刘燕平

（山西省忻州生态环境监测中心，山西 忻州 034000）

随着可持续发展战略的推进和落实，煤矿开采中的污染治理工作也得到了社会广泛关注，绿色开采成为趋势。由于煤矿开采的特殊性，开采时需要大量用水，会造成周边区域水资源贫乏，对生态环境和居民的生活产生较大影响，同时水资源的快速减少还会导致自然界的补水机制失效，一度出现枯竭现象。此外，煤矿开采后会排放大量工业废水，当废水不达标排放时还会大范围污染水质，影响周边居民的身体健康。为此，有必要对煤矿污水处理工艺进行优化研究，在加强污水的再处理下，解决煤矿开采中的水资源破坏和污染问题。

1.1 煤矿开采中水污染的情况

某企业每年能开采600 万吨煤矿资源，平均每天就会排放3 000 m3左右的煤矿污水，甚至最大污水排放量可达每天5 000 m3，这无疑给矿区周围环境和水质造成极大地破坏。为深入了解污水的成分和污染物的含量，需要对煤矿开采产生的工业污水进行研究分析，结果表明由于含有大量岩粉和煤粉的原因，整体污水呈现黑灰色，其他各类污染物的种类与含量可参考图1[1]。

图1 煤矿污水中的污染物种类与含量

结合图1，煤矿开采产生的污水中，污染物含量由高到低分别是COD、BOD5、铁离子、石油类、总氮、锰离子以及NH3-N，并且所有污染物的实际浓度均超过了排放标准浓度。煤矿污水中除了上述污染物外，还存在大量悬浮物质，污水处理需要等待悬浮物质沉降后才能进行，这是一个长期复杂的过程，增加了污水处理的难度，降低了污水处理效率。

1.2 矿井水对水资源的污染分析

所谓矿井水是指煤矿开采过程中产生的矿坑水、地表渗透水、地下疏放水以及防尘和生产用水，矿井水一般呈酸性或高矿化性，甚至含有放射性元素，排放这类污水的影响极其恶劣。排放酸性的矿井水会溶解部分重金属，使废水带有毒性，影响地表生态环境；
排放高矿度化的矿井水会引起水生植物和动物变异，甚至死亡，对自然界的生态系统造成大范围影响；
排放含放射性元素的矿井水则会严重危害居民的正常生活和健康状况。此外，随意排放矿井水不仅会对地表河流和土壤造成恶性污染还会破坏地下水的循环系统，甚至导致矿区周围地下水位下降，导致大量水资源流失[2]。

1.3 煤矿用化工材料对水资源的污染分析

在煤矿开采过程中不可避免要用到掘进机、转载机等大型设备，若设备中使用的齿轮油、液压油、乳化油产生泄露，则会造成地面水源污染或井下水源污染。据相关资料证实，我国的矿用齿轮油、液压油、乳化油的年用量为一万吨左右，乳化油通常用水配为2%浓度的乳化液以供使用，主要用于外注式单体液压支柱与综采液压支架之中。其中外注式单体液压支柱卸载的乳化液一般会排放在采空区，会影响地表周围环境和水资源，综采液压支架卸载的乳化液一般排放在井下，极有可能造成井下的水质污染。此外，由于乳化油中含有较难降解的添加剂和机油成分，一旦污染后会引起累积效应。

由于煤矿的高效开采，工业废水量逐年上升，传统的煤矿污水处理工艺已经无法满足目前所需，处理后的污水仍存在污染物超标排放的问题，对水质造成不容忽视的污染，这也迫使煤矿污水处理工艺进一步改革和优化[3]。

2.1 优化煤矿污水处理工艺

结合煤矿污水排放标准与目前现状，对传统的污水处理工艺进行改革优化，解决已知缺陷。煤矿污水处理新工艺的主要原理是在原有的工艺基础上新增了加药装置、高效混凝剂以及高效旋流净化器这三种装置，优化各部分处理能力。煤矿污水处理新工艺的流程如下：煤矿开采过程中的污水首先排放入沉淀池进行沉淀，一段时间后通过净水设备注入高效混凝器中，然后利用PAM 和PAC 加药装置向内部加药，当污水与药剂在高效混凝器中充分发生化学反应后，再排放到新增的高效旋流净化器中，利用重力和离心力进行有效分离；
根据污水中物质的不同密度会出现分层情况，最上层的药剂可以直接回收，中上层的清水可直接排入清水池，中下层的清水二次过滤后排入清水池，最底层的沉淀物质流入污泥储存池中，妥善解决了煤矿污水物质的分类排放问题。为了根据所需更精确地控制药剂投入量，优化后的方案会分别对两种药剂设置相应的加药装置，以便于更好地结合实际，实现污水的最优化处理。

2.2 矿井水的资源化

由于煤矿开采过程中岩粉、煤矿粉和分解氧化的矿物的影响，矿井水的水质受到污染，为合理解决污染，使矿井水资源化，下面将针对三种不同类型的矿井水分别介绍其处理工艺。

2.2.1 洁净矿井水的资源化

洁净矿井水一般是指来源于奥陶纪石炭二迭系的茅口组和太原组灰岩的矿井水，水质好且酸碱度适中，其中不含有毒物质和污染物。对于洁净矿井水来说，一般只需要通过自然过滤和简单消毒就可作为生活用水，若含有有益元素，还能开发为矿泉水，有效解决饮用水资源匮乏的难题。

2.2.2 含悬浮物矿井水的资源化

含悬浮物的矿井水指的是除了细菌、悬浮物和感官指标以外，其它的理化指标和特点均符合饮用水卫生标准的矿井水。矿井水中悬浮物的含量一般为100～400 mg/L，在华东矿区和华北矿区的矿井水多为此类水质。对于含悬浮物矿井水来说，一般常采用先混凝，后沉淀过滤，最后杀菌消毒的处理工艺使其资源化（具体的处理工艺流程可参考图2），处理后的矿井水可直接作为生活用水及工农业用水。

图2 水处理工艺流程

2.2.3 酸性矿井水的资源化

酸性矿井水一般是由于采煤层里的黄铁矿氧化，产生的硫酸与亚硫酸导致矿井水呈酸性。酸性矿井水较强的腐蚀作用，不仅仅会腐蚀土壤和设备，还会破坏周围生态，影响较为恶劣。对于酸性矿井水来说，国内通常使用酸碱中和的方法进行水质处理使其资源化，例如石灰水中和滚筒法和直接投放石灰法，但由于其水质复杂难辨，难以作为生活用水，一般处理达标后可作为工农业用水，也可以作为井下开采的防尘用水。

通过改革优化煤矿污水处理工艺，使污水中的污染物浓度大幅度下降，实现了污水的达标排放，达标排放后的污水不会再破坏生态环境和水质，从而实现了生态平衡。同时通过提高对水资源的利用率，也能更好地保证居民的正常生活。除此之外，优化后的煤矿污水处理工艺还提高了污水处理的效率，使之能应对当前煤矿开采中的高污水排放量，解决了传统工艺处理能力不足的问题，总体来说，优化效果显著。

淡水资源是一种极为宝贵的不可再生资源，是人类生存和发展的基础资源，由于煤矿的高效开采，工业用水以及工业废水对水资源的破坏日益严重，这不仅危害了生态和居民生活，也损害了国家经济发展。为保证水资源的稳定性和煤矿行业的可持续发展，必须优化煤矿污水处理工艺，加强矿井水的资源化处理，最大程度上实现生态平衡，减少水质破坏，提高生态效益。

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