劉燕平

（山西省忻州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 忻州 034000）

引言

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進和落實，煤礦開采中的污染治理工作也得到了社會廣泛關(guān)注，綠色開采成為趨勢。由于煤礦開采的特殊性，開采時需要大量用水，會造成周邊區(qū)域水資源貧乏，對生態(tài)環(huán)境和居民的生活產(chǎn)生較大影響，同時水資源的快速減少還會導(dǎo)致自然界的補水機制失效，一度出現(xiàn)枯竭現(xiàn)象。此外，煤礦開采后會排放大量工業(yè)廢水，當(dāng)廢水不達(dá)標(biāo)排放時還會大范圍污染水質(zhì)，影響周邊居民的身體健康。為此，有必要對煤礦污水處理工藝進行優(yōu)化研究，在加強污水的再處理下，解決煤礦開采中的水資源破壞和污染問題。

1 煤礦開采對水資源污染的現(xiàn)狀分析

1.1 煤礦開采中水污染的情況

某企業(yè)每年能開采600 萬噸煤礦資源，平均每天就會排放3 000 m3左右的煤礦污水，甚至最大污水排放量可達(dá)每天5 000 m3，這無疑給礦區(qū)周圍環(huán)境和水質(zhì)造成極大地破壞。為深入了解污水的成分和污染物的含量，需要對煤礦開采產(chǎn)生的工業(yè)污水進行研究分析，結(jié)果表明由于含有大量巖粉和煤粉的原因，整體污水呈現(xiàn)黑灰色，其他各類污染物的種類與含量可參考圖1[1]。

圖1 煤礦污水中的污染物種類與含量

結(jié)合圖1，煤礦開采產(chǎn)生的污水中，污染物含量由高到低分別是COD、BOD5、鐵離子、石油類、總氮、錳離子以及NH3-N，并且所有污染物的實際濃度均超過了排放標(biāo)準(zhǔn)濃度。煤礦污水中除了上述污染物外，還存在大量懸浮物質(zhì)，污水處理需要等待懸浮物質(zhì)沉降后才能進行，這是一個長期復(fù)雜的過程，增加了污水處理的難度，降低了污水處理效率。

1.2 礦井水對水資源的污染分析

所謂礦井水是指煤礦開采過程中產(chǎn)生的礦坑水、地表滲透水、地下疏放水以及防塵和生產(chǎn)用水，礦井水一般呈酸性或高礦化性，甚至含有放射性元素，排放這類污水的影響極其惡劣。排放酸性的礦井水會溶解部分重金屬，使廢水帶有毒性，影響地表生態(tài)環(huán)境；排放高礦度化的礦井水會引起水生植物和動物變異，甚至死亡，對自然界的生態(tài)系統(tǒng)造成大范圍影響；排放含放射性元素的礦井水則會嚴(yán)重危害居民的正常生活和健康狀況。此外，隨意排放礦井水不僅會對地表河流和土壤造成惡性污染還會破壞地下水的循環(huán)系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致礦區(qū)周圍地下水位下降，導(dǎo)致大量水資源流失[2]。

1.3 煤礦用化工材料對水資源的污染分析

在煤礦開采過程中不可避免要用到掘進機、轉(zhuǎn)載機等大型設(shè)備，若設(shè)備中使用的齒輪油、液壓油、乳化油產(chǎn)生泄露，則會造成地面水源污染或井下水源污染。據(jù)相關(guān)資料證實，我國的礦用齒輪油、液壓油、乳化油的年用量為一萬噸左右，乳化油通常用水配為2%濃度的乳化液以供使用，主要用于外注式單體液壓支柱與綜采液壓支架之中。其中外注式單體液壓支柱卸載的乳化液一般會排放在采空區(qū)，會影響地表周圍環(huán)境和水資源，綜采液壓支架卸載的乳化液一般排放在井下，極有可能造成井下的水質(zhì)污染。此外，由于乳化油中含有較難降解的添加劑和機油成分，一旦污染后會引起累積效應(yīng)。

2 改善水資源污染的方法設(shè)計

由于煤礦的高效開采，工業(yè)廢水量逐年上升，傳統(tǒng)的煤礦污水處理工藝已經(jīng)無法滿足目前所需，處理后的污水仍存在污染物超標(biāo)排放的問題，對水質(zhì)造成不容忽視的污染，這也迫使煤礦污水處理工藝進一步改革和優(yōu)化[3]。

2.1 優(yōu)化煤礦污水處理工藝

結(jié)合煤礦污水排放標(biāo)準(zhǔn)與目前現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)的污水處理工藝進行改革優(yōu)化，解決已知缺陷。煤礦污水處理新工藝的主要原理是在原有的工藝基礎(chǔ)上新增了加藥裝置、高效混凝劑以及高效旋流凈化器這三種裝置，優(yōu)化各部分處理能力。煤礦污水處理新工藝的流程如下：煤礦開采過程中的污水首先排放入沉淀池進行沉淀，一段時間后通過凈水設(shè)備注入高效混凝器中，然后利用PAM 和PAC 加藥裝置向內(nèi)部加藥，當(dāng)污水與藥劑在高效混凝器中充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，再排放到新增的高效旋流凈化器中，利用重力和離心力進行有效分離；根據(jù)污水中物質(zhì)的不同密度會出現(xiàn)分層情況，最上層的藥劑可以直接回收，中上層的清水可直接排入清水池，中下層的清水二次過濾后排入清水池，最底層的沉淀物質(zhì)流入污泥儲存池中，妥善解決了煤礦污水物質(zhì)的分類排放問題。為了根據(jù)所需更精確地控制藥劑投入量，優(yōu)化后的方案會分別對兩種藥劑設(shè)置相應(yīng)的加藥裝置，以便于更好地結(jié)合實際，實現(xiàn)污水的最優(yōu)化處理。

2.2 礦井水的資源化

由于煤礦開采過程中巖粉、煤礦粉和分解氧化的礦物的影響，礦井水的水質(zhì)受到污染，為合理解決污染，使礦井水資源化，下面將針對三種不同類型的礦井水分別介紹其處理工藝。

2.2.1 潔凈礦井水的資源化

潔凈礦井水一般是指來源于奧陶紀(jì)石炭二迭系的茅口組和太原組灰?guī)r的礦井水，水質(zhì)好且酸堿度適中，其中不含有毒物質(zhì)和污染物。對于潔凈礦井水來說，一般只需要通過自然過濾和簡單消毒就可作為生活用水，若含有有益元素，還能開發(fā)為礦泉水，有效解決飲用水資源匱乏的難題。

2.2.2 含懸浮物礦井水的資源化

含懸浮物的礦井水指的是除了細(xì)菌、懸浮物和感官指標(biāo)以外，其它的理化指標(biāo)和特點均符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的礦井水。礦井水中懸浮物的含量一般為100～400 mg/L，在華東礦區(qū)和華北礦區(qū)的礦井水多為此類水質(zhì)。對于含懸浮物礦井水來說，一般常采用先混凝，后沉淀過濾，最后殺菌消毒的處理工藝使其資源化（具體的處理工藝流程可參考圖2），處理后的礦井水可直接作為生活用水及工農(nóng)業(yè)用水。

圖2 水處理工藝流程

2.2.3 酸性礦井水的資源化

酸性礦井水一般是由于采煤層里的黃鐵礦氧化，產(chǎn)生的硫酸與亞硫酸導(dǎo)致礦井水呈酸性。酸性礦井水較強的腐蝕作用，不僅僅會腐蝕土壤和設(shè)備，還會破壞周圍生態(tài)，影響較為惡劣。對于酸性礦井水來說，國內(nèi)通常使用酸堿中和的方法進行水質(zhì)處理使其資源化，例如石灰水中和滾筒法和直接投放石灰法，但由于其水質(zhì)復(fù)雜難辨，難以作為生活用水，一般處理達(dá)標(biāo)后可作為工農(nóng)業(yè)用水，也可以作為井下開采的防塵用水。

3 優(yōu)化煤礦污水治理工藝的效果分析

通過改革優(yōu)化煤礦污水處理工藝，使污水中的污染物濃度大幅度下降，實現(xiàn)了污水的達(dá)標(biāo)排放，達(dá)標(biāo)排放后的污水不會再破壞生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)，從而實現(xiàn)了生態(tài)平衡。同時通過提高對水資源的利用率，也能更好地保證居民的正常生活。除此之外，優(yōu)化后的煤礦污水處理工藝還提高了污水處理的效率，使之能應(yīng)對當(dāng)前煤礦開采中的高污水排放量，解決了傳統(tǒng)工藝處理能力不足的問題，總體來說，優(yōu)化效果顯著。

4 結(jié)語

淡水資源是一種極為寶貴的不可再生資源，是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)資源，由于煤礦的高效開采，工業(yè)用水以及工業(yè)廢水對水資源的破壞日益嚴(yán)重，這不僅危害了生態(tài)和居民生活，也損害了國家經(jīng)濟發(fā)展。為保證水資源的穩(wěn)定性和煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須優(yōu)化煤礦污水處理工藝，加強礦井水的資源化處理，最大程度上實現(xiàn)生態(tài)平衡，減少水質(zhì)破壞，提高生態(tài)效益。