復(fù)雜成分礦井水處理工藝的研究與應(yīng)用論文
目前我國(guó)很多煤礦一方面嚴(yán)重缺乏生產(chǎn)、生活用水，另一方面卻又將礦井水簡(jiǎn)單處理直接外排，對(duì)周邊水環(huán)境造成污染，也造成大量水資源的浪費(fèi)。因此，將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業(yè)用水不僅解決了礦區(qū)缺水問(wèn)題，同時(shí)又有效利用了礦井水，節(jié)省了地下水資源，具有明顯經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
1 礦井水概況及水質(zhì)特征
煤礦生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生生產(chǎn)廢水及巖(煤)層裂隙水共同組成了礦井排水，多呈灰黑色，觀感性狀差、濁度高，其中固體懸浮物(SS)含量在150~450mgL-1之間，同時(shí)，礦井排水的水質(zhì)還受到水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、礦床地質(zhì)構(gòu)造條件和開(kāi)采條件的影響，使得其與普通地表水水質(zhì)有著明顯的差異。
礦井水中顆粒通常表現(xiàn)為負(fù)電性，顆粒之間的靜電斥力阻止其彼此接近而聚合成較大的顆粒，同時(shí)帶電荷的膠體能與周圍的水分子發(fā)生水化作用，形成水化膜，進(jìn)一步阻礙了各膠體的聚合。
影響礦井水中懸浮顆粒與混凝劑親和力的重要因素是懸浮顆粒的潤(rùn)濕性。煤都具有疏水性，其實(shí)質(zhì)是煤表面的氣體被水取代的難易程度，一般用接觸角的大小來(lái)表示。煤表面為非均相結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)物與有機(jī)物復(fù)雜的結(jié)合在一起，共同影響著煤的潤(rùn)濕性，根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，幾種典型的煤化階段煤種的煤粉潤(rùn)濕接觸角為：褐煤 40~63° , 長(zhǎng)焰煤 60~63°，氣煤 65~72°，肥煤 71~75°，焦煤 86~90°，無(wú)煙煤 84~93°。由此可以看出，隨著煤化階段的增高，表面極性官能團(tuán)的數(shù)量逐漸減少，芳香度增加，潤(rùn)濕性下降，接觸角逐漸變大，所以，一旦煤種確定，則確定了礦井水與混凝劑的親和能力。
2 礦井水處理工藝現(xiàn)狀
煤礦生產(chǎn)企業(yè)常用的礦井水處理工藝多采用物理化學(xué)沉淀法，即通過(guò)混凝反應(yīng)產(chǎn)生絮團(tuán)，通過(guò)斜管(斜板)沉淀，以達(dá)到去除懸浮物的目的。沉淀構(gòu)筑物大多采用平流式沉淀池、輻流式沉淀池和集混合、反應(yīng)、沉淀于一身的機(jī)械加速澄清池(水力加速澄清池)。設(shè)施具有運(yùn)行成本低、可操作性強(qiáng)、耐沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)，針對(duì)以往單一的煤(巖)塵顆粒的巖層裂隙水處理，處理水質(zhì)可以達(dá)到 COD ≤ 45mg/L、SS ≤ 20mg/L。不過(guò)，這只是在煤炭生產(chǎn)企業(yè)采用高檔普采采煤工藝的時(shí)期，隨著礦井發(fā)展和機(jī)械化水平的提高，礦井生產(chǎn)工序有著明顯的變化：大采深、高效率、整體機(jī)械化的作業(yè)模式使得礦井井下支護(hù)設(shè)備、通風(fēng)降塵設(shè)施的規(guī)模和數(shù)量大幅提高，大型液壓支架、工作面降塵及大型運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載設(shè)備的.冷卻等諸方面的用水最終進(jìn)入礦井排水系統(tǒng)，帶來(lái)的結(jié)果是礦井排水中夾雜大量的乳化液、煤粉和礦物油等成分，這與先期礦井排水成分有著巨大的區(qū)別。
原有的水處理構(gòu)筑物在處理現(xiàn)有水質(zhì)的礦井排水時(shí)，大多會(huì)出現(xiàn)加藥量大幅增加、絮團(tuán)松散難沉降甚至產(chǎn)生大量上浮的現(xiàn)象，同時(shí)，礦井水中的礦物油、乳化液等成分原有構(gòu)筑物無(wú)法去除，致使出水水質(zhì)中污染物成分 COD 居高不下，大大降低了出水水質(zhì)，直接影響到中水利用范圍，外排至周邊水環(huán)境也加重水體的污染。
3 研究目的與設(shè)計(jì)理論依據(jù)
本著處理成本最小化、處理水質(zhì)最優(yōu)化的原則，引入前段曝氣生物降解處理工序，先期降解和沉降可溶性有機(jī)物及微�；V物油，實(shí)現(xiàn)處理出水水質(zhì)的進(jìn)一步提高。
設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)的活性污泥法為模板，典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成。污水和回流的活性污泥一起進(jìn)入曝氣池形成混合液，同時(shí)，由空氣壓縮機(jī)站提供的壓縮空氣，通過(guò)鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴(kuò)散裝置，以細(xì)小氣泡的形式進(jìn)入污水中，以增加污水中的溶解氧含量，供給微生物所需氧氣，還使混合液處于劇烈攪動(dòng)的狀態(tài)，呈懸浮狀態(tài)。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使得污水中的有機(jī)污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團(tuán)的表面上，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機(jī)物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，經(jīng)過(guò)活性污泥凈化作用后的混合液進(jìn)入二次沉淀池，混合液中浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來(lái)與水分離。
4 水處理構(gòu)筑物概況
(1)處理工藝水流流向
雙向循環(huán)曝氣池為由兩道廊道擋墻分割為三部分，底部設(shè)曝氣裝置，礦井水由底部配水進(jìn)水，層流進(jìn)入廊道，經(jīng)廊道下部布水口進(jìn)入中心廊道主曝氣區(qū)，污水在主曝氣區(qū)經(jīng)活性污泥好氧生物處理，吸附消化水中有機(jī)污染物，然后進(jìn)入沉淀區(qū)沉淀，水流末端設(shè)溢流堰溢流出水。
經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)的處理流程，水流轉(zhuǎn)換為二次水流方向進(jìn)水，由溢流堰側(cè)底部進(jìn)水，經(jīng)過(guò)主曝氣區(qū)處理，由上個(gè)循環(huán)處理流程進(jìn)水側(cè)溢流堰出水。
(2)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)
雙向循環(huán)曝氣池確定為整體鋼砼結(jié)構(gòu)，將整個(gè)池體由廊道擋墻分割為三部分，中間部分為主曝氣區(qū)，生物好氧處理的主要區(qū)域，兩側(cè)為沉淀區(qū)，內(nèi)敷蜂窩斜管，為活性污泥的沉淀區(qū)，沉淀區(qū)末端池底設(shè)集泥斗，多余活性污泥及無(wú)機(jī)顆粒由管路排出。
5 水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)及建設(shè)
煤礦生產(chǎn)企業(yè)礦井水處理系統(tǒng)通常建設(shè)以調(diào)節(jié)沉淀池(預(yù)沉池)來(lái)去除大顆粒固體懸浮物，以達(dá)到均勻水質(zhì)的目的，經(jīng)過(guò)了預(yù)沉淀工序，工業(yè)廢水中固體懸浮物細(xì)小，均勻，伴有溶解性有機(jī)物及懸濁狀態(tài)的礦物油成分。作為專門針對(duì)影響物理化學(xué)沉淀效果的含油礦井排水的水處理構(gòu)筑物，生物處理接觸消化時(shí)間決定著構(gòu)筑物的有效容積，考慮到新增加構(gòu)筑物的建設(shè)場(chǎng)地問(wèn)題，占地面積200~300m2。
6 水處理構(gòu)筑物運(yùn)行及處理效果
雙向循環(huán)曝氣池沉淀區(qū)進(jìn)水于與曝氣系統(tǒng)同步，主曝氣區(qū)始終曝氣，三條廊道切換時(shí)間為30min, 保證活性污泥始終呈懸浮狀態(tài)，沉淀區(qū)末端集聚固體懸浮物及超齡活性污泥由排泥管路排出。
雙向循環(huán)曝氣池并入礦井水處理系統(tǒng)后，水質(zhì)均勻，處理設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定，混凝劑投加量減少 45%,處理后水質(zhì) COD ≤ 20mg/L，SS ≤ 10mg/L。
7 效益分析
古城煤礦每年產(chǎn)生礦井廢水 70 萬(wàn) m，增設(shè)雙向循環(huán)曝氣池后的礦井水處理系統(tǒng)，每年減少 COD排放量 7.1t，減少混凝劑用量 600t(液態(tài))，累計(jì)減少運(yùn)行成本 39 萬(wàn)元。
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