引言
我国尤其是北方煤矿区用水极为紧张，矿区能源开发与水资源紧张的矛盾已严重制约了煤矿工业的发展，解决水资源问题的有效途径之一是废水资源化与回用。
全国煤矿每年外排矿井水约 22 × 108m3，利用率却不到20%。2005年预计矿井水外排总量将达到23.5 × 108m3，综合利用率23%。地面水源受到广泛污染，处理成本日益提高，而矿井水来源于地下水，矿井水污染程度轻，处理容易，成本低，是宝贵的水资源。
本文以阜新矿区矿井水为例，探讨矿井水的处理与回用。
1 阜新矿区矿井水概况
井下涌出的矿井水主要来源于地下水，矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分。阜新矿区28对矿井总涌水量为每日8 X 104m3，远景总涌水量为14 x104m3。阜新矿区矿井水受矿区地质环境影响，一般属碳酸钙镁型水，pH值在7.0～8.25，偏碱性。水质分析化验表明，矿井水的水质较好，在36项指标中，大部分均满足生活饮用水标准，只有表1所示的几项成份超标，这给矿井水的净化和处理提供了有利的先决条件。
2 混凝试验研究
以表1所列的水为研究对象。
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表1 五龙矿3个井超标项目水质指标
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水类别
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总硬度
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浊度
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色度
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总溶解性固体
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硫酸盐
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氟化物
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细菌总数
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大肠菌群
|
|
矿井水
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740.1
|
100
|
35
|
1364
|
274.0
|
1.6
|
552
|
160
|
|
饮用水标准
|
450
|
3
|
15
|
1000
|
250.0
|
1.0
|
100
|
3
|
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该矿井水的特点是：水中的颗粒物主要由煤粉组成，悬浮物粒度小，比重轻，一般是 1.4 g/cm3左右，大约是泥沙密度的1/2；煤粉与一般无机混凝剂的亲和能力稍弱，有些颗粒细小的煤粉难以为药剂所凝聚。选择聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚丙烯酸胺（PAM），进行单独投加混凝剂以及混凝剂配合投加的一系列混凝试验，最后确定最佳混凝剂及其最佳投加量、最佳PH值。
2.1 单一混凝剂混凝效果的研究
2.1.1 最佳混凝剂的确定
在表1所示的矿井水中分别加人聚合氯化铝（PAC），聚合硫酸铁（PFS），聚丙烯酸胺（PAM）。经快速、慢速搅拌后，静置20 min，测上清液浊度。试验结果见表2、表3。
由表2、表3的数据可知，PAC的混凝作用最好，最佳投药量为10mg/L。
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表2 PAC和 PFS混凝实验结果
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混凝剂
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聚合氯化铝（PAC）（浓度：1%）
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聚合硫酸铁（PFS）（浓度：2%）
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投加量/(mg·L-1)
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1
|
5
|
10
|
15
|
20
|
25
|
2
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
|
上清液浊度/NTU
|
30
|
15
|
8.0
|
8.5
|
9.5
|
14
|
35
|
20
|
12
|
14
|
16
|
19
|
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表3 PAM混凝试验结果PAM 浓度1%
|
|
投加量
|
0.05
|
0.1
|
0.2
|
0.3
|
0.4
|
0.5
|
|
上清液浊度/NTU
|
39
|
25
|
15.5
|
15
|
14.5
|
14.5
|
|
|
表4 PAC的最佳使用pH值试验结果
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|
试验项目
|
不同pH值时的混凝效果
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|
PH
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
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投加量/(mg·L-1)
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
10
|
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上清液浊度/NTU
|
35
|
20
|
10
|
8
|
10
|
12
|
|
2.1.2 PAC的最佳使用pH值确定
在PAC投加量为10mg/L的条件下，试验了PH对混凝效果的影响，试验结果见表4。
由表4可得出，PAC混凝的最佳pH值为7。
2.2 复合混凝剂混凝效果的研究
根据上面所得试验结果以及矿井水水质特征，为了进一步降低浊度，可以在采用高分子无机混凝剂PAC的情况下，再投入少量有机高分子絮凝剂来起助凝作用。因为有机高分子絮凝剂表面有大量的疏水性基团，比较容易接近和吸附带有疏水性基团的煤粒子，使之吸附在其表面，通过联结架桥作用，形成大而密实的矾花，试验时，定量加入PAC或PFS混凝剂，快搅（300 r/min）lmin，再快搅（100 r/min）lmin后加入PAM溶液，随后缓慢搅拌（50 r/min）10 min，静置沉淀20 min后取上清液测定浊度。
2.2.1 复合混凝剂最佳投药量确定
试验结果见表5。
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表5 复合混凝剂混凝实验结果
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混凝剂
|
PAC＋PAM试验结果
|
PFS＋PAM试验结果
|
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水样编号
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
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投加量/（mg·L-1）
|
5+0.05
|
5+0.1
|
5+0.2
|
5+0.3
|
5+0.4
|
5+0.5
|
10+0.05
|
10+0.1
|
10+0.2
|
10+0.3
|
10+0.4
|
10+0.5
|
|
上清液浊度/NTU
|
8
|
6
|
3.5
|
3.3
|
3.3
|
3.3
|
12
|
8
|
5.8
|
5.5
|
5.5
|
5.6
|
|
由表5数据可知，当 PAC投药量为5 mg/L时，投加0.2 mg/L的PAM，混凝效果最好，浊度由100度降低到3.5度。当PES投药量为 10 mg/L，投加0.2 mg/L的 PAM，浊度由100度降低到5.8度。比较两者，PAC与PAM配合投加混凝效果更好，而且投加量少，PAC价格低，大大降低运行成本。
2.2.2 PAC与 PAM配合最佳使用 PH值确定
试验结果见表 6。
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表6 PAC+PAM 最佳使用PH值试验结果
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测试项目
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不同pH值下的试验结果
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PH
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4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
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上清液浊度/NTU
|
30
|
20
|
7.0
|
3.5
|
5.0
|
8.0
|
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由表6可得PAC和PAM最佳配合投加时，最佳混凝pH值为7。
分析单独投加 PAC与配合投加 PAC、PAM的药剂费用：以五龙矿为例，日处理矿井水2 ×104m3，单独投加 PAC每年需药剂费20.16万元，PAC与PAM配合投加每年需药剂费仅12.38万元。
2.3 矿井水处理回用的手段、途径以及节水情况
五龙矿矿井水经预沉、混凝沉淀后，一部分水量可用于洗煤用水、冷却水、消防、灌浆、冲渣、市政绿化、市政杂用、农业灌溉等，这部分用水量为8000m3/d。另一部分混凝沉淀后的矿井水经过滤、消毒进一步降低浊度、色度、杀灭细菌、病毒，并分为两部分，一部分用于水质要求较高的生产用水、洗澡用水和生活杂用水，这部分用水量为9800 m3/d，另一部分在配水管网末端经小区电渗析器除盐后用于生活饮用水，这部分用水量为2200 m3/d，节省了大量自来水。
3 结论
①单独使用聚合氯化铝、聚合硫酸铁作混凝剂，矾花较为细小，沉淀速度也慢，上清液浊度高。单独使用聚丙烯酸胺投量越大效果越好，但静置后，上清液依然混浊，且固液界面不清。
②用少量聚丙烯酸胺与无机混凝剂聚合氯化铝或聚合硫酸铁配合投加，可以克服无机混凝剂与煤泥亲和力差的弱点，形成的矾花粗大结实，沉降速度快，能保证出水水质清澈透明，同时也能减少混凝反应所需的时间。
③聚合氯化铝与聚丙烯酸胺配合投加混凝效果比聚合硫酸铁与聚丙烯项胺配合的效果更好。所以对阜新矿区（五龙矿）矿井水PAC与PAM最佳投药量分别为5mg/L、0.2mg/L，混凝的最佳pH值为7。
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