《礦井污水處理設備技術研究與應用進展》

摘要

本文系統分析了(le)礦(kuang)井(jing)(jing)污(wu)水(shui)處理(li)(li)(li)設(she)備的(de)技術(shu)原(yuan)理(li)(li)(li)、分類(lei)方法(fa)及其在煤礦(kuang)、金屬礦(kuang)等(deng)不同類(lei)型礦(kuang)井(jing)(jing)中的(de)應用效果。針(zhen)對礦(kuang)井(jing)(jing)水(shui)高懸浮(fu)物(wu)(wu)、高礦(kuang)化(hua)(hua)(hua)度及含特(te)殊(shu)污(wu)染物(wu)(wu)的(de)特(te)點，詳(xiang)細(xi)介紹了(le)物(wu)(wu)理(li)(li)(li)沉(chen)淀、化(hua)(hua)(hua)學混(hun)凝(ning)、膜(mo)分離(li)及生(sheng)物(wu)(wu)處理(li)(li)(li)等(deng)主(zhu)流礦(kuang)井(jing)(jing)污(wu)水(shui)處理(li)(li)(li)設(she)備的(de)工作(zuo)原(yuan)理(li)(li)(li)和(he)技術(shu)特(te)點。通過(guo)實(shi)(shi)際工程案例分析，探討了(le)不同處理(li)(li)(li)工藝組合的(de)應用效果，指(zhi)出礦(kuang)井(jing)(jing)污(wu)水(shui)處理(li)(li)(li)設(she)備正朝著高效低(di)耗、智能化(hua)(hua)(hua)和(he)資源(yuan)化(hua)(hua)(hua)方向發(fa)展(zhan)(zhan)，為礦(kuang)山(shan)企業(ye)實(shi)(shi)現(xian)環保達標和(he)可持續發(fa)展(zhan)(zhan)提(ti)供了(le)技術(shu)支撐(cheng)。

關鍵詞 礦(kuang)井水(shui)處理(li)；污水(shui)處理(li)設備；礦(kuang)山環(huan)保(bao)；水(shui)污染控制；資源回收

引言

隨著我國礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)業持續發展，礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井水(shui)(shui)排(pai)放(fang)量逐(zhu)年增加，年排(pai)放(fang)量已超(chao)過70億立方米。礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井水(shui)(shui)通(tong)常含有大量懸浮物、重(zhong)(zhong)金屬、放(fang)射(she)性元素等污染物，若處(chu)理不(bu)當將嚴(yan)重(zhong)(zhong)污染周邊(bian)水(shui)(shui)環境。據(ju)生態環境部統計，2022年礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)業廢水(shui)(shui)排(pai)放(fang)達標(biao)率僅為82.3%，仍存在(zai)較(jiao)大提(ti)升空間。在(zai)此(ci)背景下(xia)，高效可(ke)靠(kao)的(de)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井污水(shui)(shui)處(chu)理設備(bei)成為礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)山企業實現環保(bao)合規的(de)關(guan)鍵保(bao)障。

礦井污水處理技(ji)(ji)術發展經歷了三個(ge)階段：20世(shi)紀80年代前主要采(cai)用(yong)簡單沉淀法；90年代開始引入化(hua)學(xue)混凝和過濾技(ji)(ji)術；21世(shi)紀以來，膜分離、高級氧化(hua)等新技(ji)(ji)術逐(zhu)步(bu)推廣應用(yong)。特別是近(jin)年來，隨著環保標準日益嚴格和資(zi)源回收需(xu)求(qiu)增加，礦井污水處理設(she)備正經歷從單純達標排放(fang)向資(zi)源化(hua)利用(yong)的轉變(bian)。

一、礦井污水處理設備的主要類型及技術原理

1.1 物理處理設備

礦井水(shui)物(wu)(wu)理處理設備(bei)主要包括沉淀池(chi)、澄(cheng)清(qing)器(qi)和(he)過濾(lv)系統等。高效(xiao)(xiao)斜管沉淀池(chi)通過增加沉淀面積(ji)，可處理懸浮物(wu)(wu)濃度(du)高達5000mg/L的礦井水(shui)，去(qu)除(chu)率達90%以上(shang)。澄(cheng)清(qing)器(qi)結合混凝和(he)沉淀過程，處理效(xiao)(xiao)果更穩定。多介質過濾(lv)器(qi)采(cai)用石(shi)英砂(sha)、無煙煤等多層濾(lv)料(liao)，能有效(xiao)(xiao)去(qu)除(chu)細小懸浮物(wu)(wu)。物(wu)(wu)理處理設備(bei)結構(gou)簡單、運行(xing)成本低，但對溶解性污染物(wu)(wu)去(qu)除(chu)效(xiao)(xiao)果有限。

1.2 化學處理設備

化學處理(li)(li)(li)設備通過(guo)投加(jia)藥(yao)劑(ji)(ji)去(qu)除污染物(wu)，主(zhu)要包(bao)括混(hun)凝(ning)(ning)沉淀系(xi)統(tong)、中和(he)設備和(he)氧化裝置等。自動(dong)加(jia)藥(yao)系(xi)統(tong)可(ke)精確控制混(hun)凝(ning)(ning)劑(ji)(ji)、絮凝(ning)(ning)劑(ji)(ji)投加(jia)量(liang)(liang)；高(gao)效(xiao)混(hun)凝(ning)(ning)沉淀設備處理(li)(li)(li)后的出(chu)水懸浮物(wu)濃度(du)可(ke)降至30mg/L以下。針對酸(suan)性礦井水，石(shi)灰石(shi)中和(he)反應(ying)(ying)器能有效(xiao)調節pH值并去(qu)除重金屬。化學處理(li)(li)(li)設備反應(ying)(ying)速度(du)快、效(xiao)果(guo)顯著，但(dan)藥(yao)劑(ji)(ji)消耗量(liang)(liang)大(da)，污泥產量(liang)(liang)多。

1.3 膜分離設備

膜(mo)(mo)分離技術(shu)是礦井(jing)水(shui)(shui)深(shen)度(du)處理的核心手段，主要包(bao)括微(wei)濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和(he)反滲(shen)透(RO)系統。陶瓷膜(mo)(mo)微(wei)濾設備耐污染性強，適用(yong)于高(gao)濁度(du)礦井(jing)水(shui)(shui)預(yu)處理；卷式反滲(shen)透膜(mo)(mo)脫鹽率可(ke)達98%以上，能將高(gao)礦化度(du)礦井(jing)水(shui)(shui)淡(dan)化為可(ke)回用(yong)水(shui)(shui)。膜(mo)(mo)分離設備出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質好(hao)、占(zhan)地面積小，但(dan)投資和(he)運行成本較(jiao)高(gao)，需定期進行化學清洗。

1.4 生物處理設備

生(sheng)物(wu)處理設備主要用于去除礦(kuang)井(jing)水(shui)中(zhong)的有(you)機(ji)污(wu)染(ran)物(wu)和氨氮(dan)，包括生(sheng)物(wu)接觸氧化池(chi)、曝氣生(sheng)物(wu)濾(lv)池(chi)(BAF)等(deng)。BAF設備采用特(te)殊濾(lv)料，兼具過濾(lv)和生(sheng)物(wu)降解功能，氨氮(dan)去除率(lv)可(ke)達85%以上。針對含特(te)殊有(you)機(ji)物(wu)礦(kuang)井(jing)水(shui)，厭(yan)氧-好氧組合工藝處理效(xiao)果更佳。生(sheng)物(wu)處理設備運(yun)行(xing)費用低(di)、環境友好，但啟(qi)動(dong)周期(qi)長，對水(shui)質波(bo)動(dong)較敏感。

二、礦井污水處理設備的工程應用案例

2.1 煤礦礦井水處理

山西某大(da)型(xing)煤礦(kuang)采用(yong)"預沉(chen)(chen)調節+混凝(ning)沉(chen)(chen)淀+深度(du)過濾"工藝處(chu)理高濁度(du)礦(kuang)井水(shui)。處(chu)理系統包括兩(liang)座(zuo)直(zhi)徑(jing)20m的輻流式沉(chen)(chen)淀池、兩(liang)組V型(xing)濾池和(he)紫外消毒設(she)備，設(she)計(ji)處(chu)理能力30000m³/d。運行(xing)數據(ju)顯示，出水(shui)懸浮物(wu)<10mg/L，濁度(du)<5NTU，完全滿足《煤炭工業污染物(wu)排放標準》。處(chu)理后(hou)的水(shui)70%回用(yong)于井下防塵和(he)洗煤，年節約水(shui)資源(yuan)費約500萬元(yuan)。

2.2 金屬礦酸性廢水處理

云(yun)南某鉛(qian)鋅礦采(cai)(cai)用"中和(he)(he)沉淀+膜過濾"組合(he)工藝(yi)處理(li)(li)酸性礦井水(shui)。處理(li)(li)系統包括(kuo)石灰乳(ru)中和(he)(he)槽、絮凝沉淀池和(he)(he)管式微濾設(she)備，設(she)計處理(li)(li)能力(li)5000m³/d。處理(li)(li)后出(chu)水(shui)pH值6.5-8.5，鉛(qian)、鋅等(deng)重金屬含量(liang)均低(di)于0.1mg/L，達到(dao)《污水(shui)綜合(he)排放標準》一級標準。項(xiang)目創新采(cai)(cai)用污泥深度脫水(shui)技術，將含水(shui)率降至60%以下(xia)，大幅減少了危廢(fei)處置(zhi)量(liang)。

2.3 放射性礦井水處理

貴(gui)州某(mou)鈾礦采用"化學沉淀+離子(zi)(zi)交換+反滲(shen)透"三級處理工(gong)藝。預處理階段(duan)投加氯化鋇和(he)硫酸鐵去除鐳(lei)等放射(she)(she)性(xing)元素；離子(zi)(zi)交換柱(zhu)進一步(bu)吸附鈾、鐳(lei)等；反滲(shen)透系(xi)統確保(bao)最(zui)終出(chu)水總α、總β放射(she)(she)性(xing)分別低于0.1Bq/L和(he)1Bq/L。處理系(xi)統配備在線監測(ce)和(he)自動控制系(xi)統，實(shi)現(xian)了放射(she)(she)性(xing)指(zhi)標的實(shi)時監控和(he)預警。

三、礦井污水處理設備的技術發展趨勢

3.1 高效低耗技術

新型高效(xiao)絮凝(ning)劑和混凝(ning)設備(bei)的開(kai)發(fa)顯著提(ti)高了(le)處理效(xiao)率，如(ru)磁混凝(ning)技術可(ke)(ke)使(shi)沉淀時間(jian)縮短(duan)至常(chang)規工藝的1/3。低能耗膜材料的研發(fa)使(shi)反滲透(tou)系統(tong)的運行(xing)壓(ya)力從傳統(tong)的1.5MPa降至1.0MPa以下，能耗降低30%。太陽能驅動的水處理系統(tong)在偏遠礦區具有良好應用前景，某示范項目(mu)數據顯示，太陽能供電可(ke)(ke)覆蓋系統(tong)60%以上(shang)的能耗需求。

3.2 智能化控制系統

基(ji)于物(wu)聯(lian)網的智能(neng)監控系(xi)統可實時(shi)采集水質、設(she)(she)備運(yun)行等(deng)數(shu)(shu)(shu)據，通(tong)過大數(shu)(shu)(shu)據分析優(you)化(hua)加(jia)藥量和運(yun)行參數(shu)(shu)(shu)。某智能(neng)水廠應用案例顯示，采用智能(neng)控制系(xi)統后，藥劑消耗量減少20%，出水水質穩定性(xing)(xing)提高35%。預測性(xing)(xing)維護技術通(tong)過分析設(she)(she)備振動、溫度等(deng)參數(shu)(shu)(shu)，提前發(fa)現潛在故障，使(shi)設(she)(she)備非計劃停機(ji)時(shi)間減少50%以上。

3.3 資源化利用技術

礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)水中(zhong)(zhong)的有價元素回(hui)收(shou)(shou)技術日益(yi)成(cheng)熟，如電滲(shen)析法可從高鹽礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)水中(zhong)(zhong)回(hui)收(shou)(shou)氯化鈉；選擇性吸附材料(liao)可富(fu)集回(hui)收(shou)(shou)稀散(san)金(jin)屬。某金(jin)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)采用"沉淀-吸附-電解(jie)"工藝(yi)，年回(hui)收(shou)(shou)銅50噸、金(jin)5公(gong)斤，創造經濟效益(yi)800余萬元。處理后(hou)的礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)井(jing)水回(hui)用率不(bu)斷(duan)提高，先進礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)山可實現85%以上的回(hui)用率，大幅減少新水取用量。

四、結論

礦井污水(shui)處理設備作為礦山環保設施的(de)(de)重要(yao)組成(cheng)部分，在防治水(shui)污染、實現水(shui)資源循(xun)環利用方(fang)面發(fa)揮(hui)著關鍵(jian)作用。本文研究(jiu)表(biao)明(ming)，現代礦井污水(shui)處理技(ji)術已形成(cheng)物理、化學、生物和(he)(he)膜分離等多(duo)元技(ji)術體系，能(neng)夠針(zhen)對不(bu)同類(lei)型礦井水(shui)的(de)(de)特點提供有效(xiao)解決方(fang)案。在實際(ji)應用中(zhong)，應根據礦井水(shui)水(shui)質特征和(he)(he)處理要(yao)求，合理選擇(ze)和(he)(he)組合不(bu)同處理單元，才能(neng)實現最佳的(de)(de)技(ji)術經濟效(xiao)果。

未來礦(kuang)(kuang)井污水處(chu)理(li)設(she)備的(de)發(fa)展應重點關注三個(ge)方向：一是開發(fa)更(geng)(geng)高(gao)效、更(geng)(geng)低(di)(di)耗(hao)的(de)處(chu)理(li)技術(shu)和設(she)備，降低(di)(di)運(yun)行成本；二是推進智(zhi)能化升級，提高(gao)系統(tong)穩定性(xing)和管理(li)效率；三是加(jia)強資(zi)源回收技術(shu)研發(fa)，實現污染物治(zhi)理(li)與資(zi)源利用的(de)協(xie)同(tong)。建議礦(kuang)(kuang)山企(qi)業加(jia)大環保投入，及時更(geng)(geng)新處(chu)理(li)設(she)施；同(tong)時，政府部(bu)門應完善標準體系，加(jia)強監管，共(gong)同(tong)推動礦(kuang)(kuang)業綠(lv)色可持(chi)續(xu)發(fa)展。