申麗明

(潞安集團(tuán)節(jié)能環(huán)保處，山西 長治 046204)

引 言

煤礦開采過程中伴隨著地下水的涌出，由于我國煤層一般存儲(chǔ)于地下含水層之下，為確保生產(chǎn)的安全性必須排出大量的礦井涌水。通常礦井水質(zhì)與地下水質(zhì)特征幾乎一致，盡管其中含有大量的以煤粉巖粉為主的懸浮物，但是其他指標(biāo)均正常。此外，我國煤礦大部分處于華北、西北等水資源相對(duì)匱乏的地區(qū)，煤礦開采一方面破壞了當(dāng)?shù)丶捌渲苓叺牡叵滤Y源，另一方面礦井水的直接排放嚴(yán)重污染礦區(qū)及其周邊的環(huán)境，對(duì)其生態(tài)造成極大破壞[1]。因此，開展礦井水的處理工作均會(huì)提升當(dāng)?shù)厣鐣?huì)及其經(jīng)濟(jì)效益。本文將著重探討混凝技術(shù)在礦井水處理中的應(yīng)用，為達(dá)到最佳處理效果提供理論指導(dǎo)。

1 礦井水概述

1.1 礦井水水質(zhì)特征

礦井水是地下水的一部分，在工作面開采煤炭的過程中地下水與煤層、巖層等相接觸發(fā)生一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)，使得礦井水中含有大量的無機(jī)、有機(jī)污染物、細(xì)菌污染物以及其他有害物質(zhì)等。礦井水的水質(zhì)主要受工作面水文地質(zhì)以及煤質(zhì)的影響。礦井水水質(zhì)不同于工業(yè)廢水的水質(zhì)，其中不含有毒物質(zhì)[2]。經(jīng)檢測可知，礦井水的酸度、懸浮物含量、硬度以及硫酸鹽含量等指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，可針對(duì)礦井水采用一定的處理技術(shù)達(dá)到可食用或降低環(huán)境污染的目的。

1.2 礦井水處理技術(shù)分析

不同特征的礦井水所采用的處理技術(shù)不盡相同。目前，根據(jù)水質(zhì)的不同可將礦井水分為潔凈礦井水、高礦化度礦井水、含懸浮物礦井水以、酸性礦井水以及含特殊污染物礦井水。其中，潔凈礦井水可直接供居民日常生產(chǎn)和生活使用；含懸浮物礦井水主要采用混凝沉淀的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理；高礦化度礦井水主要處理宗旨為去除其中的鹽分，可采用熱力法、化學(xué)法以及膜分離法等；酸性礦井水主要采用中和法進(jìn)行處理；對(duì)于含特殊污染物的礦井水首先應(yīng)消除其中的懸浮物，其次針對(duì)其具體污染物采用相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行處理[3]。

本文著重對(duì)含懸浮物礦井水處理所采用的混凝技術(shù)進(jìn)行研究。

2 混凝技術(shù)研究

2.1 混凝技術(shù)原理分析

鑒于礦井水中所煤塵、粉塵顆粒的直徑非常小，一般顆粒直徑僅為25 mm。而且細(xì)小煤塵、粉塵所形成膠體的狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，單純的依靠重力沉降原理無法從根本上去除懸浮物。因此，對(duì)含懸浮物礦井水處理時(shí)應(yīng)首先將其中細(xì)小的顆粒聚集成較大的顆粒，使其能夠在自然沉降的作用下去除，此技術(shù)即為混凝技術(shù)[4]。

2.2 混凝劑的選擇

基于混凝技術(shù)完成對(duì)含懸浮物礦井水處理工藝的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)包括混凝、沉淀以及過濾，其中又以混凝和沉淀工藝為影響其最終處理效果的決定性工藝。而直接影響混凝、沉淀效果的因素為混凝劑的選擇。在多年礦井水處理的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，常見的混凝劑為無機(jī)混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑按照一定比例混合而成的混凝劑。

2.3 影響混凝效果的其他因素分析

除了混凝劑的種類及其比例為直接影響礦井水混凝、沉淀的效果外，影響混凝效果的主要因素還有溫度、pH值的影響。

1)溫度對(duì)混凝效果的影響。水溫是混凝反應(yīng)、沉降分離的關(guān)鍵控制因素。水溫越高，礦井水最終的混凝效果越好；水溫過低會(huì)延長混凝劑的水解時(shí)間，而且此時(shí)水的黏性較大不易分離。因此，水溫的確定在一定程度上與混凝劑的選取相關(guān)。

2)pH值對(duì)混凝效果的影響。同樣，pH值也是影響礦井水最終混凝效果的關(guān)鍵因素。pH值將主要影響礦井水中膠體顆粒的電荷和膠體的電泳速度[5]。而且，pH值的選取同樣與所采用的混凝劑的種類相關(guān)。實(shí)踐表明，當(dāng)采用硫酸鋁作為混凝劑時(shí)應(yīng)將其pH值控制在6.5～7.5之間。當(dāng)采用三價(jià)鐵鹽作為混凝劑時(shí)，根據(jù)其任務(wù)不同設(shè)定對(duì)應(yīng)的pH值；其中，當(dāng)用于去除礦井水的濁度時(shí)，應(yīng)將其pH值控制在6～8.4之間；當(dāng)用于去除礦井水的色度時(shí)，應(yīng)將其pH值控制在3.5～5之間。

3 混凝試驗(yàn)

混凝劑作為影響礦井水處理混凝效果的關(guān)鍵因素。本文將以潞安集團(tuán)五陽煤礦礦井水為研究對(duì)象，對(duì)其采用不同混凝劑的情況下濁度的去除效果進(jìn)行驗(yàn)證。本文所驗(yàn)證的混凝劑的類型有絮凝劑硫酸鋁(AC)、絮凝劑氯化鐵(FC)以及絮凝劑聚合氯化鋁(PAC)。

3.1 試驗(yàn)儀器

根據(jù)試驗(yàn)需求，試驗(yàn)所需的試驗(yàn)儀器如表1所示。

表1 試驗(yàn)儀器

取200 mL的樣品礦井水將其分別置于6個(gè)500 mL的燒杯中，將一定量混凝劑分別加入燒杯，充分?jǐn)嚢韬笕?0 mL樣品對(duì)其濁度進(jìn)行檢測，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)操作，分別將另外兩種混凝劑按照上述部分加入樣品中充分?jǐn)嚢韬鬁y其濁度，得出圖1、圖2所示的試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 礦井水殘留濁度隨不同混凝劑投量的變化曲線

圖2 礦井水濁度去除率隨不同混凝劑投量的變化曲線

分析圖1、圖2可得：

1) 隨著混凝劑投加量的不斷增加礦井水中的濁度去處理不斷上升，且呈現(xiàn)先快速后緩慢的變化趨勢。當(dāng)混凝劑的投加量達(dá)到35 mg/L時(shí)，礦井水濁度去除率不再隨著混凝劑投量的增加而增大，甚至?xí)霈F(xiàn)礦井水去除率下降的情況。造成此種情況的主要原因?yàn)楫?dāng)?shù)V井水中的濁度基本去除干凈后，繼續(xù)投加混凝劑反而會(huì)加入新的膠體，增加礦井水的濁度。

2) 對(duì)于三種混凝劑的去除效率可知，其去除效率從大到小依次為加聚合氯化鋁絮凝劑、硫酸鋁絮凝劑以及氯化鐵絮凝劑。而且，當(dāng)氯化鋁混凝劑的投入量為35 mg/L時(shí)，其濁度去除率達(dá)到最大為87%；當(dāng)氯化鐵混凝劑的投加量為45 mg/L時(shí)，其濁度去除率達(dá)到最大87%；當(dāng)聚合氯化鋁絮凝劑的投加量為18 mg/L時(shí)，礦井水濁度去除率達(dá)到最大值90%。

五陽煤礦采用混凝技術(shù)處理礦井水時(shí)，應(yīng)采用聚合氯化鋁絮凝劑作為混凝劑，并將其投加量設(shè)定為18 mg/L。

4 結(jié)語

礦井水作為綜采工作面采煤工作必不可少的水資源，其與煤層、巖層等一系列的化學(xué)及物理反應(yīng)使其中含有一定量的污染物、懸浮物、有害物質(zhì)。為了避免礦井水直接排至地面一方面造成水資源的浪費(fèi)，另一方方面破壞周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生，需對(duì)礦井水進(jìn)行處理。混凝技術(shù)作為處理含懸浮物礦井水的關(guān)鍵技術(shù)，混凝劑種類及其投加量的選擇將直接影響混凝及沉淀效果，最終決定處理效果。經(jīng)本文研究可得：針對(duì)含懸浮物的礦井水最佳混凝劑為聚合氯化鋁絮凝劑且最佳投加量為18 mg/L。