《矿井污水处理设备技术研究与应用进展》

摘要

本文系统分析了矿井污水处理设备的技术原理、分类方法及其在煤矿、金属矿等不同类型矿井中的应用效果。针对矿井水高悬浮物、高矿化度及含特殊污染物的特点，详细介绍了物理沉淀、化学混凝、膜分离及生物处理等主流矿井污水处理设备的工作原理和技术特点。通过实际工程案例分析，探讨了不同处理工艺组合的应用效果，指出矿井污水处理设备正朝着高效低耗、智能化和资源化方向发展，为矿山企业实现环保达标和可持续发展提供了技术支撑。

关键词 矿井水处理；污水处理设备；矿山环保；水污染控制；资源回收

引言

随着我国矿业持续发展，矿井水排放量逐年增加，年排放量已超过70亿立方米。矿井水通常含有大量悬浮物、重金属、放射性元素等污染物，若处理不当将严重污染周边水环境。据生态环境部统计，2022年矿业废水排放达标率仅为82.3%，仍存在较大提升空间。在此背景下，高效可靠的矿井污水处理设备成为矿山企业实现环保合规的关键保障。

矿井污水处理技术发展经历了三个阶段：20世纪80年代前主要采用简单沉淀法；90年代开始引入化学混凝和过滤技术；21世纪以来，膜分离、高级氧化等新技术逐步推广应用。特别是近年来，随着环保标准日益严格和资源回收需求增加，矿井污水处理设备正经历从单纯达标排放向资源化利用的转变。

一、矿井污水处理设备的主要类型及技术原理

1.1 物理处理设备

矿井水物理处理设备主要包括沉淀池、澄清器和过滤系统等。高效斜管沉淀池通过增加沉淀面积，可处理悬浮物浓度高达5000mg/L的矿井水，去除率达90%以上。澄清器结合混凝和沉淀过程，处理效果更稳定。多介质过滤器采用石英砂、无烟煤等多层滤料，能有效去除细小悬浮物。物理处理设备结构简单、运行成本低，但对溶解性污染物去除效果有限。

1.2 化学处理设备

化学处理设备通过投加药剂去除污染物，主要包括混凝沉淀系统、中和设备和氧化装置等。自动加药系统可精确控制混凝剂、絮凝剂投加量；高效混凝沉淀设备处理后的出水悬浮物浓度可降至30mg/L以下。针对酸性矿井水，石灰石中和反应器能有效调节pH值并去除重金属。化学处理设备反应速度快、效果显著，但药剂消耗量大，污泥产量多。

1.3 膜分离设备

膜分离技术是矿井水深度处理的核心手段，主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)系统。陶瓷膜微滤设备耐污染性强，适用于高浊度矿井水预处理；卷式反渗透膜脱盐率可达98%以上，能将高矿化度矿井水淡化为可回用水。膜分离设备出水水质好、占地面积小，但投资和运行成本较高，需定期进行化学清洗。

1.4 生物处理设备

生物处理设备主要用于去除矿井水中的有机污染物和氨氮，包括生物接触氧化池、曝气生物滤池(BAF)等。BAF设备采用特殊滤料，兼具过滤和生物降解功能，氨氮去除率可达85%以上。针对含特殊有机物矿井水，厌氧-好氧组合工艺处理效果更佳。生物处理设备运行费用低、环境友好，但启动周期长，对水质波动较敏感。

二、矿井污水处理设备的工程应用案例

2.1 煤矿矿井水处理

山西某大型煤矿采用"预沉调节+混凝沉淀+深度过滤"工艺处理高浊度矿井水。处理系统包括两座直径20m的辐流式沉淀池、两组V型滤池和紫外消毒设备，设计处理能力30000m³/d。运行数据显示，出水悬浮物<10mg/L，浊度<5NTU，完全满足《煤炭工业污染物排放标准》。处理后的水70%回用于井下防尘和洗煤，年节约水资源费约500万元。

2.2 金属矿酸性废水处理

云南某铅锌矿采用"中和沉淀+膜过滤"组合工艺处理酸性矿井水。处理系统包括石灰乳中和槽、絮凝沉淀池和管式微滤设备，设计处理能力5000m³/d。处理后出水pH值6.5-8.5，铅、锌等重金属含量均低于0.1mg/L，达到《污水综合排放标准》一级标准。项目创新采用污泥深度脱水技术，将含水率降至60%以下，大幅减少了危废处置量。

2.3 放射性矿井水处理

贵州某铀矿采用"化学沉淀+离子交换+反渗透"三级处理工艺。预处理阶段投加氯化钡和硫酸铁去除镭等放射性元素；离子交换柱进一步吸附铀、镭等；反渗透系统确保最终出水总α、总β放射性分别低于0.1Bq/L和1Bq/L。处理系统配备在线监测和自动控制系统，实现了放射性指标的实时监控和预警。

三、矿井污水处理设备的技术发展趋势

3.1 高效低耗技术

新型高效絮凝剂和混凝设备的开发显著提高了处理效率，如磁混凝技术可使沉淀时间缩短至常规工艺的1/3。低能耗膜材料的研发使反渗透系统的运行压力从传统的1.5MPa降至1.0MPa以下，能耗降低30%。太阳能驱动的水处理系统在偏远矿区具有良好应用前景，某示范项目数据显示，太阳能供电可覆盖系统60%以上的能耗需求。

3.2 智能化控制系统

基于物联网的智能监控系统可实时采集水质、设备运行等数据，通过大数据分析优化加药量和运行参数。某智能水厂应用案例显示，采用智能控制系统后，药剂消耗量减少20%，出水水质稳定性提高35%。预测性维护技术通过分析设备振动、温度等参数，提前发现潜在故障，使设备非计划停机时间减少50%以上。

3.3 资源化利用技术

矿井水中的有价元素回收技术日益成熟，如电渗析法可从高盐矿井水中回收氯化钠；选择性吸附材料可富集回收稀散金属。某金矿采用"沉淀-吸附-电解"工艺，年回收铜50吨、金5公斤，创造经济效益800余万元。处理后的矿井水回用率不断提高，先进矿山可实现85%以上的回用率，大幅减少新水取用量。

四、结论

矿井污水处理设备作为矿山环保设施的重要组成部分，在防治水污染、实现水资源循环利用方面发挥着关键作用。本文研究表明，现代矿井污水处理技术已形成物理、化学、生物和膜分离等多元技术体系，能够针对不同类型矿井水的特点提供有效解决方案。在实际应用中，应根据矿井水水质特征和处理要求，合理选择和组合不同处理单元，才能实现最佳的技术经济效果。

未来矿井污水处理设备的发展应重点关注三个方向：一是开发更高效、更低耗的处理技术和设备，降低运行成本；二是推进智能化升级，提高系统稳定性和管理效率；三是加强资源回收技术研发，实现污染物治理与资源利用的协同。建议矿山企业加大环保投入，及时更新处理设施；同时，政府部门应完善标准体系，加强监管，共同推动矿业绿色可持续发展。