引言
我國尤其是北方煤礦區用水極為緊張，礦區能源開發與水資源緊張的矛盾已嚴重制約了煤礦工業的發展，解決水資源問題的有效途徑之一是廢水資源化與回用。
全國煤礦每年外排礦井水約 22 × 108m3，利用率卻不到20%。2005年預計礦井水外排總量將達到23.5 × 108m3，綜合利用率23%。地面水源受到廣泛污染，處理成本日益提高，而礦井水來源于地下水，礦井水污染程度輕，處理容易，成本低，是寶貴的水資源。
本文以阜新礦區礦井水為例，探討礦井水的處理與回用。
1 阜新礦區礦井水概況
井下涌出的礦井水主要來源于地下水，礦井水的特性取決于成煤的地質環境和煤系地層礦物化學成分。阜新礦區28對礦井總涌水量為每日8 X 104m3，遠景總涌水量為14 x104m3。阜新礦區礦井水受礦區地質環境影響，一般屬碳酸鈣鎂型水，pH值在7.0～8.25，偏堿性。水質分析化驗表明，礦井水的水質較好，在36項指標中，大部分均滿足生活飲用水標準，只有表1所示的幾項成份超標，這給礦井水的凈化和處理提供了有利的先決條件。
2 混凝試驗研究
以表1所列的水為研究對象。
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表1 五龍礦3個井超標項目水質指標
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水類別
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總硬度
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濁度
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色度
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總溶解性固體
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硫酸鹽
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氟化物
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細菌總數
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大腸菌群
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礦井水
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740.1
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100
|
35
|
1364
|
274.0
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1.6
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552
|
160
|
|
飲用水標準
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450
|
3
|
15
|
1000
|
250.0
|
1.0
|
100
|
3
|
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該礦井水的特點是：水中的顆粒物主要由煤粉組成，懸浮物粒度小，比重輕，一般是 1.4 g/cm3左右，大約是泥沙密度的1/2；煤粉與一般無機混凝劑的親和能力稍弱，有些顆粒細小的煤粉難以為藥劑所凝聚。選擇聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚丙烯酸胺（PAM），進行單獨投加混凝劑以及混凝劑配合投加的一系列混凝試驗，最后確定最佳混凝劑及其最佳投加量、最佳PH值。
2.1 單一混凝劑混凝效果的研究
2.1.1 最佳混凝劑的確定
在表1所示的礦井水中分別加人聚合氯化鋁（PAC），聚合硫酸鐵（PFS），聚丙烯酸胺（PAM）。經快速、慢速攪拌后，靜置20 min，測上清液濁度。試驗結果見表2、表3。
由表2、表3的數據可知，PAC的混凝作用最好，最佳投藥量為10mg/L。
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表2 PAC和 PFS混凝實驗結果
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混凝劑
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聚合氯化鋁（PAC）（濃度：1%）
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聚合硫酸鐵（PFS）（濃度：2%）
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投加量/(mg·L-1)
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1
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5
|
10
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15
|
20
|
25
|
2
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
|
上清液濁度/NTU
|
30
|
15
|
8.0
|
8.5
|
9.5
|
14
|
35
|
20
|
12
|
14
|
16
|
19
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|
表3 PAM混凝試驗結果PAM 濃度1%
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投加量
|
0.05
|
0.1
|
0.2
|
0.3
|
0.4
|
0.5
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上清液濁度/NTU
|
39
|
25
|
15.5
|
15
|
14.5
|
14.5
|
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|
表4 PAC的最佳使用pH值試驗結果
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試驗項目
|
不同pH值時的混凝效果
|
|
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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上清液濁度/NTU
|
35
|
20
|
10
|
8
|
10
|
12
|
|
2.1.2 PAC的最佳使用pH值確定
在PAC投加量為10mg/L的條件下，試驗了PH對混凝效果的影響，試驗結果見表4。
由表4可得出，PAC混凝的最佳pH值為7。
2.2 復合混凝劑混凝效果的研究
根據上面所得試驗結果以及礦井水水質特征，為了進一步降低濁度，可以在采用高分子無機混凝劑PAC的情況下，再投入少量有機高分子絮凝劑來起助凝作用。因為有機高分子絮凝劑表面有大量的疏水性基團，比較容易接近和吸附帶有疏水性基團的煤粒子，使之吸附在其表面，通過聯結架橋作用，形成大而密實的礬花，試驗時，定量加入PAC或PFS混凝劑，快攪（300 r/min）lmin，再快攪（100 r/min）lmin后加入PAM溶液，隨后緩慢攪拌（50 r/min）10 min，靜置沉淀20 min后取上清液測定濁度。
2.2.1 復合混凝劑最佳投藥量確定
試驗結果見表5。
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表5 復合混凝劑混凝實驗結果
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混凝劑
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PAC＋PAM試驗結果
|
PFS＋PAM試驗結果
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水樣編號
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
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投加量/（mg·L-1）
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5+0.05
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5+0.1
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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
|
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上清液濁度/NTU
|
8
|
6
|
3.5
|
3.3
|
3.3
|
3.3
|
12
|
8
|
5.8
|
5.5
|
5.5
|
5.6
|
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由表5數據可知，當 PAC投藥量為5 mg/L時，投加0.2 mg/L的PAM，混凝效果最好，濁度由100度降低到3.5度。當PES投藥量為 10 mg/L，投加0.2 mg/L的 PAM，濁度由100度降低到5.8度。比較兩者，PAC與PAM配合投加混凝效果更好，而且投加量少，PAC價格低，大大降低運行成本。
2.2.2 PAC與 PAM配合最佳使用 PH值確定
試驗結果見表 6。
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表6 PAC+PAM 最佳使用PH值試驗結果
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測試項目
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不同pH值下的試驗結果
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PH
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4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
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上清液濁度/NTU
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30
|
20
|
7.0
|
3.5
|
5.0
|
8.0
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由表6可得PAC和PAM最佳配合投加時，最佳混凝pH值為7。
分析單獨投加 PAC與配合投加 PAC、PAM的藥劑費用：以五龍礦為例，日處理礦井水2 ×104m3，單獨投加 PAC每年需藥劑費20.16萬元，PAC與PAM配合投加每年需藥劑費僅12.38萬元。
2.3 礦井水處理回用的手段、途徑以及節水情況
五龍礦礦井水經預沉、混凝沉淀后，一部分水量可用于洗煤用水、冷卻水、消防、灌漿、沖渣、市政綠化、市政雜用、農業灌溉等，這部分用水量為8000m3/d。另一部分混凝沉淀后的礦井水經過濾、消毒進一步降低濁度、色度、殺滅細菌、病毒，并分為兩部分，一部分用于水質要求較高的生產用水、洗澡用水和生活雜用水，這部分用水量為9800 m3/d，另一部分在配水管網末端經小區電滲析器除鹽后用于生活飲用水，這部分用水量為2200 m3/d，節省了大量自來水。
3 結論
①單獨使用聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵作混凝劑，礬花較為細小，沉淀速度也慢，上清液濁度高。單獨使用聚丙烯酸胺投量越大效果越好，但靜置后，上清液依然混濁，且固液界面不清。
②用少量聚丙烯酸胺與無機混凝劑聚合氯化鋁或聚合硫酸鐵配合投加，可以克服無機混凝劑與煤泥親和力差的弱點，形成的礬花粗大結實，沉降速度快，能保證出水水質清澈透明，同時也能減少混凝反應所需的時間。
③聚合氯化鋁與聚丙烯酸胺配合投加混凝效果比聚合硫酸鐵與聚丙烯項胺配合的效果更好。所以對阜新礦區（五龍礦）礦井水PAC與PAM最佳投藥量分別為5mg/L、0.2mg/L，混凝的最佳pH值為7。
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