煤礦污水處理工藝及問(wèn)題探討

　　煤炭作為當(dāng)今社會(huì)主要利用的三大能源之一，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，我國(guó)煤炭資源豐富，年產(chǎn)量約36億t左右，位居世界之首。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)煤礦每開(kāi)采1t煤炭約排放2-4m3的礦井水[1]，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量選煤廠煤泥水和職工生活污水。根據(jù)污水性質(zhì)的不同，可將煤礦污水分為工業(yè)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(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)造成水資源的極大浪費(fèi)，難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，因此，做好煤礦水資源的開(kāi)發(fā)、管理、利用工作，對(duì)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

　　1 礦井水

　　礦井水按水質(zhì)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(chǎn)用水，也可經(jīng)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(nèi)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(huán)澄清法：通過(guò)水射器使水中固體顆粒間的接觸和吸附作用增強(qiáng)，形成良好的絮凝沉降效果達(dá)到澄清水質(zhì)的目的。該方法在運(yùn)行過(guò)程中操作簡(jiǎn)單方便，且具有低動(dòng)力消耗和強(qiáng)耐負(fù)荷沖擊能力的優(yōu)點(diǎn)。

　　超磁分離法：水體中的懸浮物在磁種介質(zhì)與微磁絮凝藥劑作用下凝聚形成磁性“礬花”，然后依靠強(qiáng)磁場(chǎng)力快速分離。該方法是目前應(yīng)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(shí)間，而且回收率高，使用效果顯著，其工程設(shè)施占地面積也更為經(jīng)濟(jì)。

　　1.2 高礦化度礦井水

　　高礦化度礦井水的硬度較高，無(wú)機(jī)鹽總量一般都大于1000mg/L，用作飲用水會(huì)傷害人體健康，用作農(nóng)業(yè)灌溉會(huì)加速土壤鹽漬化，用作建筑用水會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，用作鍋爐水則易產(chǎn)生水垢。

　　電滲析法：利用電能來(lái)進(jìn)行膜分離，離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，分為陽(yáng)膜和陰膜兩類。電滲析法存在運(yùn)行能耗較大，膜壽命短且運(yùn)行不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。而且雖能去除鈣、鎂、氯化物等溶解性無(wú)機(jī)鹽類，但對(duì)其他離子去除率低且無(wú)法去除有機(jī)物和細(xì)菌。

　　離子交換法：該方法主要用于化學(xué)脫鹽，原理為利用陰陽(yáng)離子交換劑去除水中離子。需要注意的是，當(dāng)進(jìn)水含鹽量低于500mg/L時(shí)，該方法才比較經(jīng)濟(jì)，因此多用于高礦化度水膜法分離后的進(jìn)一步除鹽工序。

　　反滲透法：以大于溶質(zhì)滲透壓的壓力推動(dòng)力溶液通過(guò)半透膜，最終達(dá)到溶劑和溶質(zhì)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(fā)中在逐漸增加透水通量、抗污染抗氧化能力以及越來(lái)越低的運(yùn)行能耗，該技術(shù)已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。但反滲透法深層次的發(fā)展需要進(jìn)一步優(yōu)化其水質(zhì)適用性和污染源抵抗能力，提高裝置使用性能，加強(qiáng)裝置的耐磨損性，這樣才能促使該技術(shù)應(yīng)用發(fā)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(jié)合的方法對(duì)工業(yè)水進(jìn)行處理。其主要用于污染程度較高，較難處理的工業(yè)水處理當(dāng)中，可以有效解決含鹽量較高、污染較嚴(yán)重等工業(yè)用水問(wèn)題[3]。

　　1.3 酸性礦井水

　　酸性礦井水是在采煤過(guò)程中，水與煤共生的硫鐵礦發(fā)生氧化反應(yīng)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(dǎo)致土壤酸化并危害水生生物，另外，該類水體還會(huì)造成管道的腐蝕。

　　中和法：通過(guò)投加堿性藥劑或以石灰石、白云石為濾料進(jìn)行過(guò)濾中和，但該方法中和反應(yīng)速度慢，且需對(duì)藥劑投加量進(jìn)行計(jì)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(nèi)，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(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物，形成一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地法近年來(lái)在水處理技術(shù)發(fā)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(zhǎng)期飲用放射性超標(biāo)的飲用水，可誘發(fā)癌癥、白血病等嚴(yán)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(wú)法滿足回用水水質(zhì)要求，因此對(duì)高鐵高錳礦井水的處理工藝和凈化機(jī)理還需進(jìn)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(guī)模的水處理工程中比較適用，當(dāng)規(guī)模較大時(shí)，其設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用非常高，大部分煤礦無(wú)法承受。 　　2 選煤廠煤泥水

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

　　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(dāng)煤泥水含有較多微細(xì)粒和黏土礦物時(shí)，處理效果一般。

　　重力濃縮沉淀法：首先濃縮機(jī)對(duì)煤泥水進(jìn)行濃縮，其次經(jīng)溢流循環(huán)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(xué)藥劑使煤泥水中懸浮物以較大顆粒或松散絮團(tuán)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(wèn)題，而天然高分子絮凝劑—淀粉改性絮凝劑具有原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)毒、易于生物降解等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。另外，微生物絮凝劑是由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，可對(duì)水中不易降解的固體懸浮顆粒和膠體顆粒進(jìn)行絮凝然后沉淀，屬于一種高效、安全、環(huán)保的新型水處理劑[4]。

　　3 生活污水

　　礦區(qū)生活污水主要來(lái)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(xué)需氧量、五日生化需氧量、細(xì)菌總數(shù)及感官性狀均嚴(yán)重超標(biāo)。

　　A2/O法：在礦區(qū)生活污水處理中比較常見(jiàn)，多用于二級(jí)、三級(jí)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(guān)鍵作用的SBR反應(yīng)池有均化、初沉、生物降解和二沉等多種功能。與傳統(tǒng)活性污泥相比，該法不含污泥回流系統(tǒng)，多用于污水流量變化較大和間歇排放的場(chǎng)合。

　　CAST法：該工藝是對(duì)SBR工藝的優(yōu)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(fù)荷，還能阻止污泥膨脹的發(fā)生。該工藝脫氮除磷效果好，產(chǎn)泥量少，抵抗水質(zhì)水量波動(dòng)效果好，運(yùn)行費(fèi)用低，可以很好地適用于礦區(qū)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(yīng)濃度的懸浮物進(jìn)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(qū)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(hù)相對(duì)容易，缺點(diǎn)是對(duì)氮磷的清除效果相對(duì)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(zhǎng)并布滿整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部，該污水處理方法新型且高效。MBBR工藝綜合了傳統(tǒng)流化床以及生物接觸氧化法的優(yōu)點(diǎn)，其適應(yīng)性很強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并且水頭損失小、不堵塞、無(wú)須反沖洗，有著良好的抗沖擊負(fù)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(lián)處理污水能高效去除BOD5、COD、氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及許多難降解物質(zhì)。礦區(qū)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(fā)展林業(yè)和牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景[7]。

　　人工濕地法：人工濕地主要通過(guò)過(guò)濾、分解、植物吸收、沉淀等混合作用來(lái)去除污水中的懸浮物、有機(jī)物、氮、磷和金屬離子等污染物，還可以進(jìn)行礦區(qū)大氣凈化、土地灌溉、涵養(yǎng)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(xù)的礦區(qū)資源再開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　大部分煤礦均建有礦井水和生活污水處理站，但設(shè)施運(yùn)行過(guò)程中仍存在出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)排放或超標(biāo)回用的現(xiàn)象，為兼顧環(huán)境保護(hù)和企業(yè)成本，煤礦企業(yè)在未來(lái)的發(fā)展中應(yīng)做到：

　?。?）煤礦污水的水質(zhì)往往是復(fù)合型的，因此在污水處理站建設(shè)前要充分考慮進(jìn)水水質(zhì)因素，根據(jù)污染物類別選擇合適的工藝，精準(zhǔn)施治，必要情況下可采用多技術(shù)耦合，提高污水處理效率。（2）設(shè)施運(yùn)行管理人員業(yè)務(wù)能力良莠不齊，多因操作不當(dāng)導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。因此，礦方需組織技術(shù)單位對(duì)設(shè)施管理人員培訓(xùn)，必要情況下還可建立分析化驗(yàn)室，進(jìn)一步保證運(yùn)行管理的規(guī)范性。（3）人工濕地、氧化塘等自然生態(tài)處理系統(tǒng)既能充分利用礦區(qū)的荒地、塌陷坑等廢棄場(chǎng)地，同時(shí)又能開(kāi)展生態(tài)修復(fù)，未來(lái)可成為煤礦企業(yè)污水處理新的發(fā)展方向。