矿井水通常是指煤炭开采过程中所有渗入井下采掘空间的水, 据不完全统计, 在采煤过程中, 全国煤矿矿井水年排放量约为22亿吨, 而矿井水的资源化利用率仅在20%左右, 大量未经处理的矿井水直接排放, 不仅污染了环境, 而且浪费了宝贵的矿井水资源, 我国煤矿企业多分布在干旱和半干旱地区, 水资源较贫乏, 约2/3的煤矿缺水和严重缺水, 生产和生活用水紧张, 在相当程度上制约了煤炭生产和矿区经济的可持续发展。
1 矿井水处理技术现状
我国矿井水净化处理技术始于上世纪70年代, 已投入使用的净化处理技术主要有:沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等, 处理后直接排放的矿井水, 通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术, 处理后作为生产用水或其他用水的, 通常采用混凝沉淀过滤处理技术, 处理后若作为生活用水, 过滤后必须再经过消毒处理。
2 结合实际介绍矿井水处理技术
下面结合开滦赵各庄煤矿水处理厂状况具体介绍矿井水处理技术。
2.1 赵各庄煤矿水处理厂工艺流程
水处理过程为矿井水提升到水处理厂, 投加净水剂聚合氯化铝 (PAC) , 药剂与污水在反应池内充分混合, 经沉淀池沉淀, 进入虹吸滤池, 经过无烟煤和石英砂双层滤料过滤后, 出水浊度小于1度, 符合生活饮用水水质卫生标准, 最后投加二氧化氯消毒, 使出厂水的余氯不低于0.3mg/L, 末梢水的余氯不低于0.05mg/L。矿井水净化处理工艺流程如图1所示。
2.2 水的混凝
混凝工艺的处理对象主要是水中的胶体和微小悬浮物, 矿井水处理中还用于除油和脱色, 是水处理工艺中的一个重要环节, 混凝的目的在于通过向水中投加一定的药剂 (称为混凝剂) , 使水中难以沉淀的胶体颗粒相互聚集, 以至能自然沉淀。该煤矿水处理厂采用聚合氯化铝做混凝剂, 采用液体投加的方式, 通过计量泵投加到污水中, 在反应池充分反应, 完成混凝工艺。
2.3 沉淀与澄清
矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元, 沉淀池是借助悬浮颗粒的重力沉降作用来分离悬浮颗粒的水处理构筑物, 沉淀池按池内水流方向不同可分为平流式、辐流式、竖流式和斜管 (板) 沉淀池四种。该煤矿水处理厂采用的是斜管沉淀池, 该沉淀池采用聚氯乙烯蜂窝斜管, 倾角为60℃, 斜长1m, 内切圆直径为50mm。斜管沉淀池湿周大, 水力半径小, 具有沉淀效率高, 处理效果稳定, 停留时间短的特点, 因而广泛应用于给水和污水处理中悬浮物等固体的去除。
2.4 水的过滤
矿井水处理常用的过滤设施有虹吸滤池和重力无阀滤池。该煤矿水处理厂采用的是虹吸滤池, 虹吸滤池一般由6~8个单元滤池组成一个整体, 单元滤池之间存在一种连锁的运行关系。滤池的平面形状一般为矩形, 也可以是圆形或多边形。
2.4.1 虹吸滤池的结构组成
虹吸滤池主要由进水槽、配水槽、进水虹吸管、单元滤池的进水槽、进水堰、布水管、滤层、配水系统、集水槽、出水管、出水井、出水堰、清水管路、真空系统、冲洗排水槽、冲洗虹吸管、冲洗排水管组成。
2.4.2 虹吸滤池的工作原理
虹吸滤池的工作过程:进滤池的水先通过进水槽1流入配水槽2, 配水槽的水借进水虹吸管3的作用流入每个单元滤池的进水槽4, 再从进水堰5溢流进布水管6内进入滤池。进水堰起调节单元滤池流量的作用。水在滤池内顺次通过滤层7、配水系统8进入集水槽9, 再由出水管10流到出水井11内, 最后经过出水堰12、清水管13流进清水池。
当冲洗某一单元滤池时, 首先破坏进水虹吸管3的真空, 使配水槽2的水不再进入滤池, 滤池仍然继续过滤, 因此池内的水位下降很快, 但很快就无显著下降, 此时就可以开始冲洗。利用抽气设备14抽出冲洗虹吸管管15内的空气, 使它形成虹吸, 并把滤池内的存水通过冲洗虹吸管抽到池中心下部, 再由冲洗排水管16排走。此时滤池内的水位下降。当集水槽9的水位与池内水位形成一定的水位差时, 冲洗工作就正式开始。此时其它正在工作的单元滤池的全部过滤水量, 都通过集水槽9进入被冲洗的单元滤池内底部集水空间, 供给冲洗水量。当滤料冲洗干净后, 破坏冲洗虹吸管15的真空, 冲洗立即停止, 然后再启动进水虹吸管3, 滤池进行过滤。
2.5 水的消毒
消毒就是利用强氧化剂等手段杀死水体中对人体有害的病原微生物。消毒方法很多, 水处理工程中常用的消毒方法有氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等, 其中氯消毒因经济有效应用最广, 氯消毒法按所采用的消毒剂不同又可分为液氯消毒、氯氨消毒、漂白粉消毒、次氯酸钠消毒和二氧化氯消毒等方法。该煤矿水处理厂采用的是二氧化氯消毒法, 所用原料是盐酸和氯酸钠, 二氧化氯发生器采用PCL控制系统, 自动将配置好的氯酸钠溶液、稀盐酸溶液按比例混合产生二氧化氯及少量氯气, 经输送管道水流射器送入消毒水池进行消毒, 此法随制随用, 危险性小。
3 存在的问题及对策措施
存在的问题主要有:
一是国家对矿井水作为水资源开发利用没有优惠政策, 单纯地进行排污收费, 甚至罚款。
二是各矿区水处理专业技术人员非常匮乏, 不利于管理, 不能积极地处理运行中发生的问题。
对策和措施: (1) 完善政策法规, 向矿井水回收利用工程倾斜; (2) 在煤田地质勘探过程中, 除煤炭作为能源进行储量计算外, 同时必需将赋存在煤田地层内的地下水也作为资源进行储量的勘探和计算; (3) 在矿区矿井的规划、可研、初设及施工图各阶段, 必须把井下排水作为水资源来开发利用; (4) 加大矿井水科研试验的力度。要集中资金和人力, 对矿井水作全面系统的调研、分析, 对各类型的矿井水进行分类并做长期的观测试验, 包括年际变化以及日际变化, 找到其变化的规律; (5) 加大宣传力度, 转变人们的观念, 对矿井水的回收利用; (6) 强化运行管理, 提高工人素质; (7) 规范市场, 公平竞争; (8) 加强技术交流, 引进先进技术。
摘要：矿井水净化处理已逐渐被认可, 本文结合开滦赵各庄煤矿污水处理厂实际, 介绍了矿井水处理的各步骤, 其中详细介绍了水的过滤系统, 指出了该技术存在的问题, 提出了对策措施。
关键词：矿井水,处理,虹吸滤池
参考文献
[1] 翟国静.水处理工程[M].中国环境科学出版社, 2000, 9.