矿井水处理设备全面介绍
在矿产资源开采过程中，会产生大量矿井水。若这些矿井水未经处理直接排放，不仅会污染周边水资源、破坏生态环境，还可能浪费宝贵的水资源。矿井水处理设备则是解决这一问题的关键，它能通过一系列物理、化学和生物等方法，去除矿井水中的悬浮物、重金属离子、有机物等有害物质，使处理后的水达到排放标准或可回用标准。下面将对矿井水处理设备进行详细介绍。
一、矿井水处理设备的主要类型及工作原理
（一）物理处理设备
物理处理设备主要利用物理作用分离和去除矿井水中的不溶性杂质，常见的有格栅、筛网、沉淀池、过滤设备等。
格栅通常设置在矿井水处理系统的进水口，主要由一组平行的金属栅条或塑料栅条组成。其工作原理是通过栅条的间隙截留水中较大的漂浮物和悬浮物，如树枝、杂草、矿石碎块等，防止这些杂质进入后续处理设备，造成设备堵塞或损坏。格栅的栅条间隙大小可根据矿井水中杂质的粒径进行选择，一般在 5 - 50mm 之间。
筛网则是由金属丝或合成纤维编织而成的网状结构，其孔径比格栅小，通常在 0.1 - 5mm。它能进一步截留矿井水中较小的悬浮物，如细小的泥沙、煤尘等。筛网的过滤效率较高，且操作简单、维护方便，在矿井水处理的预处理阶段得到广泛应用。
沉淀池是利用重力沉降原理，使矿井水中的悬浮物在重力作用下下沉，从而实现固液分离的设备。根据水流方向和沉淀池的结构，可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池等。
平流式沉淀池的水流呈水平方向流动，水在池内的停留时间较长，一般为 1 - 3 小时，适用于处理水量较大、悬浮物浓度较高的矿井水。竖流式沉淀池的水流呈垂直方向上升，悬浮物在重力作用下向下沉降，其占地面积较小，但处理水量相对较小，适用于中小型矿井水处理工程。辐流式沉淀池的水流从池中心向四周辐射流动，悬浮物在池底沉淀，然后通过刮泥机将污泥刮至池中心的排泥管排出。辐流式沉淀池的处理效率较高，适用于处理水量较大、悬浮物浓度适中的矿井水。
过滤设备是利用过滤介质（如石英砂、无烟煤、活性炭、滤布等）截留矿井水中的悬浮物和胶体颗粒，进一步提高水质的设备。常见的过滤设备有压力过滤器、无阀过滤器、移动罩滤池等。
压力过滤器是一种密闭式的过滤设备，内部装有过滤介质，矿井水在压力作用下通过过滤介质，水中的悬浮物和胶体颗粒被截留。压力过滤器的过滤效率较高，操作方便，且占地面积较小，适用于各种规模的矿井水处理工程。无阀过滤器则是一种自动运行的过滤设备，无需人工操作阀门，依靠水力作用实现自动反冲洗。它具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，适用于中小型矿井水处理工程。移动罩滤池是一种新型的过滤设备，其滤池的冲洗方式采用移动罩进行冲洗，冲洗效率高，且对水质的适应性较强，适用于处理水量较大、水质变化较大的矿井水。
（二）化学处理设备
化学处理设备主要通过向矿井水中投加化学药剂，使水中的有害物质发生化学反应，生成易于分离的沉淀物或其他物质，从而达到去除有害物质的目的。常见的化学处理设备有加药设备、反应设备、澄清设备等。
加药设备的作用是将化学药剂（如混凝剂、絮凝剂、消毒剂、中和剂等）准确、定量地投加到矿井水中。加药设备主要包括药剂溶解罐、药剂储存罐、加药泵、计量装置等。
药剂溶解罐用于将固体药剂溶解成一定浓度的溶液，溶解过程中通常需要进行搅拌，以加速药剂的溶解。药剂储存罐用于储存溶解后的药剂溶液，确保加药设备的连续运行。加药泵则是将药剂溶液输送到矿井水处理系统中，加药泵的流量和压力可根据处理水量和药剂投加量进行调节。计量装置用于准确计量药剂的投加量，确保药剂投加量的准确性，常用的计量装置有转子流量计、电磁流量计等。
反应设备的作用是为化学药剂与矿井水中的有害物质提供充分的反应条件，使化学反应能够充分进行。反应设备通常采用搅拌式反应池，通过搅拌器的搅拌作用，使矿井水与化学药剂充分混合，提高反应效率。反应池的搅拌强度和搅拌时间应根据化学反应的类型和要求进行合理设计，以确保反应的充分性和稳定性。
澄清设备是将化学反应生成的沉淀物与水进行分离的设备，它结合了反应和沉淀两个过程。常见的澄清设备有机械搅拌澄清池、水力循环澄清池等。
机械搅拌澄清池通过搅拌器的搅拌作用，使矿井水与化学药剂充分混合反应，并形成较大的絮体。絮体在重力作用下下沉，清水则从池顶部的出水槽流出。机械搅拌澄清池的处理效率较高，且对水质的适应性较强，适用于各种规模的矿井水处理工程。水力循环澄清池则是利用水力作用实现矿井水与化学药剂的混合反应和絮体的沉降分离。它具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，适用于中小型矿井水处理工程。
（三）生物处理设备
生物处理设备主要利用微生物的代谢作用，将矿井水中的有机物、氨氮、总氮等有害物质分解转化为无害物质（如二氧化碳、水、氮气等），从而达到净化水质的目的。生物处理设备适用于处理含有较多有机物的矿井水，如煤矿矿井水中的含油废水、煤化工矿井水中的高浓度有机废水等。常见的生物处理设备有活性污泥法处理设备、生物膜法处理设备等。
活性污泥法处理设备主要由曝气池、二沉池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统等组成。其工作原理是将矿井水引入曝气池，同时向曝气池中通入空气，使曝气池内的污水与活性污泥充分混合接触，活性污泥中的微生物在有氧条件下对污水中的有机物进行分解代谢，将有机物转化为二氧化碳、水等无害物质。反应后的混合液进入二沉池，活性污泥在二沉池中沉降分离，上清液作为处理后的水排出，部分沉淀的活性污泥通过污泥回流系统回流到曝气池，继续参与污水的处理，剩余的活性污泥则通过剩余污泥排放系统排出处理系统。
活性污泥法处理设备的处理效率较高，对有机物的去除率可达 80% - 90% 以上，适用于处理水量较大、有机物浓度较高的矿井水。但该设备也存在一些缺点，如占地面积较大、运行管理复杂、剩余污泥处理难度大等。
生物膜法处理设备是利用生物膜（由微生物、微生物分泌物和吸附在膜表面的有机物组成）对矿井水中的有害物质进行分解转化的设备。常见的生物膜法处理设备有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等。
生物滤池是在池内填充滤料（如碎石、焦炭、塑料滤料等），矿井水从滤池顶部均匀喷洒在滤料表面，形成一层薄薄的水膜，滤料表面则生长着一层生物膜。当矿井水通过滤料层时，水中的有害物质被生物膜吸附和分解，从而达到净化水质的目的。生物滤池的结构简单、运行管理方便、剩余污泥量少，适用于处理水量较小、有机物浓度较低的矿井水。
生物转盘是由一组固定在转轴上的圆形转盘组成，转盘的表面生长着生物膜。矿井水进入反应池后，转盘在电机的驱动下缓慢旋转，使转盘表面的生物膜交替与空气和污水接触。在与污水接触时，生物膜吸附和分解污水中的有害物质；在与空气接触时，生物膜吸收空气中的氧气，进行新陈代谢，恢复活性。生物转盘的处理效率较高，对水质的适应性较强，且运行管理方便，适用于各种规模的矿井水处理工程。
生物接触氧化池是在池内设置填料（如蜂窝状填料、立体弹性填料等），填料表面生长着生物膜。矿井水通过曝气设备通入空气，使污水与生物膜充分接触，生物膜中的微生物对污水中的有害物质进行分解转化。生物接触氧化池结合了活性污泥法和生物膜法的优点，具有处理效率高、占地面积小、运行管理方便等优点，适用于处理水量较大、有机物浓度较高的矿井水。
二、矿井水处理设备的选择依据
选择合适的矿井水处理设备是确保矿井水处理效果、降低处理成本的关键。在选择矿井水处理设备时，应综合考虑以下几个方面的因素：
（一）矿井水的水质特征
矿井水的水质特征是选择水处理设备的首要依据。不同类型的矿产资源开采产生的矿井水水质差异较大，即使是同一矿产资源开采，不同开采阶段和不同开采区域的矿井水水质也可能有所不同。因此，在选择水处理设备前，必须对矿井水的水质进行全面分析，了解水中的悬浮物浓度、pH 值、硬度、重金属离子含量、有机物含量、氨氮含量等指标。例如，对于悬浮物浓度较高的矿井水，应优先选择格栅、筛网、沉淀池、过滤设备等物理处理设备；对于含有较多重金属离子的矿井水，应选择化学沉淀法、离子交换法、吸附法等化学处理设备或物理化学处理设备；对于含有较多有机物的矿井水，则应选择生物处理设备或生物化学联合处理设备。
（二）处理后水的用途
处理后水的用途也是选择矿井水处理设备的重要依据。如果处理后的水仅需达到排放标准，直接排放到自然水体中，那么选择的水处理设备只需满足相应的排放标准即可；如果处理后的水需要回用，如用于矿山井下防尘、绿化灌溉、工业用水等，则需要根据回用用途的水质要求选择合适的水处理设备，确保处理后的水能够满足回用要求。例如，用于矿山井下防尘的回用水，对悬浮物浓度的要求较高，需要选择高效的过滤设备；用于工业用水的回用水，对水质的硬度、pH 值、电导率等指标有严格要求，可能需要采用软化、除盐等处理设备。
（三）处理水量
处理水量是确定矿井水处理设备规模和型号的重要参数。在选择水处理设备时，应根据矿井的开采规模、矿井水的涌水量等因素，确定合理的处理水量。如果处理水量选择过大，会导致设备投资增加、运行成本升高；如果处理水量选择过小，则无法满足矿井水处理的需求，可能导致矿井水外排超标。因此，在选择水处理设备时，应准确预测矿井水的涌水量，并根据涌水量的变化情况，选择具有一定调节能力的水处理设备或设置调节池。
（四）占地面积和场地条件
矿井水处理设备的占地面积和场地条件也是选择设备时需要考虑的因素。不同类型的水处理设备占地面积差异较大，例如，活性污泥法处理设备的占地面积较大，而生物膜法处理设备的占地面积相对较小。在选择水处理设备时，应根据矿山的场地条件，选择占地面积合适的设备，避免因场地限制而影响设备的安装和运行。同时，还应考虑场地的地形、地质条件，确保设备的安装和运行安全。
（五）运行成本和维护难度
运行成本和维护难度也是选择矿井水处理设备时需要重点考虑的因素。运行成本主要包括药剂费用、电费、水费、人工费用等；维护难度主要包括设备的检修周期、检修费用、备品备件的供应情况等。在选择水处理设备时，应在保证处理效果的前提下，选择运行成本低、维护难度小的设备。例如，生物处理设备的运行成本相对较低，但维护难度较大；化学处理设备的运行成本相对较高，但维护难度较小。因此，应根据矿山的实际情况，综合权衡运行成本和维护难度，选择合适的水处理设备。
三、矿井水处理设备的运行与维护
（一）设备运行管理
制定完善的运行管理制度是确保矿井水处理设备正常运行的基础。运行管理制度应包括设备的操作规程、岗位责任制、巡检制度、交接班制度等。操作规程应明确设备的启动、运行、停机等操作步骤和注意事项；岗位责任制应明确各岗位人员的职责和工作范围；巡检制度应明确巡检的时间、路线、内容和方法，及时发现设备运行过程中的异常情况；交接班制度应明确交接班的时间、内容和要求，确保设备运行信息的准确传递。
加强水质监测是掌握矿井水处理效果、及时调整运行参数的重要手段。应定期对矿井水的进水水质、处理过程中的水质和出水水质进行监测，监测指标包括悬浮物浓度、pH 值、COD、BOD、氨氮、重金属离子含量等。根据水质监测结果，及时调整化学药剂的投加量、曝气强度、过滤速度等运行参数，确保处理后的水达到规定的标准。
合理控制运行参数是确保矿井水处理设备高效、稳定运行的关键。不同类型的水处理设备有不同的运行参数，应根据设备的性能和处理要求，合理控制运行参数。例如，对于沉淀池，应控制好水流速度、停留时间、排泥周期等参数，确保悬浮物的充分沉降；对于过滤设备，应控制好过滤速度、反冲洗强度、反冲洗周期等参数，确保过滤介质的过滤效果和使用寿命；对于生物处理设备，应控制好溶解氧浓度、pH 值、温度、污泥浓度等参数，确保微生物的正常生长和代谢。
