煤矿井下废水处理与利用

解 毅

(山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300)

煤炭开采时会产生大量的费用，根据有关统计资料，井下生产1t煤炭会排出2 m3废水，生产产生的废水由中央水泵房水泵集中排出至地面[1-2]。由于矿井废水中含有较高的重金属、固体悬浮物，同时色度较高，若直接排放则会影响矿井生态环境[3-4]。煤炭开采企业应根据矿井废水特点采取针对性治理措施对矿井废水进行处理，从而实现矿井废水综合利用[5-6]。为此，本文以山西某矿矿井废水处理为工程实例，对废水处理过程进行探讨，并指出综合利用途径，以期能在一定程度上提高矿井废水综合利用效率。

1 工程概况

山西某矿产能120 万t/a，主采3#、5#煤层，矿井开采范围内水文地质条件简单。现阶段井下废水产生量稳定在3 500 m3/d～4 200 m3/d，矿井配套建设有废水处理厂。废水处理厂水量处理能力为5 000 m3/d，回水量为2 100 m3/d。具体进水水质要求见表1所示。

表1 废水处理厂进水水质要求

矿井生产废水处理后排放标准按照《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)执行，可用于矿井职工洗浴、地表植被浇灌以及景观用水需要。

2 矿井废水特点

矿井废水有酸性、非酸性两种类型，根据现场踏勘并对矿井废水进行监测，发现该矿生产的废水属于酸性废水，pH值介于4～5，废水水质有下述主要特点：

1)矿井废水水质与井下开采有密切关系，水质一般情况下具有色度较高、浑浊特点，直观表现为矿井废水颜色发黑，污染物主要类型为悬浮物(SS)，悬浮物浓度变化较大，从而导致水质变化较为明显。

2)矿井废水中悬浮物一般质量较轻，自然沉淀耗时长。现场测定发现该矿矿井废水悬浮物直径多处于2 μm～8 μm，直径>50 μm的悬浮物占比仅为10%。

3)矿井废水中化学需氧量(COD)普遍超标。现场测定发现该矿矿井废水中含有少量的乳化油、机油以及腐烂坑木等有机物，同时，废水中悬浮的煤屑等悬浮物中含有的碳分子具备的还原性也会增加废水的化学需氧量。

4)测定该矿废水pH值介于4～5，同时废水中锰、铁等重金属离子超标严重。

3 矿井废水综合处理技术

3.1 废水处理技术

矿井废水综合处理工艺较多，但是现阶段使用最为普遍的工艺为混凝沉淀+过滤。结合矿井废水特点，对废水处理工艺进行优化。具体选择采用的废水处理工艺为：初沉+混凝沉淀+过滤+深度处理。针对矿井废水中悬浮物含量较高特点，需要对废水进行必要的沉淀处理，初沉是实现矿井废水中大颗粒悬浮物预沉淀。

在矿井生产的不同阶段矿井废水水质以及排水量等存在较大差异。一般情况下矿井选择检修班(此时矿井电力消耗量较低)进行集中排水。为此，将调节池以及初沉池相统一，从而具备调节水质、水量以及初沉作用，同时还在一定程度上提升了矿井废水处理系统抗负载冲击能力。

混凝沉淀中选用的药品一般为价格便宜、净水效果显著以及供货充足的铁盐、铝盐混凝剂。废水在混凝沉淀后再进行过滤可进一步降低废水中细小颗粒物含量，若选用的配料恰当，过滤还具备除锰、除铁等功能。

由于矿井废水具有悬浮物含量高、可生化性差等特点，因此具体废水处理思路为：煤炭生产排出的废水进行初沉、混凝、斜板沉淀、过滤等过程。为满足反渗透处理要求、避免废水中悬浮物堵塞或者影响反渗透膜使用寿命，需要废水进行预处理，确保流入至反渗透膜之前的废水中无易浓缩结垢或者悬浮成分。具体矿井废水处理流程见图1所示。

图1 矿井废水处理流程

3.2 矿井废水处理构筑物

矿井废水处理涉及到的构筑物有预沉调节池、混凝反应池、斜板沉淀池、多介质滤池等。

1)预沉淀调节池

矿井废水处理厂处理能力为5 000 m3/d，预沉淀池内废水停留按照6 h确定，则池体有效容积V应为1 250 m3，具体池体尺寸为26.0 m×12.0 m×4.5 m(长×宽×深)。预沉淀调节池内有2台提升行程9.0 m、功率15 kW、提升量120 m3/h的提升泵；布置有1台行程26 m、跨距12 m、功率1.85 kW桁架式吸泥机。

2)混凝反应池

在混凝反应前在化学反应池内添加NaOH来调节废水pH值，后再使用重金属捕获剂进行混凝沉淀。池体内废水反应耗时为15 min，池体体积为60.8 m3、规格为4.0 m×4.0 m×3.8 m(长×宽×深)，配套有1台功率7.5 kW混合搅拌机。

混凝沉淀时添加PAC混凝剂、PAM助凝剂，用搅拌机将混凝剂、助凝剂均匀混合。混凝池体积234 m3、混凝耗时约为60 min，将池体按照1∶2比例具体划分成2格，池体内布置功率分别为1.5 kW、0.75 kW的框式搅拌机。

3)斜板沉淀池

斜板沉淀池流量210 m3/h，，沉淀的泥浆通过脉冲气流运输。单座斜板沉淀池流量为52.5 m3/h，规格为12.0 m×5.0 m×2.8 m(长×宽×深)。使用的泥浆泵规格功率为3.0 kW、扬程20 m、流量为15 m3/h。

4)多介质滤池

为进一步提高井下废水处理效果，提出使用多介质滤池对废水进行深度处理。滤池内废水过滤速度为3 m/h、流量为210 m3/h，池体体积为331.2 m3，分两格，布置的过滤层厚度为2.0 m。布置2台反冲洗泵(流量、功率、扬程分别为300 m3/h、30 kW、22 m)，2台反冲洗风机(流量、功率、风压分别为13.75 m3/h、22 kW、58.8 kPa)。

5)深度处理车间

深度处理车间处理能力为1 800 t/h，车间体积为672 m3, 规格为16.0 m×6.0 m×7.0 m(长×宽×深)。主要处理设备包括有石英砂、活性炭、精密过滤器以及反渗率装置等各1台。

4 结语

本文根据山西某矿井下废水产生特点对废水处理技术进行探讨，并提出有效的废水处理技术。废水处理厂采用此技术后，废水处理各环节均稳定运行，同时废水处理成本较低，可满足矿井废水处理需要。经过处理后的废水可用于职工洗浴、景观以及园林浇灌等。