煤矿废水污染现状研究及其治理方案思考分析

煤矿废水污染现状研究及其治理方案思考分析

张丹

娄底市生态环境局

摘要：煤是现阶段国民经济发展需要的主要能源。在煤矿资源持续采挖的过程中产生的废水及其他有害物质对环境造成严重破坏，特别是关闭煤矿产生的废水因无主和资金等原因，未经处理直接外排对环境造成的破坏。因此，需要重视煤矿废水污染监测和治理。本文分析了关闭煤矿废水污染现状，并对关闭煤矿废水污染治理方案进行了思考分析。

关键词：煤矿；废水污染；治理方案

能源是国家社会经济发展的命脉。中国作为全球规模最大的煤炭生产消费国家，煤炭资源消耗约占全部能源消耗的七成，在促进国民经济发展同时也带来了诸多问题。其中煤炭开采过程产生的废水污染对水源、植被、空气、土壤等自然环境造成不可忽视的污染，其中水污染最为严重。现阶段，我国相对落伍的煤矿废水污染处理理念和技术使得很多煤矿废水未经适当的处理就直接排入自然水域中。可见，有效治理煤矿开采过程中的废水污染对于保护自然环境，实现可持续发展来说意义重大。

一、煤矿废水污染现状

采矿时产生的矿井水、岩缝水、地表渗透水构成了煤矿废水。煤矿废水一般为弱碱性，少部分煤矿中包括很多硫化物，其产生的废水是酸性的。根据相关研究可知，现阶段煤矿废水污染问题已到了不得不治理的地步。煤矿废水引起的水污染的成分进行归类时可以将其分为三种主要类型，即石油类、氟化物类、重金属类。由于氨氮、总磷、化学需氧量COD对自然环境的影响更大因此需要进行有效控制。第一种石油类废水污染是指地下煤矿井下作业中机械设备产生的油污渗漏引起的污染；第二种是氟化物类废水污染物。氟化物存在于多种矿物中，例如煤矿、铁矿。作为活性非常强的元素，氟在自然界中不会以元素形式存在，并且氟对应的气态物质（例如HF、SF4）也可以轻松与别的物质反应，生产稳态固体物。第三种，重金属废水污染。在煤矿开采时会产生很多固体废弃物，其中的重金属在风化、雨水浸出作用下扩散迁移至土壤中导致土壤中的重金属含量超标，且很难被土壤生物分解，随着重金属越积越多，土壤受到严重污染，农作物产量质量不断下降。简而言之，这三类煤矿废水污染的发生不可避免地导致与采矿有关的非常不利的影响和严重的环境破坏，这就是煤矿废水污染的现状。为了促进我国社会经济的可持续发展必须有效地解决煤矿废水污染问题。

中国南方某市煤矿资源丰富，以烟煤和无烟煤为主。历史上该市矿产开发鼎盛时期，矿山数量达到1700多家，其中绝大部分是无证小煤矿。随着国家产业政策的不断调整，全市陆续关闭了几批小煤矿，关闭后的矿井由于资金不足和闭矿措施不到位，矿井涌水得不到有效的治理，超标矿井水外排污染环境问题日益突出。

该市煤矿废水污染主要是酸性重金属污染为主，伴随该原因还有少量的废水悬浮物和化学需氧量超标。重金属污染的主要因子以铁、锰超标为主，少数矿井还存在砷、锌、铜超标，铅、铬、镉、锑4个重金属因子均未发现有超标情况，且检测含量均较低。

二、煤矿废水污染原因分析

酸性重金属废水产生的主要原因是煤系地层富含菱铁矿和黄铁矿（FeS₂），含硫量较高，矿石长期被矿坑水浸泡，矿层表面的黄铁矿（FeS₂）与水中的氧接触，在细菌等微生物的催化作用下，矿层中的硫和金属硫化物逐步被氧化。黄铁矿氧化产生了大量的H⁺，使废水pH下降成为酸性废水，酸性废水又进一步将矿层中的菱铁矿（FeCO₃、MnCO₃）等酸解，使得废水中的铁锰含量升高，造成矿坑水酸性强，总铁浓度、总锰浓度严重超标。关闭煤矿井下还有一些钢轨、设备机械等未撤出地面，水淹后酸性水腐蚀机械设备，更增加矿坑水中铁离子、锰离子含量。黄铁矿的氧化反应式可表述如下：

还有一部分酸性废水是因为地表的破坏导致的，尤其是一些地区历史上进行过露头煤的开采，地表破坏非常严重。雨水流经地表破碎煤岩，与黄铁矿反应产生酸性废水，使这些地区的地表水径流和山涧水都成为酸性重金属废水。

同时，部分煤矿因为地层中还含有砷、锌、铜等矿物，这些矿物在酸性水的浸泡下慢慢溶解，使得部分矿井砷、锌、铜超标。

三、煤矿废水污染治理

（一）关闭煤矿废水污染等级划分

1、污染等级划分标准

根据该市煤矿废水污染特征和检测数据，制定了关闭煤矿废水污染等级划分标准：

优先按每小时的铁锰排放量G（单位：kg/h）数值进行污染等级划分，将每小时铁锰排放量大于等于9kg/h的矿井评定为紧急处理等级；每小时铁锰排放量大于等于0.9kg/h小于9kg/h的评定为优先处理等级；每小时铁锰排放量小于0.9kg/h但有超标污染物的划分为正常处理；污染物不超标或轻微超标但水量＜1m³/h的情况划分为不需要处理（见表2-1）。

还有个别矿井存在其它重金属含量严重超标的情况，在以每小时铁锰排放量的分级基础上再相应提高它的污染等级。

表2-1 煤矿废水污染等级划分标准

2、关闭煤矿废水污染等级划分情况

根据以上标准对该市关闭煤矿废水进行污染等级划分，污染等级划分情况见表2-2和图2-1，划分的详细情况见表2-3。该市关闭煤矿有废水排放的矿井共计90处，划分为紧急处理的有17处，优先处理的29处，正常处理的33处，不用处理的11处。

图2-1关闭煤矿废水分县区污染等级分布图

表2-2 关闭煤矿废水污染等级划分情况

（二）煤矿废水污染治理

该市煤矿酸性废水由于存在pH值、悬浮物、高浓度硫酸根离子和重金属离子等污染问题，目前国内对于煤矿酸性废水主要的处理方法如下：

1、中和沉淀法

中和沉淀法是目前最常用的方法，该方法是将碱性中和剂（如碱灰石、消石灰、石灰石、高炉渣、NaOH等）投加到废水中，使废水中氢离子得到中和，随着废水pH值的升高，废水中可溶性金属离子与氢氧根离子反应形成溶解度更小的氢氧化物或碳酸盐沉淀，同时通过物理吸附及共沉淀等作用，从而实现对煤矿酸性废pH值低，金属离子超标等环境问题的有效处理。

2、硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是通过向污水中投加硫化试剂，使污水中的金属离子形成硫化物沉淀， 常用的硫化剂主要有:硫化钠、硫氢化钠、硫化氢、硫化钙、硫化铁等， 采用硫化沉淀法对重金属离子的去除率高，处理废水的适应性强，并且有利于重金属的回收利用，但pH 值难以控制，处理成本高，当温度控制不好时容易产生硫化氢气体污染空气。

3、人工湿地法

人工湿地法是近几年来发展起来的一种污水治理的方法。目前，已经用于煤矿酸性废水的处理中。人工湿地法主要有两种方式：一是按照污染物的去除机理不同，分为好氧湿地法和厌氧湿地法；二是按照污水的流动方式不同，分为自由表明流人工湿地法、水平潜流人工湿地法和垂直潜流人工湿地法。人工湿地法处理煤矿酸性废水主要是通过金属的氧化和水解、厌氧细菌对硫酸盐的还原以及植物、藻类和有机质对金属离子的吸附和交换等作用。

4、注浆封堵法

注浆封堵法分两个途径，一是注浆填充层注浆封堵，二是涌水井口注浆封堵。注浆填充层注浆封堵是通过在注浆填充层注浆，浆液固化后形成封堵面层，减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地下水补给量。涌水井口注浆封堵是在维护条件较好的废弃小型煤矿的涌水井口进行封堵注浆，通过注浆材料将井口或涌水裂隙封堵，阻断其向外界环境中涌水。

通过对四种方法的建设投资、运行成本、运行稳定性、应用广泛性、技术成熟度等多方面对比，该市关闭煤矿矿井废水治理方法最终选用中和沉淀法。为了节约运行成本也同步为了去除废水中的硫酸根离子，中和反应的药剂主要采用石灰法，而对于废水量少污染程度低的煤矿废水则采用石灰石自然中和过滤法进行处理。废水处理固液分离的设施主要选用平流沉淀池和斜管沉淀池两种，具体到各个矿的选用原则为：污泥产生量大的废水处理站优先采用平流沉淀池，方便排泥；场地比较小，污泥量不大的优先采用斜管沉淀池。

结语

中国南方某市矿井涌水的污染特征主要是低PH值、铁锰含量高、排放总量大和排放点复杂分散，造成了用传统工艺处理成本高、渣量多，实施困难。煤矿废水污染治理必须受到重视，其对环境的污染已经威胁到周围居民的生命健康，影响我国社会经济的可持续发展。因此，必须严格执行相关的国家治理准则，采用有效措施治理煤矿废水，为社会可持续发展做出贡献。

参考文献

1. 何飞, 陈国栋. 煤矿废水污染现状研究及其治理方案思考[J]. 科技与创新, 2015(12):37-38.

2. 张媛媛. 煤矿废水污染现状研究及其治理方案思考[J]. 能源与节能, 2017(4).