摘 要 对国内矿井水净化处理技术的现状和存 在的主要问题进行了阐述，重点介绍了姚桥煤矿矿井水处理技术的工艺流程及其特点。通过 进行效益分析，认为该矿井水净化处理技术具有一定的推广应用前景。
关键词 矿井水 净化处理技术 工艺 效益
我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代末，目前用于处理能力在 每天几 万t以下的，处理地表江河、湖泊水的净化处理构筑物，在煤矿矿井水处理工艺中大部分被 采 用过，如预沉调节池、反应沉淀池 （或澄清池）、过滤池等。矿井水净化处理后可作工业 用水或生活用水。已投入使用的净化处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝 沉淀过滤（混凝澄清过滤）等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技 术。处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤（混凝澄清过滤）处理技术 。处理后作为生活用水，过滤后必须再经过消毒处理。有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。
1 矿井水处理技术现状
（1）混凝剂和混合形式。
含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂。目前聚合氯化铝较为常用，也有用 聚合铝铁的。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。
矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混 合较常采用。
（2）沉淀和澄清。
矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管（板）沉淀，其处理能耗小，但存在处理设施占地面积大，沉淀污泥易堵塞造成排泥不 畅等缺点。机械加速澄清池、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设 施，水力循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和 操作方便等优点。机械加速澄清池占地面积较小，但处理能耗大、设备维护工作量大，实际 应用中处理效果不如水力循环澄清池好。气浮池也有应用，但应用较少。
（3）过滤。
矿井水处理常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂，反冲 洗操作繁琐；重力式无阀滤池能自动反冲洗，操作简便，管理和维护方便。滤池通常采
用无 烟煤和石英砂双层滤料。
（4）消毒。
矿井水净化处理后作为生活用水必须经过消毒处理，一般采用二氧化氯消毒，次氯酸钠 和采用较少。
（5)矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物，具有黑、加药后 形成的 矾花结构松散、沉降速度慢等特点。许多含悬浮物矿井水处理工程，投入运行后，设计水量 和水质达不到设计要求，主要是因为反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值较大所 致。另一方面，由于提升泵、供水泵、加药设备、消毒设备、控制系统和附属建（构）筑等 均按设计处理水量设计，这就造成工程投资的巨大浪费。
（6)不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大，决定了投加混凝剂种类和数量不尽相 同。由于混凝药剂选择和投加不当，使得一些煤矿矿井水处理后达不到预期效果。由于不能 及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控，许多矿井水处理工程 只有水泵和简易的加药装置，因此，矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。
（7)煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油，油类物质进入矿井 水中，采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。
2 姚桥煤矿矿井水净化处理工艺 姚桥煤矿矿井水处理工程的设计处理能力为9000t/d，处理后作为生产和洗澡用水，采用混 凝反应、澄清、过滤及消毒工艺，流程见图1。 图1 矿井水处理工艺流程 矿井水由井下排水泵提升至预沉调节池，自流进入吸水井，由提升泵提升进入水 力循环澄清池，泵前加入混凝剂、泵后加入絮凝剂，水力循环澄清池出水自流进入重力式无 阀滤池，滤池出水自流进入清水池，清水池前投加二氧化氯进行杀菌消毒。无阀滤池的反冲 冼水自流进入集水池，由潜污泵提升进入预沉调节池，以提高矿井水资源的利用率。水力循 环澄清池内泥斗中的煤泥水定时排放至煤泥浓缩池，浓缩后经渣浆泵提升进入压滤系统处理 。 3 矿井水处理工艺特点 姚桥煤矿矿井水处理工程根据矿井水水质特点确定工艺技术参数，采用一次提升到水力循环 澄清池，再自流进入后续各处理构筑物，出水水质稳定可靠，动力设备较少，能耗较低。 采用水力循环澄清池与重力式无阀滤池相结合的工艺技术，主要处理构筑物采用钢筋混凝 土 结构，具有占地面积小、使用寿命长、工程投资省、工艺简单、操作管理方便、运行成本低 等特点。
矿井水中浮化油在投入电解质混凝剂后脱稳，被水力循环澄清池内大量的回流泥渣截留和吸 附，得以有效去除。
姚桥煤矿矿井水净化处理系统实现了自动加药、自动排泥、自动反冲洗的全过程监控，包括 电 控系统、上位监控系统、PLC系统和仪表检测系统。仪表检测系统包括加药流量、处理流量 、水池液位和加药箱液位、进水和出水浊度等连续自动检测。
4 效益分析
4.1 经济效益分析
姚桥煤矿矿井水处理工程实施之前，全矿生产和生活用水主要靠抽取地下深井水，矿井水处 理工程实施以后每年可净化利用的矿井水量为324万t。
（1） 抽取地下水成本和年抽水费用。深井水每年抽取量324万t；年抽水费用206.1万元； 抽水成本0.636元/t。
计算依据是：水资源费0.23元/t；电价0.52元/度；排污费0.08元/t；现有水源井15个，水 源 井投资28万元/个（其中打井费用15万元/个，土建、设备及安装13万元/个），水源井使
红外扫描仪用 寿命20年；每个水源井提升泵1台，功率15kW，每日运行15h，流量40t/h；每个水源井操作 人员2人，人工工资900元/月；每个水源井年维护费用1万元。
（2） 矿井水处理成本和年净化利用矿井水费用。 矿井水年处理水量324万t；年净化利用矿井水费用74.5万元；水处理成本0.19元/t（不包括 供水电费）。
计算依据是：工程投资253万元，其中土建工程94万元，设备工程106万元，安装工程35万元 ， 其它费用18万元；土建折旧按40年，设备折旧按20年；设备年维修费按设备投资的2%；电价 0.52元/度，矿井水处理有效功率42kW，供水有效功率30kW；操作管理人员8人，人工工资900元/月；聚合氯化铝（PAC）2000元/t，投加量30mg/l；聚丙烯酰胺（PAM）20000元/t，投 加量0.3 mg/l；处理水量9000t/d，年有效生产天数360d。
（3）年经济效益。
年经济效益=年免抽取深井水费用+年免交排污费-年净化利用矿井水费用=206.1+25.9（0.08 元/t×324万t)-74.5=157.5万元。
4.2 环境效益分析
泡钉姚桥煤矿矿井水净化处理后，每年可减少排放悬浮物630t，环境效益明显。
4.3 社会效益分析
矿井水净化处理后作为生产和生活用水可以减少地下深井水的开采量，节约地下水资源，保 护矿区地下水和地表水的自然平衡；可以解决过度开采地下深井水带来的环境问题，改善煤 矿企业和周围村庄之间的关系；可以解决矿区用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾， 保证煤矿企业的正常生产和经营，提高煤矿企业的综合效益，促进矿区的可持续发展。
节能燃烧器 5 结语
我国煤矿矿井水年排放量约为22亿t，而矿井水的资源化利用率仅在20%左右，大量未经处理 的矿井水直接排放，不仅污染了环境，而且还浪费了宝贵的矿井水资源。我国煤矿企业多分 布在干旱和半干旱地区，水资源较贫乏，约2/3的煤矿缺水和严重缺水，生产和生活用水 紧张，在相当程度上制约了煤炭生产和矿区经济的可持续发展。
姚桥煤矿矿井水净化处理技术为国家“九五”期间重点技术创新项目，其处理技术 在其它煤矿区应用，会有广阔的推广前景。
参考文献
周如禄等.煤矿含悬浮物矿井水净化处理技术探讨. 煤矿环境保护,2000 （1）
优化改造前煤泥水处理系统存在的问题
枣庄矿业集团有限公司高庄煤矿位于微山湖畔，是年产90万t的水采矿井，采用全水力 运输方式，矿井建有1座与其规模相适应的选煤车间，入洗水采原煤。
井下水采的煤水混合物提升至脱水车间脱水，脱水筛溢流水（即煤泥水）进入水采煤泥 浓缩机浓缩，浓缩机溢流水部分进入高压水池作为井下水采用水，剩余水进入煤泥水处理站 ，经浓缩机、翼片斜板沉淀池处理后外排。 mpo3
高庄煤矿于2001年10月13～15日对煤泥水系统实际处理水量、水质等进行了监测，结 果见表1。由表1可见，现有煤泥水系统不能达到原设计的处理效果，出水严重超标。 经分析，造成处理后水质不达标的主要原因，
一是处理水量太大，煤泥水水平流速过大，在构筑物内停留时间短，悬浮物难以在较短 的时间内沉淀，而随水流流出；
二是煤泥水浓度太高，使浓缩机处理的固体物总量太大，沉淀容易压耙，使浓缩机不能 正常工作；
三是煤泥水水质变化大，其混凝沉淀性能下降，较难沉淀。
表1 改造前煤泥水处理实际运行情况（略）
2 优化改造工艺
2.1 煤泥水特性分析
高庄煤矿煤泥水的主要特征是悬浮物浓度高，所含固体颗粒物细，主要成分为煤粉、 岩石粉尘等悬浮物及微生物。在堆放输送提升过程中，溶解性杂质被氧化，有的物质被析出 ，部分煤尘与岩尘以胶体分散状态存在于水中，颗粒带有-18～-25V的负电。颗粒的负电荷 与水的正电荷构成“双电层”水化膜，使颗粒在水中保持分散状态。此外煤泥颗粒在水中 还受布朗运动影响，颗粒界面间的相互作用，和煤泥水中混入一定量的机械用的油类 ，使得煤泥水性质复杂化，不但有悬浮液的特性还有胶体和油类的某些性质。 2.2 优化工艺的确定 目前矿井水、煤泥水处理主要采用混凝沉淀工艺去除水中悬浮物，若考虑回用，再增 加过滤处理工艺。高庄煤矿的煤泥水由于水量、水质的变化，单纯采取混凝沉淀的处理方法 效果不理想，必须结合其它处理方法才能改进处理效果。通过调研及多次技术论证，本次优 化改造设计考虑将原有水处理浓缩机和斜板沉淀池从系统中分离出来，改为在水采煤泥浓缩 池后增加高效煤水净化器直接处理煤泥水。
2.2.1 高效煤水净化器的工作原理 高效煤水净化器是将混凝反应、离心分离、重力分离、动态过滤和污泥浓缩等技术在同 一罐体内优化组合，在短时间内完成多级净化，使固液分离。
直流混凝原理、临界絮凝机理、微絮凝造粒机理的运用取代了混凝反应池，在净化器外 利用泵和管道及水流完成药剂的水解、混合、压缩双电层和吸附中和作用后高速沿切线方向 进入罐体，快速完成吸附架桥，絮凝形成矾花。
离心分离是利用废水沿切线方向进入罐体产生高速旋流，进行固液分离。 在重力分离 阶段，废水旋转速度的逐渐下降，悬浮颗粒（絮凝体矾花）在此进入生长期。矾花不断增长 ，当其增长到一定程度时，它的下沉速度高于废水的上升速度，便下沉到锥部的污泥浓缩区 。
在上层动态过滤中，滤料选用特殊的表面吸附悬浮滤料，根据出水水质的要求配置不 同粒径和不同的厚度，废水经分离后进入动态过滤层完成迁移机理，又经过附着机理和脱落 机理的 过滤能使其进一步净化。
电热器是利用
分离和过滤脱落的较大悬浮颗粒在离心力和重力的作用下沿罐体下滑至锥形泥斗区，污 泥在锥形泥斗区中上部，在聚合力作用下，颗粒体结合成一整体，各自保持相对不变位置 共 同下沉；在泥斗区中下部悬浮物浓度高、颗粒间距离变小，颗粒相互接触、相互支撑，在罐 体下旋水力及上层颗粒重力作用下，下层颗粒将缝隙中液体挤出界面，固体颗粒被浓缩压密 后，从锥体底部排泥管连续或间断排出。
表2 净化器处理煤泥水的工业试验结果（略）
2.2.2 优化改造工艺的验证 为确保工艺的可靠性，在进行实验室试验后，使用了小试设备对高庄煤矿煤泥水进行了 工业试验。
小试设备处理能力为 0.2m 3/h，小试设备采取现场连续工作模式，共试验了3天，每天运 转8～10h。并对小试设备处理水样进行了送检，其检验结果如表2。从试验结果看，采用高 效煤水净化器直接处理水采煤泥浓缩机出水是可行的，经处理后的煤泥水可以达标排放。 三足式离心机
2.3 优化改造工艺流程 根据对高庄煤矿煤泥水特性分析、高效煤水净化器试验以及煤泥水处理后的用途，确定了优 化改造后工艺流程，见图1。
煤泥水从井下抽至浓缩机预沉，浓缩机出水自流入集水池，用水泵将煤泥水输送至高效 煤水净化器，在进水泵进水管道中加入无机药剂，再用加药泵将有机药剂抽至净化器内混合 ，在净化器内经混凝反应、微絮凝造粒、离心分离、重力分离、动态过滤和污泥浓缩等过程 处理，从设备底部排出浓缩污泥，设备顶部排出清水。
图1 优化改造后的煤泥水处理工艺（略）
3 优化改造的效果
3.1 煤泥水处理效果
高庄煤矿煤泥水经小试设备现场试验后，设计选用了南京慧邦科技研究所研制的4台处 理量为150m 3/h的DH-MSQ-150型高效煤水净化器，处理水量约600m 3/h。经调试，已运行 10个多月，系统运行正常，出水均达到了技术指标。2003年12月由济宁市环保局对该工程进 行了验收。
3.2 经济效益分析 系统改造后，水采煤泥浓缩机溢流水经净化器处理后，可以达标排 放或回用，煤泥可以回收。水采煤泥浓缩机溢流水浓度一般为14～37g/ l，本次按14g/l计 ，
处理后排水浓度按70mg/l计，处理水量按550m 3/h计，可回收煤泥5.6万t/a，每吨煤泥 价格按120元计，则价值672万元/a。
另外，处理后的出水有一部分作为井下煤水泵密封水，代替了取深井水，每年可节约水 资源100万t，少缴水资源费65万元，节约提升电费15万元。优化改造后，外排水实现了达标 排放，每年可免缴几十万元的和少缴十几万元的排污费。煤泥水治理的经济效益十分 可观。
3.3 环境效益及社会效益分析
煤泥水处理系统优化改造工程完成后，矿井每年减少向微山湖排放煤泥5.6万t，可大大 减少对微山湖的污染，环境效益良好。另外，也可避免因污染引起的与当地农民的纠纷，从 而可促进工农关系，也有利于当地经济的发展，因而也有较好的社会效益。
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