地質(zhì)環(huán)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(yè)生產(chǎn)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(chǎn)煤地區(qū)一般缺水，而在煤炭開采過程中會產(chǎn)生大量礦井廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時浪費(fèi)了水資源。隨著環(huán)保形勢的日趨嚴(yán)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(yè)長期發(fā)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(qū)缺水的問題，是煤礦企業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。A煤礦位于山西省，是實(shí)際生產(chǎn)量約3.0×106t/a的國有煤礦。礦井建設(shè)于20世紀(jì)80年代中期，礦井廢水處理廠與礦井同步設(shè)計(jì)、施工，并投入運(yùn)行。隨著礦井生產(chǎn)年限的增長和環(huán)保要求的不斷提高，原設(shè)計(jì)工藝已不能滿足現(xiàn)礦井生產(chǎn)的水質(zhì)水量和標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，該礦對礦井廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)容和升級改造，出水水質(zhì)達(dá)到了回用要求和外排標(biāo)準(zhǔn)。
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(xiàn)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(fā)應(yīng)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(tǒng)，兩套系統(tǒng)既可以并聯(lián)式處理，又可以串聯(lián)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(jìn)入地面裝有曝氣管和pH自動加堿裝置的1#調(diào)節(jié)池內(nèi)混合調(diào)節(jié)沉淀，一方面對大顆粒的煤塵進(jìn)行自然沉降；另一方面當(dāng)出水pH呈酸性時，通過自動添加NaOH溶液，經(jīng)過曝氣氧化后，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+去除，pH恢復(fù)中性。這時，經(jīng)過預(yù)處理的礦井水進(jìn)入2#調(diào)節(jié)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(zhì)發(fā)生凝聚和絮凝，形成較大顆粒或絮凝體，進(jìn)而將水中懸浮顆粒分離出來，實(shí)現(xiàn)固液分離。上清液進(jìn)入蓄水池，污泥進(jìn)入濃縮池。混凝和絮凝過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(jī)械攪拌式、水力循環(huán)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(huán)式澄清池，加藥反應(yīng)后的礦井水通過內(nèi)設(shè)斜管沉淀的水力循環(huán)式澄清池，自下而上，上清液進(jìn)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(yīng)后的礦井水通過凈水器內(nèi)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(jìn)入蓄水池，沉淀的污泥進(jìn)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(zhì)的重力作用進(jìn)行沉降與壓密。重力濃縮按其運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為連續(xù)式和間歇式兩種。該工藝采用的是間歇式重力濃縮，進(jìn)入污泥井的污泥進(jìn)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(shè)施，空余的水返回污泥井。濃縮池沿高程可大致分為3個區(qū)域，即頂部為澄清區(qū)，中部為進(jìn)泥區(qū)，底部為壓縮區(qū)。越往壓縮區(qū)，污泥濃度越高，排泥口處越能達(dá)到要求的濃度。污泥濃縮后，體積仍很大。污泥壓濾可進(jìn)一步去除污泥中的空隙水和毛細(xì)水，壓濾后污泥體積為原體積的1/10～1/4，有利于后續(xù)運(yùn)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(jī)主要實(shí)現(xiàn)固液分離，其原理為混合液經(jīng)過濾介質(zhì)（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(diào)節(jié)池。
2.4超濾和消毒
因復(fù)用水途徑不同，部分處理后的中水需進(jìn)一步做凈化和消毒處理，才能達(dá)到用水要求。該工藝采用的是超濾膜法，其原理實(shí)質(zhì)為膜分離，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以超濾膜為過濾介質(zhì)。由于膜表面密布著只允許水及小分子物質(zhì)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(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)成為濃縮液，從而實(shí)現(xiàn)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(zhì)為聚砜膜和聚醚聚合物，膜結(jié)構(gòu)為雙皮層指狀結(jié)構(gòu)，與原液接觸的一側(cè)是薄而致密的分離層，與透過液接觸的一側(cè)結(jié)構(gòu)疏松，呈楔形。中水經(jīng)過活性炭罐吸附水中的各類雜質(zhì)后，再進(jìn)入超濾膜過濾后進(jìn)入超濾水箱。經(jīng)超濾膜過濾的水雖然去除了膠體、懸浮物等大分子有機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。
2.5超濾膜清洗
為保證處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)，超濾膜在連續(xù)正常運(yùn)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(xué)法兩類。a)物理法。正壓沖洗法用進(jìn)水泵作為正沖洗動力，開啟膜組件濃水口閥，關(guān)閉膜組件產(chǎn)水口閥，以低壓力、大流量沖洗。一般正壓沖洗60s即可，然后設(shè)備轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。正壓沖洗的設(shè)備每運(yùn)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(chǎn)水口進(jìn)入，從濃水口流出，控制較低的操作壓力，以防內(nèi)壓過高，導(dǎo)致膜組件內(nèi)膜絲爆裂。b)化學(xué)法。根據(jù)膜表面污染物質(zhì)的種類，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品與之溶解、氧化或進(jìn)行其他化學(xué)反應(yīng)達(dá)到清洗的目的?；瘜W(xué)藥品必須根據(jù)膜的材質(zhì)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(jìn)入，濃縮液及超濾液全部返回清洗液容器，循環(huán)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(shí)際水質(zhì)和水量情況來看，一般約45min反沖洗一次，可保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
3結(jié)語
用化學(xué)凝法處理A煤礦礦井廢水，出水水質(zhì)能夠滿足礦區(qū)綠化灌溉、道路降塵、生產(chǎn)沖洗用水及工業(yè)用水等回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，給煤礦帶來了經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。在實(shí)際工作中要勇于探索，積極推動礦井污水處理工藝的發(fā)展，履行好企業(yè)的社會責(zé)任，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。
參考文獻(xiàn)：
［1］步長存.煤礦污水處理工藝及自動控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.中國煤炭工業(yè)，2014(2)：46-47.
［2］胡文容.煤礦礦井水處理技術(shù)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.
［3］董國貴，和衛(wèi)星，江道根，等.礦山污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.低壓電器，2008(23)：26-28.
［4］耿玉菊.煤礦企業(yè)污水處理過程中計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.煤炭技術(shù)，2013(11)：79-80.
作者：譚紅霞 單位：山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦