【www.zhangdahai.com--其他范文】
李艳军，李婷，张海峰
(1.榆林职业技术学院，陕西 榆林 719000；
2.神华集团神东公司榆家梁煤矿，陕西 神木 719300)
煤炭是我国最重要的一次性能源，在能源消耗中占比超过60%。煤炭资源的开采利用在推进经济稳步增长的同时，也带来了较多的环境问题，尤其是对地下水资源污染和浪费。随着我国工业化转型升级，以及可持续发展理念的提出，煤矿企业传统生产模式已无法满足时代发展需求，绿色环保、节能降耗成为了煤矿企业发展的新方向。越来越多的煤矿企业将先进的技术手段引进生产中，提高污水处理效果及水平，提升煤矿污水资源化利用率。资源化利用矿井污水不仅与国家提倡的可持续化发展理念相契合，而且在很大程度上有利于煤矿污水高效处理，使其应用于农业生产中，同时在处理以后符合具体标准的基础之上，可以作为生活用水，为绿色生产提供保障。基于此，本文通过对煤矿污水处理及资源化利用进行了深层次分析，旨在为降低水资源的浪费，实现资源循环利用提供有价值的参考与借鉴。
1.1 地质原因
我国井工煤矿占比超90%，约有97%煤炭资源依靠井工开采[1]。煤矿污水形成的各类因素中煤矿水文地质因素是其中比较关键的。由于我国煤层分布多聚集在西北、华北、华南、西南等一些地区。区域不同，水文地质条件差异性较大，地下岩层含水性不同，所选用的采煤工艺和方法不同，进而造成煤矿生产环节污水处理难易程度和成本不同。例如部分地区的煤矿为了减少生产成本，不考虑环境污染问题，生产中将污水直接排出地面或直接排入地表河流，导致水资源污染范围的扩大。
1.2 煤矿生产
煤矿在生产过程中，巷道的开拓、机械设备的掘进和采煤机割煤都会破坏岩层中水体，导致临近煤岩层水体不断往外渗透；
同时生产过程中大量机械设备截割部需要有洒水喷雾设施，不断冷却降温、降尘等，使用后的水汇集形成污水；
在其他煤炭运输、破碎、转载环节和设备部位也需要有喷雾降尘设施，另外还有很多作业工序中也需要有水，如：爆破作业、湿式凿岩、采空区灌浆等，这些工序使用后的水最后都形成井下污水。除了井下之外，地面生活和作业如机修厂、洗选厂等也产生大量的污水。随着煤矿机械化程度的不断提升，水资源的破坏、污染和浪费越来越严重，大量的污水不但造成井下作业环境污染，还影响井下的安全生产[2]。
2.1 污水现状
随着人们生活水平日益提高，对环境的要求也越来越高。而煤炭开采过程不仅破坏了地下水的循环系统，甚至导致矿区及周边地下水位下降，还污染水源，严重影响矿区及周边人民的生活环境，同时造成水资源浪费。本文将西北地区某煤矿污水作为研究对象，重点针对矿井污水水量、水质等参数进行了化验分析，具体如表1所示。
表1 污水主要类型及水质参数情况表
2.2 污水处理工艺流程
以榆林地区某煤矿为例，该煤矿井下排水量在3 000 m3/d，其中最大排水量高达5 000 m3/d。煤矿设置了相应的井下水处理车间，总占地面积为1 680 m2，并且配备了一个清水池，占地面积为900 m2。在处理污水时主要使用的是全自动净水器。矿井水在预沉池预沉以后经一级泵提升，进入全自动净水器前方设置的混凝反应器，并且在反应器中放置了PAC、PAM药剂，经反应随后进入到高效净水器斜板沉淀区内，经过斜板沉淀区过滤以后出水。但随着该矿生产规模扩大，开采深度加大，排水量增加，导致泵站提升能力不足，污水处理难度以及压力越来越大，原来的排水系统和污水处理工艺难以满足要求。经过对煤矿排水系统的改造和对煤矿污水处理工艺流程的优化，形成新的处理工艺，满足了煤矿实际需求。污水混合以后进入到调节池内，经一级提升泵进入到混凝反应器，混凝器内投入了适量聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺药剂，污水进入化学反应后进入到斜板沉淀池，沉淀池内的沉淀物会在药物作用下完成排泥操作。除此之外，曝气生物滤池内的化学药液会对有害有机污染物快速处理，确保符合国家标准。一般情况下会将斜板沉淀池污泥进行压缩，排除时这些污泥呈现泥饼状，经过滤以后会进行再次处理。
3.1 生物法的生物除磷工艺
生物除磷统称聚磷菌微生物，主要借助聚磷菌厌氧同化下发酵产物，确保生物除磷系统运行时聚磷菌具备较好的除污功能[3]。此技术原理是在溶解氧与硝态氮不存在的状态下，兼性菌会逐渐把溶解性有机物转变为挥发性脂肪酸；
聚磷菌将细胞中的聚磷水解成正酸盐，进而获取更多的能量，将污水中易降解CODCr完全吸收，同时将其转变为细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等；
如果处于好氧或者缺氧状态下，聚磷菌电子受体是分子氧、化合态氧，将代谢内贮物质PHB、PHV等氧化，进而产生能量，并由污水中获得磷酸盐，能量在存贮时以高能物质ATP形式保留，有部分会转变成聚磷，作为能量贮于胞内，将剩余污泥排放出来，以达到高效生物除磷的目的。煤矿生产过程中产生大量含磷污水，将生物除磷技术应用其中，可达到较好的除磷效果。此技术既采用了生物法，同时也涉及到了化学法，二者结合，借助厌氧将生物活性污泥中的有机酸挥发掉，转变为聚磷菌营养物，促进活性污泥数量的增加，实现增殖目的。然后此部分活性污泥流入厌氧消化生物系统内，在污水处理池中长期保持高效除磷状态；
厌氧情况下，借助化学除磷的方法也能够实现污泥磷物质的同步处理。在处理煤矿污水时借助此技术，一方面可实现污水中难清除金属离子元素的快速清理，另一方面污水重金属元素大幅度减少，实现了污水净化目标。
3.2 循环间歇曝气工艺
煤矿污水处理过程中，此技术使用到的主要物质是高负荷氧化沟、序批式活性污泥，其中高负荷氧化沟具备了处理效率高的优势，而序批式活性污泥则在出水效果方面非常好，能够在很大程度上实现煤矿污水处理质量的提升，不但使有机污染物有效去除，而且与我国一级污水排放标准相符(具体如表2所示)，能够将水源再利用程度大幅度提升[4]。此技术应用的重点是物理学原理，借助煤矿污水蓄水池安装先进的循环流通设施设备，确保蓄水池内的污水能够始终处于流动状态下。
表2 国家污水排放具体标准(日均值)
3.3 连续循环曝气工艺
该技术简称为CCAS(continuous cycle aeration system)，工作原理是借助物理与化学方法实现煤矿污水的高效处理，采用的系统是连续进水式SBR曝气系统。煤矿污水处理时会在蓄水池内安装连续进水式曝气设施设备、反应池，将污水转变成净化水，以实现排污效果。此技术中使用到设备，在安装过程中一般情况下会将沉砂池、机械格栅等设在蓄水池内，间距保持在15 mm左右，通过此方法降解或者处理污水中的有机物、悬浮物；
除此之外还会通过此技术实现全面排污、除磷、脱氮。煤矿污水处理中使用此技术，既可以实现污水煤粉、岩粉分层、高效处理，同时又采用了曝气系统化学原理将污水有害物质清除掉。
3.4 膜生物流化床工艺
在煤矿污水处理中采用此技术可以实现深层次除污，能够将污水中多种元素净化，污染指标降低，可以以原来污水达标标准为依据，通过生物流化床、陶瓷膜分离系统，实现COD、NH-N、浊度等指标的大幅度降低，既能够直接回收再利用，同时也可以作为RO脱盐处理预处理，代替原来的砂滤、过滤、超滤等复杂繁琐的流程。该技术主要将生物流化床作为了重要的基础依据，借助粉末活性炭这一载体，运用膜生物反应器固液分离技术，对反应器内活性炭物理吸附、微生物降解、膜分离三大功能结合在一起，将污水中很难降解的小分子有机物、曝气情况下流化形式活性炭粉充分传质、混合，吸附于活性炭表面上，构成局部污染物浓缩区；
粉末状态下的活性炭成为了微生物繁殖需要的特殊界面，大量的孔隙能够吸附很多微生物菌群以及溶解氧，高溶解氧状态下，微生物氧化分解了活性炭表面小分子有机物，借助陶瓷膜分离系统分离了水与悬浮颗粒，在错流过滤中达到了污水净化的目的，并达到了中水回用标准。
3.5 混合法和混凝法
煤矿污水处理中，混合技术的运用也属于深度处理污水方法之一，具体的工作原理是借助煤矿污水处理池，使用多种类型的混凝剂，在经过反应以后，促进污水处理效果的提升[5]。一般情况下按照规定的比例和高锰酸钾混合使用，达到去污的作用。混凝法和混合法有着明显的区别，其中混凝法主要是利用了混凝剂的化学功能，不同的载药液晶和污水中大量物质产生了化学反应，对煤矿污水有机酸、凝固物进行中和，运用斜管沉淀、介质过滤以后，将污水中有害、有毒物质沉淀，待处理以后的水流至清水池以后方可再次使用。
4.1 生活用水
煤矿污水中成分主要由重金属、磷、氮等元素构成，有时候也会有少量的有毒有害物质，处理时涉及到的物质较多，而且流程复杂且繁琐，通过反复的净化、沉淀以后才能够获取到更加干净、纯净的水资源。煤矿污水处理过程中通过选用先进合理的技术和工艺，使得处理以后的污水符合国家规定的有关要求及标准，例如排放生活用水以及农业用水等标准，可使用于煤矿及周边环境的绿化灌溉、井下喷雾除尘、机修设备清洗等各个领域，这也就形成了煤矿污水处理以后资源化利用体系[6]。如果煤矿污水处理以后要想达到生活饮用水标准，就要对污水预调节、沉淀时要彻底，同时还要经过砂石过滤、煤泥处理、超级过滤净化等多个步骤，待检验合格以后才能再次引入到生活用水管道系统内。煤矿污水处理同样也经过了微电解、搅拌、泥渣分离、污染物去除以后，将初步操作完成，还要在过滤中将悬浮物去除，最后进行超滤净化，进而实现整个污水处理流程完整性、有效性。通常情况下，煤矿污水经过清水池反复沉淀与净化以后便可以用于居民非饮用水，例如冲厕等；
再经过超滤净化以后，才能够达到人们日常生活所需饮用水水质要求。通过对污水净化处理循环使用，部分地区水资源需求得到满足。
4.2 矿区再生产用水
煤矿污水处理以后也能够在生产中继续使用，实现了生产环节循环用水。通常情况下煤矿企业污水处理系统设计、安装的时候，都会构建有效的循环水资源使用系统，处理以后的污水直接流进提前构筑好的清水池内，借助循环水利用系统多次处理以后再一次被就地利用，减少了污水提升成本，也在很大程度上缓解水资源紧缺问题。煤矿生产和生活污水经过多次沉淀、氧化、消毒等处理以后运至清水池，运用再循环系统进一步处理后多使用于洗煤、井下作业洒水喷雾降尘等。如果污水中存在大量油脂，还需要在调节池内反复处理，在经过高浊度沉淀、混合器分离等诸多操作以后，才能在井下再次使用。经过处理以后的污水再次投入到生产中，不仅为煤矿生产用水自我循环提供了较好的方法，节省了成本，促进了资源化利用目标的达成，而且煤矿企业无需在水资源使用中再次投资，环境污染治理投入也会大幅度减少，经济效益随之提升。
4.3 农业生产用水
煤矿污水处理以后，也可以用于周边区域农业生产，例如农田浇水灌溉。但是需要注意的是用于农业与生活用水有着特殊的要求，必须要根据我国生活用水水质具体规定与要求，达到农业生产和生活用水标准以后，方可使用[7]。所以煤矿污水具体的处理环节要通过反复净化，对污水中不同类型的杂质进行一级、二级处理，直至达到农业生产用水灌溉标准为止，这样不仅满足了灌溉需求，而且水资源利用率提高，煤矿污水实现了资源化利用。农业生产用水与生活用水也有着较大的区别，无需将污水中全部成分完全去除，在煤矿污水中有一些微量元素是对农田土壤、农作物生长有益处的；
还有污水中的氮、磷等元素可以保留下来，利用农田土壤、微生物等方式进行净化以及处理，可以节省很多成本。煤矿污水处理以后，再次应用到农业生产用水中，一方面满足了农业灌溉用水需求，而且一些有益于农作物成长的元素可以作为有机肥，减少了农民部分开支，也为农作物生长发育提供了充足的养料。
随着国家可持续发展、绿色环保理念的提出，对环境保护的重视程度越来越高，一系列的政策措施相继出台，这也在很大程度上对煤矿企业提出了更高的要求。如果依然采用原来的污水处理方法，显然无法满足现代化发展需求。所以煤矿污水处理中应该尽快转型与升级，在设施设备以及工艺方面不断改进与优化，减少不必要水资源的浪费，避免对环境造成更大的污染。虽然越来越多的煤矿企业开始引进新的污水处理设备、技术和工艺，但是依然有诸多层面存在问题，技术的使用不够成熟，效果不明显，设备的更新换代不及时，进而影响到了污水资源化利用。针对此情况，国家也在政策、技术、科研等方面大力投入，构建以技术为基础的规模化发展体系，站在生态建设视角下，相关人员在此方面加大科研的力度，在技术、工艺方面继续改进。同时在积极考虑煤矿井上、井下污水联合高效低耗处理技术体系的构建，例如西部地区的煤矿可充分利用太阳能、地热、火电厂余热等，采用驱动低温多效蒸发、膜蒸馏等技术，对污水进行分级处理，分质利用，实现好水高用，劣水低用的同时，促进煤矿企业经济、环境效益双丰收。
猜你喜欢 资源化用水污水处理 我国乡镇污水处理模式的探讨中国应急管理科学(2022年2期)2022-05-23生计资本对江汉平原农户秸秆资源化利用影响研究安徽农业科学(2022年9期)2022-05-17CO2资源化回收技术分析科学家(2022年5期)2022-05-13农村生活污水处理中MBR工艺应用节能与环保(2022年3期)2022-04-26建筑垃圾减量化资源化的问题及对策分析建材发展导向(2022年4期)2022-03-16农村黑臭水体治理和污水处理浅探建材发展导向(2022年2期)2022-03-08农村黑臭水体治理与农村污水处理程度探讨建材发展导向(2022年2期)2022-03-08艾条不要用水熄灭老年博览·上半月(2021年4期)2021-04-23我国规模化畜禽养殖粪污资源化利用分析农民致富之友(2020年9期)2020-05-11GB 50335—2016城镇污水再生利用工程设计规范中国建筑金属结构(2018年6期)2018-08-31本文来源：http://www.zhangdahai.com/shiyongfanwen/qitafanwen/2023/0427/590266.html
