劉 斌
鄂爾多斯市國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司
復(fù)雜成分礦井水處理工藝研究
劉 斌
鄂爾多斯市國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司
煤礦企業(yè)日常運營中,多以物理化學沉淀方法對礦井水進行處理。當前,計算機技術(shù)和機械化在煤炭生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍,其能夠借助前段曝氣生物降解技術(shù)對復(fù)雜成分礦井水進行處理,以提高整體水質(zhì),從而對中水回用范圍進行拓展。本文著重對復(fù)雜成分礦井水處理工藝進行論述,實現(xiàn)地下水資源的合理利用,提高煤礦開采質(zhì)量。
復(fù)雜成分;礦井水;處理工藝
近年來,我國水資源嚴重缺乏,煤礦運營過程中的生活用水和生產(chǎn)用水也異常短缺。但是,企業(yè)負責人并未對節(jié)水問題進行明確認知,依然只是對礦井水進行單一的處理之后,進行排放,既對周邊環(huán)境產(chǎn)生了負面影響,也引發(fā)了水資源浪費問題。煤礦生產(chǎn)經(jīng)營中,要認識到處理復(fù)雜成分礦井水的重要性,采用相關(guān)工藝對其進行處理,使其轉(zhuǎn)化為中水,應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中,以有效節(jié)約地下水資源,實現(xiàn)效益最大化。
礦井排水的來源主要是煤礦生產(chǎn)中的廢水和巖層裂隙水。其很渾濁,呈黑灰色,并且含有大量的固體懸浮物。礦區(qū)的水文地質(zhì)條件、水動力學、礦床地質(zhì)構(gòu)造和開采等,都會對礦井排水的水質(zhì)產(chǎn)生影響,降低水源質(zhì)量。
礦井水中含有大量負電性成分,顆粒之間的靜電斥力使其處于分離狀態(tài),很難形成大顆粒。同時,膠體帶有電荷,能夠與周邊水分子相互作用,形成水化膜,對膠體的組合產(chǎn)生干擾。
懸浮顆粒的濕潤度會對礦井水中的懸浮物顆粒和混凝劑粘接性產(chǎn)生影響。煤具有疏水特點,可以用接觸角大小對水代替煤表層氣體的難易度進行衡量。煤表面無機物和有機物呈現(xiàn)復(fù)雜結(jié)合狀態(tài),是煤潤濕性的重要影響因素。典型的煤化階段煤種的煤粉潤濕接觸角為褐煤40-63°、長焰煤60-63°、氣煤65-72°、肥煤71-75°、焦煤86-90°、無煙煤84-93°。這些數(shù)據(jù)表明,煤化階段增高,會減少其表面極性官能團數(shù)量,提升其芳香度,嚴重削減其潤滑性,并增加接觸角度。如果確定煤種,表明礦井水和混凝劑的親和能力也得到了相應(yīng)的確定[1]。
物理化學沉淀法在煤礦生產(chǎn)企業(yè)礦井處理工藝中應(yīng)用比較普遍。其原理是混凝土經(jīng)過反應(yīng)之后,生成絮團,借助斜管沉淀,對懸浮物進行去除。沉淀構(gòu)筑物以機械加速澄清池為主。該設(shè)施的特點是運行成本低,且具備很強的可操作性,并對沖擊負荷進行抵抗。處理單一煤塵顆粒巖層裂隙水的時候,其水質(zhì)能夠達到COD≤45mg/L 和SS≤20mg/L。
生產(chǎn)理念的革新和機械化水平的提高,使礦井生產(chǎn)工序也有所轉(zhuǎn)變,很大程度上提高了其開采質(zhì)量和效益。而礦井排水系統(tǒng)中也包含大型液壓支架、工作面降塵、運輸及設(shè)備轉(zhuǎn)載等用水,使礦井排水成分更加復(fù)雜,包括乳化液、煤粉、礦物油等。傳統(tǒng)水處理構(gòu)筑物已經(jīng)不能夠?qū)Ξ斍八|(zhì)背景下的礦井排水進行處理,不僅增加其加藥量,也會出現(xiàn)絮團上浮等。加之,礦井水中仍然含有大量的礦物油和乳化液,使COD含量比較大,使得水質(zhì)更差,中水應(yīng)用范圍受限,也會對其周邊河流產(chǎn)生嚴重污染,對生態(tài)環(huán)境帶來不良影響[2]。
近年來,前段曝氣生物技術(shù)以其成本優(yōu)勢和效益優(yōu)勢逐漸被應(yīng)用到水質(zhì)處理中,其應(yīng)用原理是對可溶性有機物和微粒化礦物油進行降解和沉降,提高礦井水質(zhì)。相關(guān)負責人要結(jié)合礦區(qū)具體情況,應(yīng)用正確的工藝進行礦井水處理,將其負面環(huán)境干擾降到最低。
應(yīng)用曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)、排除系統(tǒng)構(gòu)成活性污泥法。在曝氣池中,使污水和回流活性污泥同時生成混合液,然后借助空氣擴散裝置,使壓縮空氣進入污水中,增加污水中的溶解氧,給微生物提供充足氧氣,并在劇烈攪動下,實現(xiàn)微生物懸浮。當溶解氧、活性污泥和污水混合之后,活性污泥顆粒會對污水內(nèi)部的污染物進行吸附,使其處于菌膠團表層。如果氧氣充足,微生物對有機物進行吸收、氧化、分解,形成二氧化碳和水?;旌弦航?jīng)過凈化之后,進入二次沉淀池,混合液中的活性污泥浮起,與其他固體物質(zhì)同時沉淀,與水分發(fā)生分離。該種方式能夠?qū)ΦV井排水中的乳化液、煤粉和礦物油等進行分解,使礦井水得到凈化。
如果在原有的礦井水處理系統(tǒng)中,增加曝氣池和二次沉淀池等,很難達到良好的祛除效果。因為,其會增加對場地面積的要求,且其經(jīng)過沉淀池預(yù)沉之后,會降低礦物油和乳化油濃度,減少活性污泥水量,減緩增殖速度。
以序批式活性污泥法為基礎(chǔ),在同一池中,實現(xiàn)均化、初沉、生物降解和二沉等,從而對增加構(gòu)筑場地和污泥回流問題進行有效解決。對周期循環(huán)活性污泥法進行應(yīng)用,能夠?qū)龅貑栴}進行解決,使礦井水處理系統(tǒng)時刻處于連續(xù)運行狀態(tài)[3]。
以某煤礦為例,其水質(zhì)中含有大量的乳化液和礦物油,對水處理構(gòu)筑物進行增加,在好氧生物降解工藝背景下,使其成為有池體和隔板構(gòu)成的雙向循環(huán)曝氣池。該背景下總共有三條廊道,中間和兩側(cè)分別為曝氣區(qū)和沉淀區(qū),并在其內(nèi)部對斜管填料進行設(shè)置。三條廊道池底都包含曝氣裝置,兩側(cè)廊道處于沉淀和曝氣交替運行狀態(tài),有助于節(jié)省污泥回流系統(tǒng),也能夠?qū)鹘y(tǒng)的間歇排水缺點進行有效控制,不需要專門的排水設(shè)備[4]。
5.1工藝水流向處理
雙向循環(huán)曝氣池被廊道擋墻分割成三部分,將曝氣裝置設(shè)置在底部,使礦井水分別由底部配水和層流進水進入廊道,再通過廊道下部布水口流進中心廊道主曝氣區(qū)。在主曝氣區(qū)內(nèi),活性污泥好氧生物對污水進行處理,對水中的有機污染物進行吸附和消化,然后對其進行沉淀,并將溢流堰設(shè)置在水流末端,使水流出。
循環(huán)處理之后,對水流進行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換之后,進水部位為溢流堰側(cè)底部。再經(jīng)由主曝氣區(qū)處理,分別由上一循環(huán)處理流程進水,側(cè)溢流堰出水。
5.2構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)
雙向循環(huán)曝氣池結(jié)構(gòu)是整體鋼砼,通過廊道擋墻對池體進行分割,中間和兩側(cè)分別為主曝氣區(qū)和沉淀區(qū),主曝區(qū)主要進行生物好氧處理,在其內(nèi)側(cè)敷設(shè)蜂窩斜管,對活性污泥進行沉淀,并在沉淀區(qū)的末端池底對集泥斗進行設(shè)置,確保經(jīng)由管路對多余的活性污泥和無機顆粒排出[5]。
礦井水處理系統(tǒng)對沉淀池進行調(diào)節(jié),對大顆粒固體懸浮物進行消除,使水質(zhì)更加均勻。對其進行預(yù)沉淀之后,廢水中的固體懸浮物呈現(xiàn)均勻細小狀態(tài),并包含溶解有機物和礦物油。構(gòu)筑物的容積受生物處理接觸消化時間決定。該煤礦水處理構(gòu)筑物在主曝區(qū)和沉淀池敷設(shè)了300m2的蜂窩斜管,規(guī)格為φ80mm,并在池底對旋切式曝氣管和微孔曝氣器進行設(shè)置,通過羅茨風機進行風力輸送,并在出水口設(shè)置不銹鋼溢流堰。
雙向循環(huán)曝氣池沉淀區(qū)的進水和曝氣系統(tǒng)具有同步性,主曝區(qū)始終處于曝氣狀態(tài),并將三條廊道的切換時間控制在30min,使活性污泥時刻處于懸浮狀態(tài),通過排泥管路對沉淀區(qū)末端集聚的固體懸浮物和超齡活性污泥排出。在礦井水處理系統(tǒng)中,對雙向循環(huán)曝氣池進行應(yīng)用,其具有穩(wěn)定性,且水質(zhì)均勻。處理之后的水質(zhì)達到COD≤20mg/L和SS≤10mg/L。
復(fù)雜成分礦井水處理是煤礦生產(chǎn)和運營過程中的基本訴求。煤礦負責人要結(jié)合具體的煤礦發(fā)展背景,應(yīng)用合理的處理工藝,對煤礦中的復(fù)雜成分礦井水進行凈化和處理,降低水中的污染物和有害物質(zhì)含量,并對其進行再次應(yīng)用,將煤礦生產(chǎn)過程中的水資源浪費降到最低,以構(gòu)建干凈整潔的煤炭生產(chǎn)環(huán)境,實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的最優(yōu),推進我國煤礦企業(yè)的快速發(fā)展。
[1]殷濤,趙喜慶,等.復(fù)雜成分礦井水處理工藝的研究與應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2014,(11):167-169.
[2]何緒文,李福勤.煤礦礦井水處理新技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].煤炭科學技術(shù),2010,(11):17-22+52.