浅谈煤矿废水的处理方法

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【摘 要】煤炭在我国能源结构中占70%以上，煤炭开采过程中产生大量废水，若不经处理直接排放，将对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费。煤矿污水水质与一般城市污水性质类似，但不同于城市污水（城市污水中常包括部分工业废水）。其特征可概括为：水质水量变化较大，污染物浓度偏低，污水可生化性好，处理难度小。本文通过对国内外的煤矿废水处理方法分析、比较，介绍几种先进有效的煤矿废水的处理技术。

【关键词】煤矿废水；预处理；生化法；深度处理

煤矿污水包括生产污水和生活污水，生产污水是煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘的废水，以及煤堆场和矸石堆场的淋溶水和工业广场废水等。它具有地下水特征，又受人为污染。矿井污水通常呈黄色，水质呈弱酸性，悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、铁、锰、硫化物和总硬度等超标。 生活污水指的是煤矿工作人员日常生活当中所产生的大量污水，它主要是由炊事、厨房、洗涤衣物、洗浴的废水以及冲洗厕所后的污水等所组成。它具有一般生活污水的基本特征，即悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）等污染物超标。对于这两类污水，煤矿上通常分开进行处理。

各种废水的处理工艺基本上按预处理、生化法处理（二级处理）和深度处理（三级处理）等步骤进行。当然并不是说废水处理工艺都要包含以上步骤，也许废水只需预处理或生化法处理或深度处理中的任意一个步骤或者两个步骤后就能达到排放标准或回用标准。

一、煤矿废水的预处理技术

污染物浓度高的废水首先要进行预处理，然后再采用其它方法进行二级或深度处理。煤矿废水的预处理技术种类繁多，通常采用以下几种。

（一）混凝沉淀

煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理悬浮物主要采用混凝沉淀法，用铝盐或铁盐或硅藻土等做絮凝剂，混凝剂混合方式采用管道混合器混合。混凝沉淀装置采用倒喇叭口作为反应区，水流反应区中流速逐渐降低，使废水和混凝剂药液的反应在反应器中逐渐全部完成。完全反应的水流出反应区后开始形成混凝状物质，经过布水区进入斜管填料，由于斜管填料采用PVC 角峰窝状填料，利用多层多格浅层沉淀，提高了沉淀效率。将絮状物沉淀到底部而被去除，水从上部溢流排出。

（二）过滤净化

矿井废水经混凝沉淀后，水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体，利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中，它是混凝沉淀装置的后处理过程，同时也是活性吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池，采用自动虹吸原理达到反冲洗，不需要人工单独管理，操作简便，管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。

（三）隔油

此外井下液压支柱等设备会产生少量油类，通过气浮除油，使废水中油类达标。

二、煤矿废水的二级生化处理技术

毫无疑问，煤矿废水通过各种预处理方法进行处理之后，其生化性能有着良好的改善，并且对于有机物而言，其难降解的有机物仍然存在，所以必须进行煤矿废水二级处理，通常情况下，为将有机物转化为CO2和H2O，所采用的二级处理方法有如下几种：

（一）活性污泥法

所谓活性污泥法，其应用在废水处理中最为广泛。在长时间的水处理应用中，传统的活性污泥法通过改进，产生了很多变种。在煤矿废水的二级处理中，活性污泥法一般由曝气池、二沉池、曝气系统、污泥沉淀池、鼓风机和污泥回流系统等设施组成。首先煤矿废水通过初沉池首次沉淀后，经过二沉池，与底部的回流污泥一起进入曝气池中，随着曝气过程的进行，污泥一般处于悬浮期，这样能充分与废水进行有效接触。在接触过程中，活性污泥能有效地吸附废水中的固体颗粒（SS）以及胶体物质，对于有机物来说，一般可溶解性的有机物能完全被活性污泥吸收，而作为营养源，用作污泥生长用的营养。而对于非溶解性的有机物，必须采取相关措施，使之转化为可溶解性的有机物，这样才能被活性污泥进行代谢。

（二）生物接触氧化法

生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。

该法中微生物所需氧由鼓风曝气[1]供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。

（1）A2/O工艺

该工艺是厌氧、缺氧、好氧生物脱氮除磷工艺的简称，是70年代由美国专家在厌氧-好氧除磷工艺（A/O）的基础上开发的。A2/O工艺比A/O工艺在缺氧段前增加一个厌氧反应器，主要利用厌氧作用首先降解污水中的难降解有机物，提高其生物降解性，不仅改善系统COD去除效果，还利于后续A/O系统的脱氮效果。

（2）SBR工艺

SBR工艺是序列间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR实际上是出现最早的活性污泥法，70年代出现于美国，经过20年的研究开发革新，将可变容积活性污泥法过程和生物选择器原理进行有机结合，成为改良型的SBR工艺。

（三）BAF工艺处理煤矿污水

曝气生物滤池是最先在欧美发展起来的在欧美和日本等发达国家广为流行[2]，近些年来在我国已有数十家污水处理厂应用。如大连、慈溪、新会、杨凌，在山西的煤矿生活污水处理中也有应用。该技术综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用。污水从滤池底部进入滤料层，滤料层下部设有供氧的曝气系统进行曝气，气水为同向流。在滤池中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆积的滤料层内和微生物膜的内部存在厌氧/缺氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化，从滤池上部的出水可直接排出系统。

三、煤矿废水深度处理技术

在经过生化处理的废水，由于某些指标还不能达到排放标准，因此生化处理后，还需进行深度处理。

（一）活性炭吸附

矿井废水经二级处理后，仍会含有某些细小的悬浮物以及溶解的有机物、无机物，若废水处理后作生活饮用水，必须用活性炭吸附装置处理。活性炭的比表面积可达800～2000m2/g，具有很强吸附能力。该装置采用连续式固定床吸附操作方式，活性炭吸附剂总厚度达3.5m，废水从向下过滤，过滤速度在4～15m/h，接触时间一般不大于30～60min。随着运行时间的推移，活性炭吸附了大量的吸附质，达到饱和丧失吸附能力，活性炭需更换或再生。

（二）膜分离技术

膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技术[3]。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分离分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。在膜分离过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。

由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜分离技术广泛应用在水处理工艺过程中。对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。

（三）化学法消毒

经二级处理后的废水中仍含有一定的病菌、大肠菌群，处理后回用于洗浴时，若不经过消毒，对人体皮肤伤害严重。所以矿井废水处理后作为生活用水必须经过消毒处理，常采用二氧化氯消毒，现用盐酸和氯酸钠反应产生二氧化氯，二氧化氯无毒、稳定、高效、杀菌能力是氯的5倍以上。

四、矿井废水处理回用途径

煤矿矿井水处理后可作生产用水或生活用水，矿井生产用水主要是井下采掘设备液压水、消防降尘洒水，生活用水主要是冲厕、洗浴水以及深度处理后用于饮用水。另外，由于我国属于缺水大国，因此能够合理利用煤矿的污水资源也是我国水污染防治措施中的一个重要环节。由于煤矿多位于农村，根据其自然状况、地理位置以及农业对于水肥的极大需求，为煤矿污水用于灌溉提供了良好的前提条件。而灌溉用水也能够通过土壤以及其中的农作物根系和微生物的天然净化作用，从而对很多污染物都能达到极高的去除率，研究表明其对于P、BOD、SS、微量金属、氢氧化物、酸等污染物的去除率一般都能超过95%，而对于COD、钾、氮等则约为80%。同时利用煤矿污水进行灌溉也可以对日趋减少的地下水进行逐渐补充，还可以显著降低其受纳水体中的污染物负荷。当然最主要的是充分利用了煤矿污水中的有机肥料及其充足的水份，从而使得作物能够有效的增产。

五、结束语

毋庸置疑，煤矿废水的大量存在，对环境污染造成的影响是巨大的，因为煤矿废水中COD值偏高，而且悬浮物的含量相当大，因此，煤矿废水作为工业有机废水，在排放时必须进行相关的处理。无论从预处理到二级处理，再到深度处理，都必须严格执行相关规范，对比相关处理工艺，进行合理的分析，确定各种方法的应用条件，然后适当选择相关工艺，这样才能提高煤矿废水处理水平。

参考文献：

[1]生物接触氧化法工艺.医院污水处理 [引用日期2014-04-12]

[2]煤矿污水怎么处理.中国污水处理工程网[引用日期2014-04-12]

[3]2013年水处理领域的新贵――膜分离技术分析.产业信息网 [引用日期2014-4-12]