煤矿水污染治理技术的应用研究

尉 飞

（山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司，山西 临汾 042100）

0 引言

以某废弃矿坑为研究对象，在矿坑中存有大量的煤矿废水，根据估算，矿坑中废水的存量达到了1 400 m3。这些废水不仅长期渗入地下，影响矿区周围的地下水质，而且每当下雨时矿坑中的水会溢出，不仅给矿坑周围的地表植被带来了严重影响，甚至矿坑水会流入到附近的小溪内，造成河流污染。由于该位置地处偏僻而且交通不便，因此长期以来的处理措施主要是采用了沉淀法和氧化还原法进行净化，但沉淀法处理周期和费用较高，氧化还原法则对污水中的重金属离子祛除效果差，难以满足煤矿废水的净化处理需求[1]。

在对矿区废水成因和废水成分进行分析的基础上，提出了一种新的矿井废水处理技术，基于石灰石和石灰乳的二段中和净化工艺技术。现将污水中的Fe2+进行氧化，形成Fe3+，然后再在污水中加入石灰乳，对废水的酸碱度进行调整，促进废水中的金属离子生成氢氧化物沉淀，祛除污水中的大部分金属离子，最后再加入重金属捕集剂来祛除污水中剩余的金属离子，从而达到对煤矿废水的彻底治理。

1 矿区废水来源及成分分析

矿区废水的来源一方面是在煤矿在开采过程中的井下涌水，另一方面是矿区生活废水和自然雨水的汇聚。在对矿区废水进行采样分析后发现废水中的酸碱度偏低且在水中存在着大量的铁离子、镉离子、锰离子、铜离子等重金属离子。这主要是矿区内的煤矿及岩石中含有角度的重金属，再加上雨水的长期冲刷、蒸发等，导致煤矿废水中的重金属离子含量不断增加，矿区废水情况汇总如表1 所示。

优化前对煤矿污水的处理主要是采用了沉淀法和氧化还原法[2]，先将污水在静置池中进行静置沉淀，然后再转入到氧化还原池内进行氧化还原处理。但经过长期应用发现，由于矿区废水的成分比较复杂，该处理方案难以对其进行彻底的净化处理，在净化后的水体中依旧含有大量的重金属离子。

2 新型净化处理方案研究

为了提高对煤矿污水的处理效果，减少污水对环境的影响，提出了一种新的综合污水治理技术，将空气氧化、中和沉淀和硫化沉淀相结合，从而实现对矿井污水的彻底净化。为了对该综合净化处理效果进行研究，进行了针对性的试验验证。

2.1 试验材料及方案

取煤矿污水600 mL，质量分数为25%的氢氧化钠溶液100 mL、氧化钙粉末50 g、质量分数为1 g/L的聚丙烯酰胺50 mL，质量分数为2 g/L 的硫化钠50 mL。在试验时首先把取50 mL 的煤矿污水，然后通过加入氢氧化钠溶液和氧化钙将煤矿污水的pH 值调节成7。将调整为中性的煤矿污水加入到六联混凝搅拌设备来模拟煤矿污水的混凝-沉淀过程，最后再利用ICP-MS 对处理后的污水进行检测[3]。

2.2 净化结果分析

因为煤矿废水呈酸性，因此在对其净化处理的第一步时，常用的pH 调节剂主要是氢氧化钠和氧化钙，两种物质的调节效果，如表2 所示。

表2 不同pH 值调节物质的调节效果对比表

由实际调节效果来看，要将0.5 L 的煤矿废水调节到中性状态，需要5.9 mL 的氢氧化钠溶液或者1.2 g的氧化钙溶液。根据两种物质的价格来算，若要处理1 000 m3的污水需要投入的氢氧化钠溶液的成本约为1 万元，而采用氧化钙后，其成本仅约1 800 元。因此在实际应用时，可采用氧化钙，既能满足pH 调节需求，又可以节约成本。

在反应过程中污水中的铁离子发生水解，生成氢氧化物沉底并形成絮状沉淀物，起到一个混凝作用。同时在废水中含有大量的锰离子，要除去锰离子最好的是采用氧化法，将Mn2+氧化为Mn4+，最终形成MnO2沉淀，最后在混凝过程中过滤掉。在污水中的其他金属离子，则可以通过碱性化学沉淀的方法除去或者通过硫化物沉淀[4]的方法除去，在整个调节过程中污水中的铁离子不断水解产生矾花[5]，能够起到很好的混凝效果。最后再加入混凝剂加速了污水中其他金属离子的絮凝过程，实现了快速沉淀，不同组合工艺的絮凝沉淀方案，如表3 所示。

不同沉淀方案下的沉淀效果如图1 所示。

图1 不同处理工艺下的沉淀效果示意图

由实际验证结果可知，把污水中的pH 值调节到大于5 时就能够使废水中的铁离子形成絮状沉淀。当水中没有添加氧化剂的情况下对污水中锰离子的祛除能力有限，只有在添加氧化剂且将污水的pH 值调整到若碱性的情况下才具有较好的祛除效果。整体来看，在污水中加入PAM能够加快水中的沉淀，但并不能提升水中金属离子的祛除效果，通过调节污水pH值的方式能够有效对污水中重金属离子的祛除效果。

3 新型污水净化处理工艺

结合以上分析，提出了一种新的基于石灰石和石灰乳的二段中和净化工艺技术[6]。在使用时首先把废水抽入到一级反应池中，然后往其中加入石灰石，将污水的pH 值调节到5～6 之间。再调整后再向水池中加入混凝剂，使水中的Mn2+氧化为Mn4+，Fe2+氧化为Fe3+，与此同时该反应还可以起到均质水质的作用，而且Fe3+还能够加速反应池中的混凝反应，减少在净化过程中混凝剂[7]的投入。在反应后利用水泵将一级反应池中的水抽入到二级反应池，此时在水中加入石灰乳，将水质中的pH值调节为8。然后对水质进行测试，若其中依旧含有锌离子、镉离子等，则可以加入一定量的Na2S 进行调节。在完成絮凝后，将二级反应池中的水抽入到斜管沉淀池中，待充分沉淀后将清水排出。该二段中和净化工艺流程，如图2 所示。

图2 二段中和净化工艺流程

目前该煤矿污水处理技术已经在多个煤矿投入了应用，根据实际统计，以处理1 000 m3的污水为基本单元，所需时间约为18 h，比优化前的46 h 降低了60.9%；处理所需的成本约为6 400 元，比优化前的1.7 万降低了62.4%，极大的提升了煤矿污水处理效率和经济性。

4 结论

针对沉淀法和氧化还原法处理煤矿污水所存在的经济性差、处理效率低的不足，提出了一种新的高效净化处理工艺，根据实际应用表明：

1）矿区废水的来源于井下涌水和生活废水、自然雨水含有大量的重金属离子，且矿井废水呈酸性；

2）采用氧化钙，既能满足pH 调节需求，又可以节约成本。

3）基于石灰石和石灰乳的二段中和净化工艺技术，不仅能够有效的祛除水中的重金属离子，而且还能最大程度上降低净化成本。