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

1　前言

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。

2　礦井水及水質(zhì)特點

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］。

3　礦井水處理技術(shù)

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］。

4　研究目的與設(shè)計理論

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　水處理構(gòu)筑物

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］。

6　水處理構(gòu)筑物設(shè)計和建設(shè)

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。

7　水處理構(gòu)筑物運行和處理效果

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。

8　結(jié)語

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.