王秀田

（忻州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 忻州 034000）

引言

煤礦資源為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了非常重要的貢獻(xiàn)，已經(jīng)深入我國(guó)民眾生活和工作的方方面面[1]。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，對(duì)煤炭資源的需求量也越來(lái)越大。我國(guó)每年都會(huì)開(kāi)采大量的煤礦資源，以適應(yīng)人們的日常生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。但在煤礦開(kāi)采的同時(shí)也帶來(lái)了一系列的環(huán)境污染問(wèn)題，其中礦井廢水污染就是非常典型的生態(tài)問(wèn)題[3]。煤礦開(kāi)采通常在地下進(jìn)行，不可避免地會(huì)涌出大量的地下水。另外，井下工作人員活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生一定的生活廢水[4]。這些煤礦廢水中通常包含有很多重金屬物質(zhì)、顆粒懸浮物等，如果不加以處理直接對(duì)外排放，必然會(huì)對(duì)煤礦周圍的水質(zhì)和土壤等造成惡劣影響。針對(duì)該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究，提出了生物法、沉淀法等多種方式對(duì)煤礦廢水污染問(wèn)題進(jìn)行治理，取得了一定的應(yīng)用效果[5]。本文主要結(jié)合某煤礦廢水實(shí)際情況，采用微生物吸附法對(duì)廢水污染進(jìn)行治理，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)取得了較好的效果。

1 煤礦廢水的污染情況分析

1.1 礦井廢水污染測(cè)定方法

某煤礦開(kāi)采年限相對(duì)較長(zhǎng)，距今已有30 多年，設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量為100 萬(wàn)t。受歷史條件制約，當(dāng)時(shí)在設(shè)計(jì)方面考慮不全面，在煤礦井下廢水污染治理方面比較欠缺，處理工藝比較簡(jiǎn)單，導(dǎo)致礦井中涌出了大量廢水直接對(duì)外排放，排放標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法滿足當(dāng)前的國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。亟需對(duì)廢水的污染情況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出對(duì)應(yīng)的治理措施[6]。

為了對(duì)煤礦井下廢水的污染情況進(jìn)行分析，在該煤礦的6 個(gè)位置隨機(jī)進(jìn)行取樣，然后對(duì)以上水試樣的pH 值、固體顆粒懸浮物（SS）濃度、色度以及重金屬含量等進(jìn)行測(cè)定。其中，測(cè)定pH 值首先將試樣靜置15 min，再利用精密酸度計(jì)對(duì)其pH 值進(jìn)行測(cè)定，執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6920—1986《水質(zhì)pH 值的測(cè)定玻璃電極法》；固體顆粒懸浮物濃度（SS）、色度指標(biāo)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 11901—89《水質(zhì)懸浮物的測(cè)定重量法》中的要求進(jìn)行測(cè)定；重金屬的含量通過(guò)火焰原子吸收法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.礦井廢水污染結(jié)果

根據(jù)以上確定的礦井廢水污染指標(biāo)及其測(cè)定方法，得到了6 個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)測(cè)量結(jié)果，如第232 頁(yè)表1 所示。表1 中還列出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于工業(yè)廢水排放的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由表中數(shù)據(jù)可知，礦井廢水的pH 值偏小，整體上呈現(xiàn)出酸性的特點(diǎn)，比二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的pH 值要低很多。固體顆粒懸浮物（SS）方面，采樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果大部分在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)300 mg/L 以上，但超出幅度不是很大。水質(zhì)色度方面，所有取樣整體上均呈現(xiàn)出透明、淺黃狀，稀釋倍數(shù)達(dá)到了400，超過(guò)了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的80。重金屬元素質(zhì)量濃度方面，6 個(gè)取樣點(diǎn)中鐵元素質(zhì)量濃度分布在454 mg/L～480 mg/L 范圍內(nèi)，對(duì)于鐵元素排放標(biāo)準(zhǔn)中未明確要求；汞元素質(zhì)量濃度分布在0.095 μg/L～0.252 μg/L范圍內(nèi)，大幅度超過(guò)了排放標(biāo)準(zhǔn)0.05 μg/L；鋅元素質(zhì)量濃度分布在0.605 mg/L～5.041 mg/L 范圍內(nèi)，除第5 個(gè)試樣超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)5mg/L 外，其他試樣均沒(méi)有超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)；鉛元素質(zhì)量濃度分布在0.0.987 mg/L～2.609 mg/L 范圍內(nèi)，除第2 個(gè)試樣未超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)1 mg/L 外，其他試樣均超過(guò)了排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 6 個(gè)取樣點(diǎn)廢水污染情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

基于以上結(jié)果可以看出，煤礦井下產(chǎn)生的廢水存在很大的污染性，很多指標(biāo)均沒(méi)有達(dá)到我國(guó)工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，必須對(duì)礦井廢水進(jìn)行有效治理，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求后才可以對(duì)外排放。

2 煤礦廢水治理的實(shí)驗(yàn)研究

2.1 微生物菌株的選擇性及處理方法

已有的研究表明，硅酸鹽細(xì)菌BM03 菌株可以對(duì)煤礦廢水中的各項(xiàng)污染物進(jìn)行有效吸附。因此本研究中選用該類型菌株開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作。硅酸鹽細(xì)菌BM03 菌株培養(yǎng)時(shí)對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的要求非常低，可以通過(guò)多種糖類進(jìn)行培養(yǎng)，并且培養(yǎng)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生很多的酸，培養(yǎng)時(shí)間只需要4 d～5 d 即可。

硅酸鹽細(xì)菌BM03 菌株的培養(yǎng)過(guò)程可以劃分成為4 個(gè)環(huán)節(jié)：菌種活化培養(yǎng)→氮環(huán)境下首次培養(yǎng)→氮環(huán)境下再次培養(yǎng)→發(fā)酵液培養(yǎng)，具體培養(yǎng)方法可以參考曾嶺嶺[6]的研究成果。在最后一個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，當(dāng)培養(yǎng)液中出現(xiàn)了絮狀沉淀物并且整體上比較穩(wěn)定時(shí)意味著發(fā)酵完成。將該沉淀物從培養(yǎng)液中取出并搖勻以后，即可作為煤礦廢水的微生物吸附材料。

對(duì)煤礦廢水進(jìn)行處理時(shí)，首先在250 mL 的三角瓶中注入100 mL 廢水，放置15 min 后向內(nèi)部添加10 mL 吸附材料。然后通過(guò)全溫振蕩器對(duì)三角瓶進(jìn)行振蕩處理，振蕩時(shí)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為130 r/min，持續(xù)10 min，環(huán)境溫度控制在28℃，然后放置4 h，使之更好地完成吸附工作。

2.2 微生物吸附法處理結(jié)果

完成煤礦廢水微生物吸附工作后，再次對(duì)廢水中的各項(xiàng)污染指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。以下主要以表1中比較典型的第5 組試樣為例進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示為微生物吸附前、后煤礦廢鐵中各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比情況。

表2 微生物吸附前后煤礦廢鐵中各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

由表2 中數(shù)據(jù)可知，通過(guò)硅酸鹽細(xì)菌BM03 菌株對(duì)煤礦廢水進(jìn)行吸附處理后，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均有了明顯的改善。其中，色度和汞元素的改善幅度最明顯，分別達(dá)到了84%和80%，其次為汞元素質(zhì)量濃度和pH 值，變化程度分別達(dá)到了60.86%和45.1%，其他各項(xiàng)指標(biāo)的改善幅度均達(dá)到了21%以上。綜上，基于微生物吸附方法可以有效改善煤礦廢水的水質(zhì)，不僅可以對(duì)水中包含的重金屬元素進(jìn)行吸附以降低其濃度，還可以有效改善廢水的色度、固體顆粒懸浮物比例、pH 值等，使之全部達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

3 煤礦廢水治理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用分析

針對(duì)該煤礦排放的廢水中各項(xiàng)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，結(jié)合微生物菌株吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬采用微生物吸附方法對(duì)該煤礦排放的廢水進(jìn)行治理。如圖1 所示為基于微生物吸附法的煤礦廢水治理流程框圖。

圖1 基于微生物吸附法的煤礦廢水治理流程框圖

由圖1 可知，煤礦井下產(chǎn)生的廢水首先通過(guò)隔柵進(jìn)行處理，目的是對(duì)大顆粒物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，再通過(guò)pH 調(diào)節(jié)池對(duì)廢水的pH 值進(jìn)行調(diào)整，目的是提升廢水的pH 值，保障微生物吸附的效果。廢水在進(jìn)入微生物吸附池前，需要在沉淀池中完成第一次沉淀工作，這樣廢水中包含的大顆粒物質(zhì)可以進(jìn)行沉淀。在微生物吸附池中進(jìn)行處理時(shí)，專門(mén)增加了曝氣裝置，作用是提升微生物的活性，增強(qiáng)其吸附能力，保障吸附質(zhì)量和效果。吸附完成后進(jìn)行二次沉淀，對(duì)于沉淀物中的重金屬物質(zhì)可以進(jìn)行回收再利用。

以上煤礦廢水處理工藝在工程實(shí)踐中取得了較好的應(yīng)用效果，通過(guò)該工藝進(jìn)行處理后，排放的煤礦廢水水質(zhì)均達(dá)到了國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。為生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作奠定了良好的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了很好的生態(tài)效益。

4 結(jié)論

本文主要以煤礦井下中的廢水為研究對(duì)象，對(duì)廢水中的污染物及其治理措施進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)煤礦廢水中的pH 值、固體顆粒懸浮物含量、色度以及重金屬含量指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)以上指標(biāo)中大部分都超過(guò)了工業(yè)廢水國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)煤礦周圍的水質(zhì)和土壤安全構(gòu)成了嚴(yán)重影響?；谖⑸镂椒椒▽?duì)煤礦廢水進(jìn)行處理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硅酸鹽細(xì)菌BM03 菌株具有非常好的吸附效果。經(jīng)該微生物處理后，廢水中的各項(xiàng)指標(biāo)均有了明顯改善，都降低到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。將微生物吸附工藝方法應(yīng)用到煤礦工程實(shí)踐中，取得了較好的效果，生態(tài)效益顯著。