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單處理直接外排，對周邊水環(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)缺水問題，同時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，礦井排水的水質(zhì)還受到水文地質(zhì)條件、水動力學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、礦床地質(zhì)構(gòu)造條件和開采條件的影響，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表示。煤表面為非均相結(jié)構(gòu)，無機(jī)物與有機(jī)物復(fù)雜的結(jié)合在一起，共同影響著煤的潤濕性，根據(jù)資料統(tǒng)計，幾種典型的煤化階段煤種的煤粉潤濕接觸角為：褐煤 40~63° , 長焰煤 60~63°，氣煤 65~72°，肥煤 71~75°，焦煤 86~90°，無煙煤 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，即通過混凝反應(yīng)產(chǎn)生絮團(tuán)，通過斜管(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，這只是在煤炭生產(chǎn)企業(yè)采用高檔普采采煤工藝的時期，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，大多會出現(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，礦井水中的礦物油、乳化液等成分原有構(gòu)筑物無法去除，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，由空氣壓縮機(jī)站提供的壓縮空氣，通過鋪設(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)過一個循環(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)過主曝氣區(qū)處理，由上個循環(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，多余活性污泥及無機(jī)顆粒由管路排出。
5 水處理構(gòu)筑物設(shè)計及建設(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)場地問題，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 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))，累計減少運(yùn)行成本 39 萬元。
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