林倩倩

（晉中長(zhǎng)泰安全科技有限責(zé)任公司山西晉中030600）

煤礦廢水對(duì)環(huán)境的影響及綜合治理研究

林倩倩

（晉中長(zhǎng)泰安全科技有限責(zé)任公司山西晉中030600）

煤礦廢水是造成礦區(qū)環(huán)境污染的重要因素，通過(guò)分析煤礦廢水主要來(lái)源及其對(duì)礦區(qū)環(huán)境的影響，針對(duì)性地提出了礦井水、洗煤廢水、生活污水、初期雨水相應(yīng)的治理措施，實(shí)現(xiàn)了控制煤礦廢水排放量、增加廢水利用率、減少水資源浪費(fèi)、降低環(huán)境污染的目標(biāo)。

煤礦廢水；污染影響；治理和回用

煤炭是我國(guó)的主體能源和重要工業(yè)原料，煤礦在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中占據(jù)重要地位，近年來(lái)，煤炭工業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，煤炭產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，生產(chǎn)力水平大幅提高，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。隨著煤炭的開(kāi)發(fā)利用，煤炭開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重，其中廢水排放帶來(lái)的污染問(wèn)題更為突出。因此，了解礦區(qū)水環(huán)境污染狀況，研究行之有效的防治對(duì)策，阻止礦區(qū)環(huán)境惡化，具有極其重要的意義。

1　煤礦廢水來(lái)源及環(huán)境影響分析

煤礦水污染源主要有煤礦開(kāi)采過(guò)程中滲透的地下礦井水、煤炭洗選過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢水、煤礦職工日常生活排放的生活污水以及煤礦礦區(qū)初期雨水。

1.1礦井水

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，一方面揭露破壞了含水層、隔水層和導(dǎo)水?dāng)鄬?，另一方面引起圍巖巖層移動(dòng)和地表塌陷，從而產(chǎn)生地下水或地表水向井筒或巷道涌水；在開(kāi)采埋藏深度較小的煤層時(shí)，若煤礦區(qū)地形較低洼，大氣降水也往往是礦井水的主要來(lái)源。每個(gè)礦井煤層埋藏條件和開(kāi)采方式不同，礦井的涌水量也差別很大，目前我國(guó)礦井正常涌水量約為0.4 m3/t～0.8m3/t，部分礦井正常涌水量達(dá)到2.0m3/t，礦井涌水量雖大，但利用率不足40%，礦井水排放量已占全國(guó)廢水排放總量的10%。一般礦井水酸堿性基本為中性、無(wú)有毒重金屬物質(zhì)，礦井涌水中含有的污染物主要為懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（CODcr）[1]。部分煤礦煤層中夾雜有硫鐵礦等金屬礦產(chǎn)，在氧和水存在的條件下，煤層或巖層中的金屬礦被氧化，生成硫酸、亞鐵離子、錳離子等，增加了礦井水酸度，所以特殊埋藏條件下，有些礦井水中鐵、錳等金屬離子也會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。礦井水如果未經(jīng)處理直接排入地下水或地表水系統(tǒng)，不僅造成水資源浪費(fèi)，還對(duì)煤礦周邊水系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染，污染物質(zhì)進(jìn)入食物鏈后，會(huì)危害人體健康[2]。

1.2洗煤廢水

煤炭洗選是利用煤和雜質(zhì)(矸石)的物理、化學(xué)性質(zhì)差異，通過(guò)分選方法使煤和雜質(zhì)有效分離的一種加工技術(shù)。煤炭洗選可脫除煤中的灰分、全硫，提高煤炭質(zhì)量，但煤炭在洗選過(guò)程中需要用大量清水進(jìn)行分級(jí)，又經(jīng)脫水后成為產(chǎn)品煤運(yùn)出，余下的便是洗煤廢水，根據(jù)洗煤實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，煤炭洗選產(chǎn)生的廢水量約為0.24m3/t，除去精煤、矸石、煤泥帶走的水分，洗選過(guò)程產(chǎn)生的廢水約占加入清水的91%。截至2013年，我國(guó)規(guī)模以上（30×104t/年及以上）的選煤廠就達(dá)到了2000多座，原煤入選能力達(dá)到23.5×108t。據(jù)預(yù)測(cè)，到2017年，我國(guó)煤炭消費(fèi)量在43×108t左右，入選的煤炭總量約為30.1×108t，屆時(shí)產(chǎn)生的廢水量約為722×108m3。洗煤廢水污染主要表現(xiàn)在懸浮物質(zhì)、金屬離子超標(biāo)，洗選過(guò)程中使用的藥劑具有副作用，大量的洗煤廢水外排不僅造成了水資源浪費(fèi)，還會(huì)造成水體、土壤惡化，嚴(yán)重污染環(huán)境。

1.3生活污水

煤礦生活污水主要指煤礦職工生活過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，主要來(lái)源于礦區(qū)食堂用水、浴室用水、洗衣用水及宿舍用水等。從本質(zhì)上說(shuō)，煤礦生活污水與城市一般生活污水相同（不包括醫(yī)院廢水），只是地域不同。煤礦生活污水中所含的污染物主要為懸浮物（SS）、化學(xué)需氧量（CODcr）、生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）及病菌微生物等[3]。由于煤礦地理位置遠(yuǎn)離城市，不能匯入城市管道進(jìn)入城市生活污水處理廠進(jìn)行統(tǒng)一處理，在煤礦自行治理過(guò)程中往往缺乏有效的治理手段，在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單沉淀過(guò)濾之后，便進(jìn)行外排，甚至在一些礦區(qū)存在生活污水完全不經(jīng)過(guò)處理，直接排入溝道的現(xiàn)象，造成周?chē)乇硭偷叵滤到y(tǒng)的污染，對(duì)人畜飲用水系統(tǒng)造成威脅。

1.4初期雨水

煤礦工業(yè)場(chǎng)地原煤在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載過(guò)程中易產(chǎn)生煤塵，煤塵最終會(huì)散落到地面，增大了煤礦工業(yè)場(chǎng)地的污染程度，而部分煤礦采取露天儲(chǔ)煤的方式，污染程度更大。降雨初期，雨水溶解了礦區(qū)污染性氣體，并降落至煤礦作業(yè)地面，由于礦區(qū)地面煤灰、粉塵含量較高，雨水沖刷礦區(qū)地面后，初期雨水中含有大量的污染物質(zhì)，初期雨水污染程度較高，甚至超出普通城市污水的污染程度，直接排入河道，會(huì)給水環(huán)境造成一定程度的污染。

2　煤礦廢水的綜合治理

根據(jù)煤礦廢水的來(lái)源、污染物的種類(lèi)及危害分析可知，煤礦廢水來(lái)源復(fù)雜，含有的污染物種類(lèi)也復(fù)雜多樣，若不采取有效手段進(jìn)行凈化，往往會(huì)對(duì)礦區(qū)周?chē)乃h(huán)境及土壤環(huán)境造成危害，甚至還會(huì)對(duì)人畜健康造成威脅。我國(guó)是一個(gè)相對(duì)缺水的國(guó)家，對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行收集和處理是一個(gè)相當(dāng)緊迫的問(wèn)題，加強(qiáng)煤礦廢水的凈化不僅可以大幅減少水資源的浪費(fèi)，同時(shí)又可以降低煤礦廢水對(duì)環(huán)境的污染。

2.1礦井水

為有效提高礦井用水的凈化和利用，我們應(yīng)當(dāng)選擇合適的礦井水處理系統(tǒng)，目前一般采取在工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)礦井水處理站的方式，建議礦井水處理站與敷設(shè)排水、供水管路的井筒距離不要太遠(yuǎn)，以方便排水、供水，節(jié)省投資。

礦井水酸堿性基本為中性、無(wú)有毒重金屬物質(zhì)，主要是化學(xué)需氧量（CODcr）和懸浮物（SS）超標(biāo)。一般礦井水中均含有一定量的CODcr，主要是由煤粉引起的，由水中還原性碳元素所致。所以，礦井水治理主要是治理SS，隨著SS去除CODcr也能隨之而去除，處理方法一般采用調(diào)節(jié)→混凝→沉淀→過(guò)濾→消毒處理工藝[4]。對(duì)于酸性礦井水來(lái)說(shuō)，可在上述處理工藝流程中加入中和法工藝，具體是利用石灰石中和酸性礦井水，最終生成不溶于水的Ca的碳酸鹽和中性水，進(jìn)一步沉淀和過(guò)濾后，即可回用或外排；對(duì)于鐵、錳、磷等元素含量超標(biāo)的礦井涌水，在水處理工藝中要增加除鐵、除錳或除磷等處理工藝。根據(jù)現(xiàn)有煤礦礦井水處理經(jīng)驗(yàn)，礦井水排出地面進(jìn)入礦井水處理站，經(jīng)混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒、除鐵、除錳、除磷等工藝處理后，CODcr處理效率達(dá)60%、SS處理效率達(dá)85%、鐵、錳等金屬離子處理效率達(dá)40%，能夠達(dá)到井下消防灑水及井下黃泥灌漿等用水標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步提高礦井水中污染物的處理效率，在實(shí)際水處理工藝中可根據(jù)礦井水回用用途，在以上工藝之后增加活性炭或石英砂深度處理工藝。根據(jù)相關(guān)政策，截止到2020年，在水資源短缺礦區(qū)、一般水資源礦區(qū)、水資源豐富礦區(qū)，礦井水利用率分別不低于95%、80%、75%。礦井水處理工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1　礦井水處理工藝流程圖

2.2洗煤廢水

為了避免洗煤廢水外排浪費(fèi)，對(duì)其實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)具有重要意義，這就要求在煤炭洗選過(guò)程中完全做到煤泥全部由脫水機(jī)械回收，尾煤濃縮機(jī)溢流和煤泥濃縮機(jī)溢流水均作為系統(tǒng)的循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)洗水全部復(fù)用，工業(yè)用水零排放。但在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中溢流的洗煤廢水濃度有時(shí)會(huì)較高，如果直接返回到流程中勢(shì)必對(duì)系統(tǒng)造成一定程度的負(fù)面影響，建議在煤炭洗選過(guò)程中利用化學(xué)藥劑對(duì)洗煤廢水中的懸浮物進(jìn)行固液分離，通過(guò)沉淀過(guò)濾使水澄清；或者直接選用具有沉降過(guò)濾功能的離心機(jī)，并進(jìn)行多段濃縮，通過(guò)進(jìn)一步凈化，提高溢流水的清潔度，這樣做到循環(huán)利用，節(jié)約成本，降低污染[5]。

2.3生活污水

煤礦生活污水處理和排放可按照城市生活污水處理和排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，同時(shí)還可以考慮將處理過(guò)的生活污水回用于煤礦工業(yè)場(chǎng)地除塵灑水、綠化灑水及煤炭洗選用水中，盡量做到全部回用，回用不完全的達(dá)標(biāo)外排。

目前適用于煤礦小型生活污水處理工程的處理工藝主要有生物接觸氧化法、厭氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法處理工藝。其中生物接觸氧化法處理工藝又分為一級(jí)接觸及多級(jí)接觸氧化法；厭氧/缺氧好氧（A/AO）活性污泥法又根據(jù)污水中是否需要脫氮或除磷等要求確定，脫氮為主時(shí)采用缺氧工藝，除磷為主時(shí)采用厭氧工藝。同時(shí)為了提高生活污水中污染物的處理效率，在實(shí)際水處理工藝中可根據(jù)生活污水原水水質(zhì)情況，在以上工藝之后增加活性炭或石英砂深度處理工藝。生活污水經(jīng)上述工藝流程處理后，污染物處理效率分別能達(dá)到：CODcr75%、BOD585%、SS80%，能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)生活污水再生利用的要求。生活污水處理工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2　生活污水處理工藝流程圖

2.4初期雨水

為防止降雨對(duì)場(chǎng)地內(nèi)原煤沖刷，煤礦原煤儲(chǔ)存禁止采取露天儲(chǔ)煤的方式，根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，可采取筒倉(cāng)或全封閉儲(chǔ)煤庫(kù)的方式，既能防止粉塵污染，在降雨天氣，還能夠有效防止降雨對(duì)原煤的沖刷。為了進(jìn)一步減少初期雨水在地面漫流后水中污染物的含量，防止含污染物較高的初期雨水對(duì)河流造成污染，最好的處理方法是初期雨水經(jīng)過(guò)沉淀后再排入河流。具體措施為在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)原煤儲(chǔ)存區(qū)地勢(shì)最低處設(shè)置初期雨水收集沉淀池，初期雨水經(jīng)收集沉淀后回用于工業(yè)場(chǎng)地灑水抑塵或外排，既減少了水資源浪費(fèi)又降低了污染。

3　結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水資源地區(qū)分布不平衡，煤礦廢水治理任重而道遠(yuǎn)，這不僅是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，更是環(huán)境保護(hù)的要求。通過(guò)具體分析，提出了治理煤礦廢水的幾種先進(jìn)措施，為廣泛推廣煤礦廢水治理技術(shù)提供了新的思路。

[1]張偉佳,梁麟.煤礦廢水綜合治理與利用[J].山西建筑，2013，39（16）：128-129.

[2]邵劍,曹志英.煤礦礦區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀及控制對(duì)策[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2011,28（10）：126-127.

[3]王慧卿.煤礦環(huán)境污染分析及對(duì)策探討[J].能源與節(jié)能,2014,106（7）：99-100.

[4]王二園.煤礦環(huán)境污染與廢水處理技術(shù)分析[J].能源與節(jié)能, 2014,111（12）：106-107.

[5]郭志敏.淮北選煤廠“2+2”模式煤泥水工藝改造研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),2015.

林倩倩（1983—），女，山東威海人，2007年畢業(yè)于山東科技大學(xué)資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦環(huán)保設(shè)計(jì)工作。