侯均洪，母澤森

（重慶一三六地質(zhì)隊，重慶 401147）

0 引言

能源是一個國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力。作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭資源消耗占能源消耗總量的70%左右，這也給促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了諸多問題。其中，煤礦廢水污染對水、植被、空氣和土壤造成了不可忽視的污染，其中水污染最為嚴(yán)重。目前，由于我國煤礦廢水處理的理念和技術(shù)相對落后，許多煤礦廢水未經(jīng)妥善處理直接排入天然水體。因此，有效控制煤礦開采過程中的廢水污染，對保護(hù)自然環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。煤炭是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源。連續(xù)開采和煤炭資源開采過程中產(chǎn)生的廢水等有害物質(zhì)對環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，尤其是煤礦關(guān)閉后產(chǎn)生的廢水，由于缺乏所有者和資金，未經(jīng)處理直接排放。因此，應(yīng)重視煤礦廢水污染的監(jiān)測和治理。本文分析了封閉式煤礦廢水污染現(xiàn)狀，探討了封閉式煤礦廢水污染治理方案。

1 煤礦地下水特性

煤水主要來自受開采影響而流入巷道的地下水。被污染礦泉水的排放和滲出會造成地表水和地下水的污染以及礦井的生態(tài)。解決礦泉水污染問題的最有效方法是更有效地凈化和利用礦泉水。隨著我國煤炭工業(yè)技術(shù)水平的提高，近20 年來，我國水井水處理技術(shù)和設(shè)備發(fā)展迅猛。采礦廢棄物中既有酸性廢水，也有非酸性廢水.在實際處理前，對現(xiàn)場情況進(jìn)行了全面調(diào)查，確定了污水的pH，防止污水排放到環(huán)境中，造成嚴(yán)重污染，并提出了影響公司發(fā)展進(jìn)步的切實可行的解決方案。煤的徑流質(zhì)量與地下水開采密切相關(guān)[1]。一般來說，水質(zhì)的特點是懸浮液含量高、渾濁度高、色素深、懸浮液多、顆粒大，水污染可以用肉眼直接觀察到。

2 煤礦廢水污染現(xiàn)狀

煤礦廢水一般呈弱堿性，少數(shù)煤礦含有大量硫化物，包括酸性廢水。根據(jù)相關(guān)研究，煤礦廢水污染問題已經(jīng)到了必須解決的階段。煤礦廢水的水污染成分可分為3 類，分別為石油類、氟化物和重金屬。由于氨氮、總磷和COD 對自然環(huán)境的影響很大，需要對其進(jìn)行有效控制。第一類含油廢水污染是指地下采礦機(jī)械設(shè)備漏油造成的污染。第二類是含氟廢水中的污染物。氟化物存在于許多礦物中，如煤和鐵礦石。作為一種高活性元素，氟在自然界中不作為一種元素存在。與氟相對應(yīng)的氣體物質(zhì)（如HF 和SF4）很容易與其他物質(zhì)反應(yīng)形成穩(wěn)定的固體。第三類是廢水中的重金屬污染[2]。圖1 為煤礦廢水處理。

圖1 煤礦廢水處理

煤炭開采過程中會產(chǎn)量都生大量固體廢棄物，其重金屬在風(fēng)化和雨水淋濾作用下會分散遷移到土壤中，導(dǎo)致土壤中重金屬含量高，土壤難以生物降解。隨著重金屬的積累，土壤受到嚴(yán)重污染，農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)在下降?？傊@三類煤礦廢水不可避免地會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須有效解決煤礦廢水污染問題。

3 煤礦廢水污染原因分析

酸性廢水的另一部分是由于地表的破壞，特別是在歷史上進(jìn)行過煤炭開采的一些地區(qū)。雨水流經(jīng)地表破碎的煤巖，與黃鐵礦反應(yīng)生成酸性廢水，使這些地區(qū)的地表水徑流和山溪水成為重金屬酸性廢水。同時，一些煤礦還含有砷、鋅、銅等礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)在酸性水中緩慢溶解，導(dǎo)致一些煤礦的砷、鋅、銅超標(biāo)[3]。

4 封閉式煤礦廢水污染分類

按照污染程度的不同，對封閉式煤礦廢水污染進(jìn)行了分類。根據(jù)重慶市煤礦廢水的污染特征和檢測數(shù)據(jù)，制定了封閉式煤礦廢水污染分類標(biāo)準(zhǔn)。按小時鐵錳排放值g（單位：kg/h）劃分污染等級，小時鐵錳排放大于或等于9kg/h 的礦山劃分為應(yīng)急處理等級；優(yōu)先考慮每小時鐵和錳排放量大于或等于0.9kg/h 且小于9kg/h；如果鐵和錳的排放量小于0.9kg/h，則超標(biāo)的污染物屬于正常處理；如果污染物未超標(biāo)或略有超標(biāo)，但水量小于1m3/h，則歸類為不處理。

此外，一些礦山的重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)鐵和錳排放的小時分類，污染水平可以相應(yīng)提高。表1 為煤礦廢水污染分類標(biāo)準(zhǔn)。

表1 煤礦廢水污染分類標(biāo)準(zhǔn)

5 我國煤礦酸性廢水處理的主要方法

5.1 中和沉淀法

中和沉淀法是目前最常用的方法。中和劑用于中和高堿性廢水，如氫氣和石灰石。隨著廢水pH 值的增加，水溶性金屬離子與羥基離子反應(yīng)生成低溶解度的氫氧化物或碳酸鹽沉淀物，通過物理吸附和共沉淀沉淀。從而有效地解決了煤礦酸性廢水pH 值低、金屬離子超標(biāo)等環(huán)境問題。

5.2 人工濕地法

人工濕地是近年來發(fā)展起來的一種污水處理方法。目前已應(yīng)用于煤礦酸性廢水的處理。濕地建設(shè)主要有兩種方法：一是根據(jù)污染物的去除機(jī)理，將好氧濕地和厭氧濕地進(jìn)行劃分；其次，根據(jù)污水處理方法的不同，可分為三類：自由流人工濕地法、水平流人工濕地法和垂直流人工濕地法。金屬氧化水解、硫酸鹽厭氧還原、植物、藻類和有機(jī)物對金屬離子的吸附和交換是處理煤礦酸性廢水的主要方法。

5.3 灌漿封堵方法

灌漿封堵方法可分為兩種，分別是灌漿封堵灌漿層和灌漿封堵進(jìn)水口井口。注漿充填層注漿封閉是指注漿充填層注漿后，漿液固化后形成封閉面層，以減少大氣降水對目標(biāo)區(qū)廢棄地下采空區(qū)的地下水補(bǔ)給。小型廢棄煤礦進(jìn)水口井口采用注漿封堵，維護(hù)條件良好。井口或進(jìn)水口裂縫用灌漿材料封堵，防止水進(jìn)入外部環(huán)境。

通過對上述4 種方法的建設(shè)投資、運行成本、運行穩(wěn)定性、適用范圍和技術(shù)成熟度的比較，最終選擇中和沉淀法處理城市煤礦廢水。為了節(jié)約運行成本，去除廢水中的硫酸根離子，主要采用石灰法作為中和劑，采用石灰石自然中和過濾法處理低污染煤礦廢水。污水處理固液分離設(shè)施主要包括水平沉淀池和斜管沉淀池。具體的選礦原則為：污泥量較大的污水處理廠，首先采用平流沉淀池，便于污泥排放；場地較小，少量污泥宜采用斜管沉淀池。

5.4 通用加工技術(shù)

普通礦井水處理是指對懸浮物含量高的礦井水進(jìn)行普通處理。一般的處理方法是澄清和過濾，我國高懸浮物礦井水處理技術(shù)相對成熟。特別是隨著煤礦井下儲層凈化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實現(xiàn)了礦井水的大規(guī)模、低成本自凈。主要包括常規(guī)處理技術(shù)、超磁選水技術(shù)、高密度沉淀技術(shù)（重介質(zhì)沉淀）和煤礦地下水庫凈化技術(shù)。這也是提高污水處理水平的有效技術(shù)方案。應(yīng)首先對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，包括隔離和沉降。懸浮物回收應(yīng)均勻，以免對后續(xù)處理產(chǎn)生一定影響。根據(jù)目前的處理情況，一般需要選擇預(yù)沉淀+絮凝沉淀+過濾+消毒的調(diào)節(jié)模式，使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

5.5 先進(jìn)的加工技術(shù)

礦井水深度處理是指高礦化度礦井水的處理。根據(jù)處理工藝順序，主要分為三個處理段，即預(yù)處理（通常為高礦化度礦井水的混凝、沉淀和軟化預(yù)處理）。脫鹽濃縮（主要是膜法和熱法）和蒸發(fā)結(jié)晶（主要是機(jī)械蒸汽再壓縮、多效蒸發(fā)和蒸發(fā)罐）。在實施深度處理技術(shù)的過程中，應(yīng)根據(jù)自身優(yōu)勢確定污水處理的范圍，選擇超濾膜過濾、反滲透膜過濾等技術(shù)方案。與常規(guī)處理方法相比，該方法能完全去除不可降解化合物，約為常規(guī)處理方法的5 倍。首先，在反滲透膜過濾技術(shù)的實施過程中，采用模擬生物半透膜制成人工半透膜，提高整體滲透效果，過濾水溶性物質(zhì)，滿足海水淡化的要求。這項技術(shù)促進(jìn)了加壓膜分離過程。使用時，水泵對鹽水施加壓力，克服自然滲透壓和阻力，將水溶液中的可溶性物質(zhì)堵塞在反滲透膜的另一側(cè)，達(dá)到分離水中大分子和小分子的處理效果[4]。圖2 為礦井水深度處理。

圖2 礦井水深度處理

6 煤礦地下水利用現(xiàn)狀

高礦化度、特殊組分礦井水的增加給礦井水處理帶來了新的挑戰(zhàn)。西部礦區(qū)干旱少雨，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，蒸發(fā)量大，導(dǎo)致高礦化度礦井水和特殊組分礦井水在西部礦井水中的比例較高。近年來，隨著重慶煤炭開采規(guī)模和產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，高礦化度礦井水和含特殊組分礦井水的處理利用對我國煤炭生態(tài)發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高對礦井水處理提出了更高的要求。

6.1 地下生產(chǎn)用水

為了提高煤礦廢水的利用效率，必須在實際處理前優(yōu)化資源配置，提高后續(xù)工作的針對性，避免資源浪費。新時期，煤礦井下火災(zāi)已成為煤礦事故的主要因素。充分利用煤礦周邊資源，提出更科學(xué)的保護(hù)方案，避免對生產(chǎn)造成一定影響。

6.2 礦區(qū)生產(chǎn)生活補(bǔ)給水

井底地下水的滯留時間一般在8 小時以上。將絮凝劑添加到廢水處理中，在初始階段沉淀內(nèi)部懸浮固體，為后續(xù)的使用奠定了堅實的基礎(chǔ)。在實踐中，當(dāng)煤礦廢水的pH 在6～8 之間，懸浮物小于400mg/L 時，在滿足該標(biāo)準(zhǔn)的條件下，可以使用補(bǔ)充水，如低熱值煤礦工業(yè)鍋爐或電廠。經(jīng)處理后，可作為煤礦生產(chǎn)過程的補(bǔ)充水。剩余水可用于后期灌溉，提高資源利用效率，避免水資源浪費。其次，在煤礦生產(chǎn)活動中，斷層往往受到影響，以水壓的形式出現(xiàn)裂縫。通過長期觀測確定供水水源，進(jìn)而確定使用價值。如果水源不受污染且非常豐富，則可作為日常水源。值得注意的是，為了達(dá)到飲用水的使用標(biāo)準(zhǔn)，避免對人類健康造成一定威脅，必須首先對水源的使用進(jìn)行科學(xué)測試。圖3 為礦區(qū)生產(chǎn)生活補(bǔ)給水。

圖3 礦區(qū)生產(chǎn)生活補(bǔ)給水

7 結(jié)語

在處理煤礦井下廢水時，應(yīng)利用現(xiàn)有科研人員的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，結(jié)合以往工程項目的優(yōu)秀經(jīng)驗，認(rèn)真分析進(jìn)水水質(zhì)和水量，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和分析。然后進(jìn)入先進(jìn)實用的處理技術(shù)方案和科學(xué)合理的回收利用規(guī)劃，避免廢水資源的浪費。貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，選擇正確的加工工藝，協(xié)調(diào)技術(shù)和成本，優(yōu)化綜合加工模式，全面提高綜合加工效果，促進(jìn)我國煤炭工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

重慶市礦井水污染的主要特點是pH 值低、鐵錳含量高、總排放量大、排放口分散復(fù)雜，造成處理成本高、渣量大、實施難度大。煤礦廢水對環(huán)境的污染威脅著周邊居民的生命健康，影響著我國社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，必須嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)治理標(biāo)準(zhǔn)，采取有效措施治理煤礦廢水，為社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。