任林霞
（忻州市生态环境局信访应急宣教中心，山西 忻州 034000）
引言
煤炭资源的需求不断提高，煤炭掘进工作量不断增加，水资源的消耗逐年加大。目前煤炭企业面临的一个严重问题是水资源缺乏，不仅限制了煤炭企业生产作业的正常开展，还会影响煤炭掘进的产能和效率，现已引起高度重视。煤炭掘进过程中存在大量的矿井水，相关统计显示，近些年的煤矿废水排放已经接近50 亿m3，其中回收处理利用的部分微乎其微，仅仅占到总量的30%左右。大量的矿井水直接排放，对矿区周围的环境造成污染和生态破坏的同时，还是对水资源的极大浪费，已成为各界关注焦点。针对某煤炭企业矿井污水处理现状，开展处理工艺方案设计与应用研究，对于治理矿井周围环境和提高煤炭企业的经济效益具有重要意义。
1 矿井水的危害
煤炭掘进过程中产生的大量矿井水未经处理直接排放对周围环境会造成极大的威胁，同时，也会浪费大量的水资源，必须引起高度重视。主要表现在以下几个方面：第一是机械作业过程中不可避免的出现油污泄漏，会随着矿井水排放入河流湖泊中，会降低水体中的含氧量，久而久之就会导致水生生物窒息死亡；第二是矿井水的酸碱性与地下水存在差异，直接排放会改变地下水的pH 值，会抑制水生生物的生长和繁衍，也会威胁人们饮用水的安全；第三是矿井水中的重金属含量较高，直接排放会污染地下水，威胁煤矿周围生活居住人们的健康，若重金属摄入含量过高，甚至会引发癌变危及人们的生命。矿井水未经处理直接排放，危害巨大，有必要开展矿井水处理工艺研究工作。
2 污水处理能力与水质指标
结合煤炭企业当前矿井水产生的总量，确定污水处理工艺方案的处理能力要不低于处理水量1 200 m3/d，即50 m3/h。测试煤炭生产过程中产生的矿井水质情况如下：COD 值为150 mg/L，SS 质量浓度数值为230 mg/L，pH 值为6.85。此处污水处理工艺之后的水为两部分，其中一部分输送至煤炭井下进行再利用，用于井下设备的冷却和消防洒水等，另一部直接进行排放，水质要求相对较高一些。井下再利用的出水水质执行《煤炭工业矿井设计规范》（GB 50215—2005），其中要求：SS 质量浓度不大于30mg/L，pH 值为6.5～8.5，不含有大肠杆菌；剩余直接排放的水质执行《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）要求：SS 质量浓度不大于50 mg/L，pH 值为6～9，COD 值不大于50 mg/L，石油类质量浓度不大于5 mg/L。
3 污水处理方案确定
3.1 工艺方案
根据煤矿井下污水产生的总量情况及出水水质的要求，确定了此处选择常规物理化学方法，即以混凝、沉淀为主体的处理工艺。处理之后的水质执行《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）要求，为了满足井下洒水水质的要求，在沉淀池出水口设置了过滤环节，最终确定的污水处理工艺，如第279页图1 所示。
图1 矿井水处理工艺方案
3.2 预处理单元
此处排除的矿井水内含有较多的可沉降固体颗粒，如砂粒、煤粒等，直接进行污水处理会增加水泵等处理设备的磨损，不利于相关设备的长期稳定运行，因此进行污水处理之前需要进行预处理，将上述杂质降低至50%左右。污水处理工艺将调节池和沉淀池设置为一个，采用预沉调节池模式，具有污水沉淀和水流调节功能。
3.3 混凝沉淀处理单元
煤矿排出废水中存在粒径不大于25 μm 悬浮物占了80%左右，质量甚微，在水分子热运动作用下进行布朗运动。自然沉降作用除掉SS 较为困难，需要添加混凝剂，促使其团聚形成较大颗粒下沉，之后进行固液分离。结合污水处理实际情况，选择混凝剂的混合方法为水力混合，使用的是管道混合器，混合效率能够达到92%左右，混凝池选择三段式折板反应池，具有絮体渐增而不碎的效果。混凝剂选用目前使用较为广泛的聚合氯化铝，具有投放简单、凝聚效果明显的优势，适合矿井废水处理使用。混凝反应完成，泥水混合物需要进行沉淀分离，分离出的水流入中间水池，污泥流入浓缩池，沉淀反应选择斜管沉淀池完成。
3.4 过滤处理单元
过滤处理是指采用石英砂、无烟煤等颗粒状滤料层滤除水中的悬浮物，净化水质，增加过滤环节能够提高水中SS、细菌等去除效果，还能够滤除水中的胶体、有机物等。与此同时，SS 其他干扰物含量的降低，也会节省消毒剂的用量，达到很好的消毒效果。过滤池选择无阀滤池，其工作时出水水位保持不变，进水水位与进水水头损失量成正比。当水位上升至虹吸管管顶位置的时候，就会形成虹吸效应，开始自动反冲洗。一旦水箱水位下降至虹吸破坏斗之下，反冲洗结束。该种处理方法不需要外加动力，由过滤器自行控制。
3.5 消毒处理单元
矿井污水中含有大量的细菌等微生物，经过上述的混凝、沉淀和过滤之后依然会有一定量的残留，设置消毒处理单元的目标是除去危害人类生活安全的病原微生物，防止出现污染生活用水的情况。常用的水消毒方法涉及物理方法和化学方法，前者包括紫外线法、超声波法等，后者包括臭氧、氯化物等。结合矿井污水水质情况，确定选择的消毒剂为二氧化氯，其具有较强的氧化性，杀菌能力强，能够在较少的消毒剂投入量，就能达到很好的消毒效果，目前已经成为世界公认的无毒、安全、高效的杀毒剂，在水处理消毒过程中应用较为广泛。
3.6 污泥处理单元
矿井污水中存在较多的煤炭微粒，经过处理之后形成污泥，污泥直接排放必将导致环境的二次污染，必须进行妥善处理。设置污泥处理单元的主要目的是降低污泥体积，使其结块便于运输和处置。结合矿井污水处理工艺的要求，确定的污泥处理工艺，如图2 所示。
图2 污泥处理工艺
4 应用效果评价
为了验证矿井污水处理工艺方案的可行性，基于某煤矿污水排出现状搭建了污水处理设施，开展了污水处理试验工作，结果表明，新设计的煤矿污水处理工艺方案较为先进，实现了污水可靠处理的效果。统计结果显示，该污水处理工艺下排出的水质参数如下：SS 质量浓度为43 mg/L，pH 值为7.6，COD值为46 mg/L，石油类质量浓度3.9 mg/L。上述水质指标均能够满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）要求，可以重复利用和排放，避免了水资源的浪费，保护了矿井周围的环境，应用效果很好。
5 结论
煤炭生产作业过程中不可避免的产生大量污水，不加处置的任意排放不仅会危害矿井周围的环境和人类的饮用水，还会造成大量的水资源浪费，必须引起高度重视。针对某煤炭企业矿井污水处理现状，开展了处理工艺方案设计与应用研究，结果表明，该污水处理工艺方案能够稳定可靠完成污水处理功能。统计结果显示，处理之后的污水参数如下：SS质量浓度数值为43 mg/L，pH 值为7.6，COD 值为46 mg/L，石油类质量浓度3.9 mg/L，满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB 20426—2006）要求，节约了水资源，保护了周围环境。
