朱治國(guó)

摘 要：地下水處理作為礦山開(kāi)采的工作的核心內(nèi)容，在提高凈化處理水資源，提高水資源利用率等方面發(fā)揮出重要作用，為此，文章針對(duì)義馬礦區(qū)礦山地下水的水質(zhì)特點(diǎn)，提出了一套完善、系統(tǒng)、科學(xué)的礦山地下水處理工藝，通過(guò)采用改造地下礦坑的方式，將其改造為沉淀池，然后，對(duì)礦山地下水處理工程所需要的資金成本進(jìn)行估算。結(jié)果表明：與工業(yè)用水成本相比，礦山地下水處理成本僅僅為1.1172元/t，平均節(jié)約資金達(dá)到了2元/t左右。這一結(jié)果充分證明;の礦山地下水處理工藝的經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性，便于后期更好地推廣和使用。

關(guān)鍵詞：礦山地下水;處理技術(shù);新工藝;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：X751;X523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）04-0029-04

Abstract：As the core content of mine mining， groundwater treatment plays an important role in improving the purification and treatment of water resources and improving the utilization rate of water resources. For this reason， this paper proposes a set of complete， systematic and scientific mine groundwater treatment technology based on the water quality characteristics of the mine groundwater in Yima mining area. By adopting the method of transforming the underground mine， it is transformed into a sedimentation tank， and then the capital cost required for mine groundwater treatment projects is estimated. The results show that compared with the cost of industrial water， the mine groundwater treatment cost is only 1.1172 yuan/t， and the average savings per ton is about 2 yuan. This result fully proves the economic feasibility and technical feasibility of the mine groundwater treatment process， which is convenient for better promotion and use in the later period.

Key words：mine groundwater; treatment technology; new technology; application

對(duì)于義馬礦區(qū)礦山地下水而言，特別是針對(duì)義煤公司千秋煤礦而言，其儲(chǔ)量與地面間隔距離較遠(yuǎn)，甚至達(dá)到了1400m的距離，如果將礦水提升到地面，需要耗費(fèi)大量的用電量，為此，相關(guān)人員要充分發(fā)揮和利用礦山地下水處理技術(shù)的的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在結(jié)合礦山開(kāi)采挖煤需要的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)地下水處理新工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，為進(jìn)一步降低水處理所消耗的能量，簡(jiǎn)化地面水處理流程，節(jié)省水資源，提高水資源的利用率發(fā)揮出重要作用。因此，如何科學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用礦山地下水處理新工藝是相關(guān)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1 礦山地下水特征評(píng)價(jià)

目前，礦山地下水評(píng)價(jià)主要包含兩種類(lèi)型，一種是定量評(píng)價(jià)，另一種是質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過(guò)采用分析計(jì)算的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)條件的準(zhǔn)確定位和利用[1]，從而充分發(fā)揮和利用定量評(píng)價(jià)和質(zhì)量評(píng)價(jià)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，這兩種評(píng)價(jià)方式在具體的運(yùn)用中，主要以評(píng)價(jià)礦山地下水水質(zhì)為主，以達(dá)到定量描述或者定性描述礦山地下水水質(zhì)的目的。為此，相關(guān)人員要在全面了解和把握礦山水環(huán)境的前提下，通過(guò)分析和解決影響水環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水的科學(xué)處理，從而保證水資源的治理效果，提高水資源利用率。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水量的科學(xué)評(píng)價(jià)，相關(guān)人員需要全面了解和把握礦山地下水分布情況、礦山開(kāi)采后的地下水滲流變化情況、地下水滲透情況等相關(guān)信息。此外，還要針對(duì)礦水流量實(shí)際情況，做好對(duì)礦山地下水量的預(yù)測(cè)工作。本文研究的礦山區(qū)人均水資源僅達(dá)到了500萬(wàn)/m3，因此，該地區(qū)屬于嚴(yán)重缺水的地區(qū)，為此，加強(qiáng)對(duì)礦山地下水的回收利用和綜合治理顯得尤為重要。本礦區(qū)的礦山地下水主要包含煤層底部的含水層和灰?guī)r等組成部分[2]，通過(guò)對(duì)這些礦水質(zhì)進(jìn)行觀察、分析和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的礦山地下水具有渾濁度高、懸浮物含量高、重金屬離子達(dá)標(biāo)等特征。該地區(qū)的礦山地下水水質(zhì)如表1所示。

本礦區(qū)平均一年的排水量達(dá)到了4200m3/d，但是，年用水量?jī)H僅達(dá)到了1000m3/d，這些水量主要用于對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的冷卻處理和維護(hù)處理。此外，針對(duì)義馬礦區(qū)各個(gè)地區(qū)礦山地下水的利用情況和排放情況，可知，義馬礦區(qū)10年排水量具有一定的穩(wěn)定性和可靠性，這些水資源的利用壽命均達(dá)到了35年以上。礦山地下水利用指數(shù)如表2所示。

2 礦山地下水處理技術(shù)

為了進(jìn)一步提高礦山地下水處理效率和效果，相關(guān)人員要應(yīng)用中和法、微生物法、沉淀法以及電化學(xué)處理法等各種技術(shù)之前，要對(duì)這些技術(shù)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解，為后期更好地制定和優(yōu)化礦山地下水處理新工藝，提高礦山地下水的利用率提供重要的技術(shù)支持，只有這樣，才能將礦山地下水處理工作落實(shí)到位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水水質(zhì)的優(yōu)化和利用。

2.1 中和法

中和法在具體的運(yùn)用中，主要包含兩種應(yīng)用方式[3]，一種是酸堿中和法;另一種是投藥中和法。其中酸堿中和法主要是指通過(guò)采用將堿性藥物投加到酸性礦山地下水中，利用中和反應(yīng)原理，改變礦山地下水的PH值。同時(shí)，還能將這種重金屬離子與氫氧根離子進(jìn)行充分反應(yīng)，使其形成一個(gè)具有難溶性的沉淀物，以達(dá)到凈化處理礦山地下水的目的。該方法具有經(jīng)濟(jì)可行、簡(jiǎn)單有效等特征，被廣泛地應(yīng)用于礦山地下水處理中，并取得了良好的應(yīng)用效果。

2.2 微生物法

微生物法在具體的運(yùn)用中，主要利用了氧化亞鐵桿菌，將礦山地下水中的重金屬離子進(jìn)行氧化處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水的凈化處理，這種方法具有費(fèi)用低、實(shí)用性強(qiáng)、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，在礦山地下水中體現(xiàn)出非常重要的應(yīng)用價(jià)值[4]，但是，該方法具有一定的局限性，需要較長(zhǎng)的時(shí)間跨度，這無(wú)疑增加了義煤公司相關(guān)企業(yè)的時(shí)間成本。因此，該方法具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

（1）沉淀法。沉淀法主要用于對(duì)礦山地下水中懸浮物的沉淀處理，通過(guò)將除硬藥劑加入到礦山地下水中，采用反復(fù)重洗和過(guò)濾的方式，可將地下水中煤屑、黏土以及巖粉等懸浮顆粒物進(jìn)行有效去除，以提高礦山地下水水質(zhì)，為降低出水硬度，滿(mǎn)足生產(chǎn)用水的需求打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）電化學(xué)處理法。電化學(xué)處理法在具體的運(yùn)用中，主要利用了陽(yáng)極電解法，通過(guò)借助外電流的作用，將重金屬離子生成不易溶解的氫氧化物沉淀物，以達(dá)到去除礦山地下水重金屬離子的目的。同時(shí)，在對(duì)礦山地下水進(jìn)行電解處理的過(guò)程中，還要采用吸附微粒的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水中膠體粒子的凝聚處理，從而將礦山地下水中的無(wú)極膠體粒子與有機(jī)膠體粒子進(jìn)行徹底去除，從而充分發(fā)揮和利用電化學(xué)處理法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3 礦山地下水處理新工藝設(shè)計(jì)

為了充分發(fā)揮和利用礦山地下水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員要針對(duì)義馬礦區(qū)礦山地下水水質(zhì)情況，用水指數(shù)等信息，將需水量控制在總產(chǎn)水量的25%，從降低礦山地下水的懸浮物和水濁度入手，對(duì)礦山地下水進(jìn)行科學(xué)處理[5]，因此，整個(gè)處理流程比較簡(jiǎn)單，礦山地下水處理新工藝流程如圖1所示，從圖1中可以看出，相關(guān)人員首先要采用預(yù)處理方式，對(duì)礦山地下水內(nèi)部含有的懸浮顆粒進(jìn)行沉淀處理，然后，采用混凝法，實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮小顆粒的處理，只有這樣，才能降低礦山地下水的懸浮物含量和渾濁程度，本次處理計(jì)劃和目標(biāo)是完成對(duì)1000m3/d礦水量的處理，其他的礦山地下水需要被抽取到地面后，方可進(jìn)行正常處理。

3.1 調(diào)節(jié)池

通過(guò)利用調(diào)節(jié)池，可以對(duì)礦山地下水量進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮顆粒的去除操作，從而最大限度地降低礦山地下水的渾濁度，以保證礦山地下水水質(zhì)。同時(shí)，還要針對(duì)礦山地下水的實(shí)際入水量，將調(diào)節(jié)池的長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為20m、5m和3m，使得調(diào)節(jié)池的容積達(dá)到300m3。同時(shí)，還要將污泥池安裝在調(diào)節(jié)池的底部，以達(dá)到去除礦山地下水懸浮物的目的。

3.2 藥劑加藥

在這一環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員要針對(duì)混凝實(shí)驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求[6]，選用PAC作為一種常用的凝結(jié)劑，并將該凝結(jié)劑的濃度控制為10%，用劑量設(shè)置為1.5m/L;選用PAm作為一種常用的助凝劑，并將該助凝劑的濃度控制為5%，用劑量設(shè)置為0.8m/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)一分鐘的反應(yīng)時(shí)間后，投放PAM助凝劑的礦山地下水取得了良好的加藥效果。

（1）計(jì)量設(shè)備。在利用計(jì)量設(shè)備對(duì)礦山地下水進(jìn)行處理的過(guò)程中，相關(guān)人員要采用濕法投加的方式，將絮凝沉淀池與投加裝置進(jìn)行有效地連接[7]，為后期更好地加藥操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，還要將加藥裝置的長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為3000mm、1500mm、2000mm。此外，還要將混合槽、液面汁、攪拌機(jī)放置在配料裝置內(nèi)部，使其形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。另外，為了進(jìn)一步提高加藥裝置的設(shè)置效果，相關(guān)人員需要在絮凝沉淀池的周?chē)O(shè)置各種大大小小的腔體，以滿(mǎn)足加藥操作的需求，同時(shí)，還要將腔體長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為15m、3m、3m，在此基礎(chǔ)上，還要重視對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)的搭建和應(yīng)用，以起到防潮處理作用，只有這樣，才能充分發(fā)揮和利用礦山地下水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

（2）絮凝沉淀池。絮凝沉淀池在具體的應(yīng)用中，需要相關(guān)人員將地下礦的長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為32m、2m、3m，同時(shí)，還要將地下污水池進(jìn)行改造[8]，將其改造成兩種類(lèi)型的沉淀池，分別是平流沉淀池和斜管沉淀池。此外，為了充分發(fā)揮和利用絮凝沉淀池的作用，相關(guān)人員還要將的共聚物聚丙烯加入到絮凝沉淀池中，并在絮凝沉淀池底部設(shè)置多個(gè)不動(dòng)規(guī)格的泥漿槽，為將礦山地下水內(nèi)部污泥排放到管外，還要將排泥管安裝在泥漿槽內(nèi)部。

（3）清潔水箱。清潔水箱在具體的設(shè)計(jì)中，需要將其長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為20m、2m、3m，并選用IS125-100-250型號(hào)的動(dòng)力泵，將其配置在清潔水箱內(nèi)部，為后期更好地凈化礦山地下水創(chuàng)造了良好的條件。

（4）污泥池。清潔水箱在具體的設(shè)計(jì)中，需要將其長(zhǎng)、寬、高分別設(shè)置為10m、3m、2m，同時(shí)，還將大大小小的穿孔管道安裝在污泥池的底部，為后期進(jìn)行手動(dòng)泥漿處理發(fā)揮出重要作用。此外，還要根據(jù)礦山地下水處理需求，將泥漿循環(huán)時(shí)間控制在15秒內(nèi)，以達(dá)到提高礦山地下水處理效率和效果的目的。

4 礦山地下水處理新工藝可行性分析

為了從根本上解決本礦區(qū)的缺水問(wèn)題，相關(guān)人員要重視對(duì)礦山地下水的科學(xué)處理，通過(guò)最大限度地提高礦山地下水的利用率，以達(dá)到節(jié)約水資源的目的，從而更好地緩解居民用水緊張問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)[9]，相關(guān)人員要選用具有經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性的礦山地下水處理新工藝，通過(guò)利用該工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水的分級(jí)處理，以提高礦山地下水水質(zhì)。此外，結(jié)合義馬礦區(qū)義煤公司的實(shí)際情況，還要采用排水與供水相結(jié)合的方式，根據(jù)礦山地下水的不同使用要求，不斷修改、優(yōu)化和完善礦山地下水利用方案。該工藝在具體的運(yùn)用中，將礦山地下水利用率控制在了95%以上，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水的多樣化、多元化、高效化利用產(chǎn)生積極的影響?，F(xiàn)針對(duì)礦山地下水的處理工藝使用情況，在結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山地下水的實(shí)際處理效果進(jìn)行分析和整理，懸浮物與濁度去除效果如表3所示，從表中的數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)利用該工藝，礦山地下水水質(zhì)達(dá)到了地下工業(yè)用水的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦山地下水水質(zhì)的全面提高。此外，該項(xiàng)目在具體的實(shí)施中，需要的投資金額僅僅為15萬(wàn)元，平均一噸的礦山地下水處理成本只需0.2元左右，平均一年為相關(guān)企業(yè)節(jié)省了將近40萬(wàn)元的資金，為進(jìn)一步提高相關(guān)企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮出重要作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)義馬礦區(qū)礦山地下水處理新工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)該處理新工藝具有一定的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，這需要建筑施工的精益求精通過(guò)將污水池改造成混凝沉淀池，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地下水的科學(xué)處理。在這個(gè)過(guò)程中，首先，要選用5%PAC的混凝劑，并將混凝劑用量控制在0.8mL/L，經(jīng)過(guò)一分鐘的反應(yīng)時(shí)間后，混凝劑加藥效果達(dá)到了最佳狀態(tài)，處理結(jié)果為，礦山地下水的渾濁度和懸浮物濃度分別達(dá)到了2.8NTU、4.9mg/L，滿(mǎn)足了礦山地下水紙質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。此外，在綜合考慮義馬礦區(qū)礦山地下水水質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)運(yùn)用礦山地下水處理新工藝，可以平均每年幫助相關(guān)企業(yè)節(jié)省30萬(wàn)左右，極大地降低了礦山地下水處理成本，為進(jìn)一步提高相關(guān)企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益提供有力的保障，在這里預(yù)祝河南能源化工集團(tuán)義煤公司越來(lái)越好。

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