混凝技术在矿井水处理中的应用

申丽明

(潞安集团节能环保处，山西 长治 046204)

引 言

煤矿开采过程中伴随着地下水的涌出，由于我国煤层一般存储于地下含水层之下，为确保生产的安全性必须排出大量的矿井涌水。通常矿井水质与地下水质特征几乎一致，尽管其中含有大量的以煤粉岩粉为主的悬浮物，但是其他指标均正常。此外，我国煤矿大部分处于华北、西北等水资源相对匮乏的地区，煤矿开采一方面破坏了当地及其周边的地下水资源，另一方面矿井水的直接排放严重污染矿区及其周边的环境，对其生态造成极大破坏[1]。因此，开展矿井水的处理工作均会提升当地社会及其经济效益。本文将着重探讨混凝技术在矿井水处理中的应用，为达到最佳处理效果提供理论指导。

1 矿井水概述

1.1 矿井水水质特征

矿井水是地下水的一部分，在工作面开采煤炭的过程中地下水与煤层、岩层等相接触发生一系列的化学和物理反应，使得矿井水中含有大量的无机、有机污染物、细菌污染物以及其他有害物质等。矿井水的水质主要受工作面水文地质以及煤质的影响。矿井水水质不同于工业废水的水质，其中不含有毒物质[2]。经检测可知，矿井水的酸度、悬浮物含量、硬度以及硫酸盐含量等指标均超过标准。鉴于此，可针对矿井水采用一定的处理技术达到可食用或降低环境污染的目的。

1.2 矿井水处理技术分析

不同特征的矿井水所采用的处理技术不尽相同。目前，根据水质的不同可将矿井水分为洁净矿井水、高矿化度矿井水、含悬浮物矿井水以、酸性矿井水以及含特殊污染物矿井水。其中，洁净矿井水可直接供居民日常生产和生活使用；含悬浮物矿井水主要采用混凝沉淀的技术对其进行处理；高矿化度矿井水主要处理宗旨为去除其中的盐分，可采用热力法、化学法以及膜分离法等；酸性矿井水主要采用中和法进行处理；对于含特殊污染物的矿井水首先应消除其中的悬浮物，其次针对其具体污染物采用相应的技术进行处理[3]。

本文着重对含悬浮物矿井水处理所采用的混凝技术进行研究。

2 混凝技术研究

2.1 混凝技术原理分析

鉴于矿井水中所煤尘、粉尘颗粒的直径非常小，一般颗粒直径仅为25 mm。而且细小煤尘、粉尘所形成胶体的状态相对稳定，单纯的依靠重力沉降原理无法从根本上去除悬浮物。因此，对含悬浮物矿井水处理时应首先将其中细小的颗粒聚集成较大的颗粒，使其能够在自然沉降的作用下去除，此技术即为混凝技术[4]。

2.2 混凝剂的选择

基于混凝技术完成对含悬浮物矿井水处理工艺的关键工艺环节包括混凝、沉淀以及过滤，其中又以混凝和沉淀工艺为影响其最终处理效果的决定性工艺。而直接影响混凝、沉淀效果的因素为混凝剂的选择。在多年矿井水处理的经验基础上，常见的混凝剂为无机混凝剂和有机高分子絮凝剂按照一定比例混合而成的混凝剂。

2.3 影响混凝效果的其他因素分析

除了混凝剂的种类及其比例为直接影响矿井水混凝、沉淀的效果外，影响混凝效果的主要因素还有温度、pH值的影响。

1)温度对混凝效果的影响。水温是混凝反应、沉降分离的关键控制因素。水温越高，矿井水最终的混凝效果越好；水温过低会延长混凝剂的水解时间，而且此时水的黏性较大不易分离。因此，水温的确定在一定程度上与混凝剂的选取相关。

2)pH值对混凝效果的影响。同样，pH值也是影响矿井水最终混凝效果的关键因素。pH值将主要影响矿井水中胶体颗粒的电荷和胶体的电泳速度[5]。而且，pH值的选取同样与所采用的混凝剂的种类相关。实践表明，当采用硫酸铝作为混凝剂时应将其pH值控制在6.5～7.5之间。当采用三价铁盐作为混凝剂时，根据其任务不同设定对应的pH值；其中，当用于去除矿井水的浊度时，应将其pH值控制在6～8.4之间；当用于去除矿井水的色度时，应将其pH值控制在3.5～5之间。

3 混凝试验

混凝剂作为影响矿井水处理混凝效果的关键因素。本文将以潞安集团五阳煤矿矿井水为研究对象，对其采用不同混凝剂的情况下浊度的去除效果进行验证。本文所验证的混凝剂的类型有絮凝剂硫酸铝(AC)、絮凝剂氯化铁(FC)以及絮凝剂聚合氯化铝(PAC)。

3.1 试验仪器

根据试验需求，试验所需的试验仪器如表1所示。

表1 试验仪器

取200 mL的样品矿井水将其分别置于6个500 mL的烧杯中，将一定量混凝剂分别加入烧杯，充分搅拌后取50 mL样品对其浊度进行检测，实时记录数据。重复操作，分别将另外两种混凝剂按照上述部分加入样品中充分搅拌后测其浊度，得出图1、图2所示的试验结果。

图1 矿井水残留浊度随不同混凝剂投量的变化曲线

图2 矿井水浊度去除率随不同混凝剂投量的变化曲线

分析图1、图2可得：

1) 随着混凝剂投加量的不断增加矿井水中的浊度去处理不断上升，且呈现先快速后缓慢的变化趋势。当混凝剂的投加量达到35 mg/L时，矿井水浊度去除率不再随着混凝剂投量的增加而增大，甚至会出现矿井水去除率下降的情况。造成此种情况的主要原因为当矿井水中的浊度基本去除干净后，继续投加混凝剂反而会加入新的胶体，增加矿井水的浊度。

2) 对于三种混凝剂的去除效率可知，其去除效率从大到小依次为加聚合氯化铝絮凝剂、硫酸铝絮凝剂以及氯化铁絮凝剂。而且，当氯化铝混凝剂的投入量为35 mg/L时，其浊度去除率达到最大为87%；当氯化铁混凝剂的投加量为45 mg/L时，其浊度去除率达到最大87%；当聚合氯化铝絮凝剂的投加量为18 mg/L时，矿井水浊度去除率达到最大值90%。

五阳煤矿采用混凝技术处理矿井水时，应采用聚合氯化铝絮凝剂作为混凝剂，并将其投加量设定为18 mg/L。

4 结语

矿井水作为综采工作面采煤工作必不可少的水资源，其与煤层、岩层等一系列的化学及物理反应使其中含有一定量的污染物、悬浮物、有害物质。为了避免矿井水直接排至地面一方面造成水资源的浪费，另一方方面破坏周边地区生态环境问题的发生，需对矿井水进行处理。混凝技术作为处理含悬浮物矿井水的关键技术，混凝剂种类及其投加量的选择将直接影响混凝及沉淀效果，最终决定处理效果。经本文研究可得：针对含悬浮物的矿井水最佳混凝剂为聚合氯化铝絮凝剂且最佳投加量为18 mg/L。