煤礦污水處理工藝及問題探討

　　煤炭作為當今社會主要利用的三大能源之一，在社會經濟發展過程中發揮著重要的作用，我國煤炭資源豐富，年產量約36億t左右，位居世界之首。據不完全統計，大多數煤礦每開采1t煤炭約排放2-4m3的礦井水[1]，同時還會產生大量選煤廠煤泥水和職工生活污水。根據污水性質的不同，可將煤礦污水分為工業廢水和生活污水兩大類，如果將未處理的污水直接排放，則會嚴重污染環境，同時造成水資源的極大浪費，難以實現循環經濟的目標，因此，做好煤礦水資源的開發、管理、利用工作，對煤炭工業可持續發展具有深遠的意義。

　　1 礦井水

　　礦井水按水質類型分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含有害有毒元素礦井水4大類。處理后的礦井水既可直接用作生產用水，也可經消毒處理后用作生活用水。

　　1.1 含懸浮物礦井水

　　含懸浮物礦井水的硬度和礦化度一般較低，主要含小粒徑的巖塵和煤塵等內部懸浮物。

　　混凝沉淀法：該方法以沉淀池為核心單元，有平流式和斜管式兩種沉淀方式，常用混凝劑為鋁鹽或鐵鹽，常用絮凝劑為聚丙烯酰胺。

　　水力循環澄清法：通過水射器使水中固體顆粒間的接觸和吸附作用增強，形成良好的絮凝沉降效果達到澄清水質的目的。該方法在運行過程中操作簡單方便，且具有低動力消耗和強耐負荷沖擊能力的優點。

　　超磁分離法：水體中的懸浮物在磁種介質與微磁絮凝藥劑作用下凝聚形成磁性“礬花”，然后依靠強磁場力快速分離。該方法是目前應用于礦井水處理的一種新工藝，分離速度快，可大大地縮短水力停留時間，而且回收率高，使用效果顯著，其工程設施占地面積也更為經濟。

　　1.2 高礦化度礦井水

　　高礦化度礦井水的硬度較高，無機鹽總量一般都大于1000mg/L，用作飲用水會傷害人體健康，用作農業灌溉會加速土壤鹽漬化，用作建筑用水會降低混凝土強度，用作鍋爐水則易產生水垢。

　　電滲析法：利用電能來進行膜分離，離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，分為陽膜和陰膜兩類。電滲析法存在運行能耗較大，膜壽命短且運行不穩定的缺點。而且雖能去除鈣、鎂、氯化物等溶解性無機鹽類，但對其他離子去除率低且無法去除有機物和細菌。

　　離子交換法：該方法主要用于化學脫鹽，原理為利用陰陽離子交換劑去除水中離子。需要注意的是，當進水含鹽量低于500mg/L時，該方法才比較經濟，因此多用于高礦化度水膜法分離后的進一步除鹽工序。

　　反滲透法：以大于溶質滲透壓的壓力推動力溶液通過半透膜，最終達到溶劑和溶質分離的目的。目前反滲透膜已有高于99%的脫鹽率，而且隨著工藝研發中在逐漸增加透水通量、抗污染抗氧化能力以及越來越低的運行能耗，該技術已應用在多個領域。但反滲透法深層次的發展需要進一步優化其水質適用性和污染源抵抗能力，提高裝置使用性能，加強裝置的耐磨損性，這樣才能促使該技術應用發揮更大能效[2]。

　　雙膜法：采用雙層超濾膜或超濾膜與反滲透結合的方法對工業水進行處理。其主要用于污染程度較高，較難處理的工業水處理當中，可以有效解決含鹽量較高、污染較嚴重等工業用水問題[3]。

　　1.3 酸性礦井水

　　酸性礦井水是在采煤過程中，水與煤共生的硫鐵礦發生氧化反應而生成硫酸，最終使水體的pH值小于5.5。酸性礦井水容易造成地表水酸度上升、導致土壤酸化并危害水生生物，另外，該類水體還會造成管道的腐蝕。

　　中和法：通過投加堿性藥劑或以石灰石、白云石為濾料進行過濾中和，但該方法中和反應速度慢，且需對藥劑投加量進行計算，否則容易造成二次污染。

　　人工濕地法：該方法是將填料按照一定的坡度填充在淺池內，然后在填料表層土壤中種植一些處理性能好、成活率高、美觀及具有經濟價值的水生植物，形成一個小型生態系統。人工濕地法近年來在水處理技術發展中比較迅速，具有很好的推廣前景。

　　1.4 含有毒有害元素礦井水

　　該類水體主要含有氟、鐵、錳、銅、鋅、鉛及鈾、鐳等有毒有害元素的水，長期飲用放射性超標的飲用水，可誘發癌癥、白血病等嚴重疾病。

　　含鐵、錳廢水目前主要采用天然錳砂作為除鐵、錳的濾料，但出水無法滿足回用水水質要求，因此對高鐵高錳礦井水的處理工藝和凈化機理還需進行深入研究。目前處理放射性廢水多采用反滲透法、活性材料吸附法及石灰軟化法等，在中小規模的水處理工程中比較適用，當規模較大時，其設備投資和運行費用非常高，大部分煤礦無法承受。 　　2 選煤廠煤泥水

　　目前大多數選煤廠采用濕法選煤的工藝，因此煤泥水中懸浮有大量細小煤粉顆粒等雜質。

　　自然沉淀法：該方法多用于處理粒度較大，濃度較低且硬度較高的煤泥水，當煤泥水含有較多微細粒和黏土礦物時，處理效果一般。

　　重力濃縮沉淀法：首先濃縮機對煤泥水進行濃縮，其次經溢流循環和底流稀釋浮選工藝，最后將浮選尾礦排出處置。重力濃縮沉淀法較自然沉淀法有更大的處理能力和更高的效率。

　　混凝沉淀法：采用化學藥劑使煤泥水中懸浮物以較大顆粒或松散絮團的形式得以沉降分離，該方法目前在煤泥水深度澄清中使用較多。由于合成高分子絮凝劑在使用中存在二次污染問題，而天然高分子絮凝劑—淀粉改性絮凝劑具有原料來源廣泛、價格低廉、無毒、易于生物降解等特點，應用前景廣闊。另外，微生物絮凝劑是由微生物產生的有絮凝活性的次生代謝產物，可對水中不易降解的固體懸浮顆粒和膠體顆粒進行絮凝然后沉淀，屬于一種高效、安全、環保的新型水處理劑[4]。

　　3 生活污水

　　礦區生活污水主要來自辦公樓、鍋爐房、職工食堂、澡堂及職工宿舍用水等，其懸浮物、化學需氧量、五日生化需氧量、細菌總數及感官性狀均嚴重超標。

　　A2/O法：在礦區生活污水處理中比較常見，多用于二級、三級污水處理和中水回用工藝中，其脫氮除磷效果較好。

　　SBR法：是活性污泥法的一種，采用間歇曝氣方式，起關鍵作用的SBR反應池有均化、初沉、生物降解和二沉等多種功能。與傳統活性污泥相比，該法不含污泥回流系統，多用于污水流量變化較大和間歇排放的場合。

　　CAST法：該工藝是對SBR工藝的優化，增加了生物選擇器和污泥回流裝置，既能改善活性污泥的絮體負荷，還能阻止污泥膨脹的發生。該工藝脫氮除磷效果好，產泥量少，抵抗水質水量波動效果好，運行費用低，可以很好地適用于礦區污水處理。

　　生物接觸氧化法：主要利用載體中的生物膜，生物可與氧化池中相應濃度的懸浮物進行充分接觸，兼顧生物膜去污法與活性污泥法兩種特征。生物接觸氧化法可處理礦區濃度較低、變化程度較大的污水，其方法使用資金較少，操作與維護相對容易，缺點是對氮磷的清除效果相對較弱[5]。

　　MBBR法：在曝氣和水流的共同作用下，附著生物膜和懸浮的活性污泥逐漸生長并布滿整個反應器內部，該污水處理方法新型且高效。MBBR工藝綜合了傳統流化床以及生物接觸氧化法的優點，其適應性很強、運行穩定可靠，并且水頭損失小、不堵塞、無須反沖洗，有著良好的抗沖擊負荷的能力[6]。

　　氧化塘法：氧化塘有好氧塘、兼性塘和厭氧塘三種類型，污水處理主要靠天然凈化。不同類型塘串聯處理污水能高效去除BOD5、COD、氮磷等營養物質以及許多難降解物質。礦區如將荒地和塌陷坑等建造為氧化塘，那么處理后的污水既能灌溉土地，還能發展林業和牧業等產業，具有巨大的經濟效益和廣闊的發展前景[7]。

　　人工濕地法：人工濕地主要通過過濾、分解、植物吸收、沉淀等混合作用來去除污水中的懸浮物、有機物、氮、磷和金屬離子等污染物，還可以進行礦區大氣凈化、土地灌溉、涵養水源、保持生物多樣性。此外人工濕地還具有景觀作用，為后續的礦區資源再開發利用奠定基礎。

　　4 結語

　　大部分煤礦均建有礦井水和生活污水處理站，但設施運行過程中仍存在出水水質不達標排放或超標回用的現象，為兼顧環境保護和企業成本，煤礦企業在未來的發展中應做到：

　　（1）煤礦污水的水質往往是復合型的，因此在污水處理站建設前要充分考慮進水水質因素，根據污染物類別選擇合適的工藝，精準施治，必要情況下可采用多技術耦合，提高污水處理效率。（2）設施運行管理人員業務能力良莠不齊，多因操作不當導致出水水質不達標。因此，礦方需組織技術單位對設施管理人員培訓，必要情況下還可建立分析化驗室，進一步保證運行管理的規范性。（3）人工濕地、氧化塘等自然生態處理系統既能充分利用礦區的荒地、塌陷坑等廢棄場地，同時又能開展生態修復，未來可成為煤礦企業污水處理新的發展方向。