煤矿井下废水的污染分析及治理措施研究

王秀田

（忻州市生态环境保护综合行政执法队，山西 忻州 034000）

引言

煤矿资源为我国社会经济发展作出了非常重要的贡献，已经深入我国民众生活和工作的方方面面[1]。随着人们生活质量的不断提升，对煤炭资源的需求量也越来越大。我国每年都会开采大量的煤矿资源，以适应人们的日常生活和社会经济发展[2]。但在煤矿开采的同时也带来了一系列的环境污染问题，其中矿井废水污染就是非常典型的生态问题[3]。煤矿开采通常在地下进行，不可避免地会涌出大量的地下水。另外，井下工作人员活动也会产生一定的生活废水[4]。这些煤矿废水中通常包含有很多重金属物质、颗粒悬浮物等，如果不加以处理直接对外排放，必然会对煤矿周围的水质和土壤等造成恶劣影响。针对该问题，国内外学者开展了大量的研究，提出了生物法、沉淀法等多种方式对煤矿废水污染问题进行治理，取得了一定的应用效果[5]。本文主要结合某煤矿废水实际情况，采用微生物吸附法对废水污染进行治理，通过实践应用发现取得了较好的效果。

1 煤矿废水的污染情况分析

1.1 矿井废水污染测定方法

某煤矿开采年限相对较长，距今已有30 多年，设计的年产量为100 万t。受历史条件制约，当时在设计方面考虑不全面，在煤矿井下废水污染治理方面比较欠缺，处理工艺比较简单，导致矿井中涌出了大量废水直接对外排放，排放标准无法满足当前的国家有关标准。亟需对废水的污染情况进行分析，在此基础上提出对应的治理措施[6]。

为了对煤矿井下废水的污染情况进行分析，在该煤矿的6 个位置随机进行取样，然后对以上水试样的pH 值、固体颗粒悬浮物（SS）浓度、色度以及重金属含量等进行测定。其中，测定pH 值首先将试样静置15 min，再利用精密酸度计对其pH 值进行测定，执行国家标准GB 6920—1986《水质pH 值的测定玻璃电极法》；固体颗粒悬浮物浓度（SS）、色度指标按照国家标准GB 11901—89《水质悬浮物的测定重量法》中的要求进行测定；重金属的含量通过火焰原子吸收法进行测定。

1.2.矿井废水污染结果

根据以上确定的矿井废水污染指标及其测定方法，得到了6 个采样点对应的指标测量结果，如第232 页表1 所示。表1 中还列出了国家标准中关于工业废水排放的二级标准。由表中数据可知，矿井废水的pH 值偏小，整体上呈现出酸性的特点，比二级排放标准的pH 值要低很多。固体颗粒悬浮物（SS）方面，采样水质检测结果大部分在国家标准300 mg/L 以上，但超出幅度不是很大。水质色度方面，所有取样整体上均呈现出透明、浅黄状，稀释倍数达到了400，超过了二级标准中的80。重金属元素质量浓度方面，6 个取样点中铁元素质量浓度分布在454 mg/L～480 mg/L 范围内，对于铁元素排放标准中未明确要求；汞元素质量浓度分布在0.095 μg/L～0.252 μg/L范围内，大幅度超过了排放标准0.05 μg/L；锌元素质量浓度分布在0.605 mg/L～5.041 mg/L 范围内，除第5 个试样超过排放标准5mg/L 外，其他试样均没有超过排放标准；铅元素质量浓度分布在0.0.987 mg/L～2.609 mg/L 范围内，除第2 个试样未超过排放标准1 mg/L 外，其他试样均超过了排放标准。

表1 6 个取样点废水污染情况统计结果

基于以上结果可以看出，煤矿井下产生的废水存在很大的污染性，很多指标均没有达到我国工业废水的排放标准，甚至远远超过了标准要求。因此，必须对矿井废水进行有效治理，达到国家标准要求后才可以对外排放。

2 煤矿废水治理的实验研究

2.1 微生物菌株的选择性及处理方法

已有的研究表明，硅酸盐细菌BM03 菌株可以对煤矿废水中的各项污染物进行有效吸附。因此本研究中选用该类型菌株开展相关实验工作。硅酸盐细菌BM03 菌株培养时对营养成分的要求非常低，可以通过多种糖类进行培养，并且培养过程中不会产生很多的酸，培养时间只需要4 d～5 d 即可。

硅酸盐细菌BM03 菌株的培养过程可以划分成为4 个环节：菌种活化培养→氮环境下首次培养→氮环境下再次培养→发酵液培养，具体培养方法可以参考曾岭岭[6]的研究成果。在最后一个培养环节中，当培养液中出现了絮状沉淀物并且整体上比较稳定时意味着发酵完成。将该沉淀物从培养液中取出并摇匀以后，即可作为煤矿废水的微生物吸附材料。

对煤矿废水进行处理时，首先在250 mL 的三角瓶中注入100 mL 废水，放置15 min 后向内部添加10 mL 吸附材料。然后通过全温振荡器对三角瓶进行振荡处理，振荡时设备的旋转速度为130 r/min，持续10 min，环境温度控制在28℃，然后放置4 h，使之更好地完成吸附工作。

2.2 微生物吸附法处理结果

完成煤矿废水微生物吸附工作后，再次对废水中的各项污染指标进行详细检测。以下主要以表1中比较典型的第5 组试样为例进行对比分析，如表2所示为微生物吸附前、后煤矿废铁中各项指标的对比情况。

表2 微生物吸附前后煤矿废铁中各项指标对比

由表2 中数据可知，通过硅酸盐细菌BM03 菌株对煤矿废水进行吸附处理后，各项水质指标均有了明显的改善。其中，色度和汞元素的改善幅度最明显，分别达到了84%和80%，其次为汞元素质量浓度和pH 值，变化程度分别达到了60.86%和45.1%，其他各项指标的改善幅度均达到了21%以上。综上，基于微生物吸附方法可以有效改善煤矿废水的水质，不仅可以对水中包含的重金属元素进行吸附以降低其浓度，还可以有效改善废水的色度、固体颗粒悬浮物比例、pH 值等，使之全部达到国家二级排放标准范围以内。

3 煤矿废水治理技术的实践应用分析

针对该煤矿排放的废水中各项指标不达标的问题，结合微生物菌株吸附实验结果，拟采用微生物吸附方法对该煤矿排放的废水进行治理。如图1 所示为基于微生物吸附法的煤矿废水治理流程框图。

图1 基于微生物吸附法的煤矿废水治理流程框图

由图1 可知，煤矿井下产生的废水首先通过隔栅进行处理，目的是对大颗粒物质进行过滤，再通过pH 调节池对废水的pH 值进行调整，目的是提升废水的pH 值，保障微生物吸附的效果。废水在进入微生物吸附池前，需要在沉淀池中完成第一次沉淀工作，这样废水中包含的大颗粒物质可以进行沉淀。在微生物吸附池中进行处理时，专门增加了曝气装置，作用是提升微生物的活性，增强其吸附能力，保障吸附质量和效果。吸附完成后进行二次沉淀，对于沉淀物中的重金属物质可以进行回收再利用。

以上煤矿废水处理工艺在工程实践中取得了较好的应用效果，通过该工艺进行处理后，排放的煤矿废水水质均达到了国家二级排放标准。为生态环境保护工作奠定了良好的基础，创造了很好的生态效益。

4 结论

本文主要以煤矿井下中的废水为研究对象，对废水中的污染物及其治理措施进行了研究。通过对煤矿废水中的pH 值、固体颗粒悬浮物含量、色度以及重金属含量指标进行检测，发现以上指标中大部分都超过了工业废水国家二级排放标准，对煤矿周围的水质和土壤安全构成了严重影响。基于微生物吸附方法对煤矿废水进行处理，通过实验发现硅酸盐细菌BM03 菌株具有非常好的吸附效果。经该微生物处理后，废水中的各项指标均有了明显改善，都降低到了国家排放标准范围内。将微生物吸附工艺方法应用到煤矿工程实践中，取得了较好的效果，生态效益显著。