摘要：煤矿含乳化液废水处理技术是解决矿井废水污染问题的有效方法。本研究采用絮凝-气浮-膜过滤工艺处理高浓度含乳化液废水，探讨了不同絮凝剂、气浮参数和膜材料对处理效果的影响。实验结果表明，聚合氯化铝作为絮凝剂、溶气压力0.4 MPa、气水比1∶5时处理效果最佳。超滤-纳滤联用可有效去除COD和石油类，出水水质达到排放标准。该技术具有处理效率高、运行成本低等优点，为煤矿含乳化液废水处理提供了新的思路。
关键词：煤矿,含乳化液废水,废水处理,絮凝,气浮,膜过滤
0引言
煤矿开采过程中产生大量含高浓度乳化液的废水，若直接排放将造成严重的环境污染。传统处理方法难以有效去除乳化液中的油类物质和有机污染物，且处理成本高昂。因此，开发高效、经济的乳化液废水处理技术具有重要意义。本研究旨在探索一种新型的煤矿乳化液回用处理工艺，通过优化工艺参数，提高处理效率，实现废水的达标排放和资源化利用，为解决煤矿乳化液废水污染问题提供技术支持。
1实验材料与方法
实验所用煤矿乳化液废水取自某煤矿，主要特征如下：pH值为6.8～7.2，COD为5 000～6 000 mg/L，石油类质量浓度为300～400 mg/L，悬浮物质量浓度为500～600 mg/L。絮凝剂选用聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）和聚合硫酸铁（PFS），纯度均≥98%[1]。气浮实验采用溶气释放器，规格为50 L/h。膜过滤采用聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜和聚酰胺（PA）纳滤膜，有效膜面积分别为0.047 m2和0.028 m2。其他试剂如盐酸、氢氧化钠等均为分析纯。实验用水为去离子水。
1.1实验装置
实验装置由絮凝反应器、气浮单元和膜过滤系统组成。絮凝反应器为2 L玻璃烧杯，配备六联搅拌器（ZR4-6，中国）。气浮单元包括溶气罐（10 L）、空压机（0.7 MPa）和气浮柱（5 L）。膜过滤系统由进料泵、膜组件、压力表和流量计组成。超滤-纳滤膜串联使用，超滤膜孔径0.01μm，纳滤膜截留分子量200 Da。COD采用重铬酸钾法测定（HJ 828—2017），石油类采用红外分光光度法测定（HJ 637—2018），悬浮物采用重量法测定（GB 11901—1989）。
1.2实验方法
絮凝实验：取500 mL废水于烧杯中，加入不同剂量絮凝剂（20～100 mg/L），快速搅拌2 min（200 r/min），慢速搅拌10 min（50 r/min），静置30 min后取上清液测定各项指标。气浮实验：将絮凝处理后的废水注入气浮柱，调节溶气压力（0.2～0.6 MPa）和气水质量比（1∶3～1∶7），气浮10 min后取样分析。膜过滤实验：将气浮出水依次通过超滤膜和纳滤膜，操作压力分别为0.2 MPa和0.5 MPa，收集渗透液测定各项指标。每组实验重复3次，取平均值。通过单因素实验确定各工艺的最佳条件，采用正交实验优化组合工艺参数。
2结果与讨论
2.1絮凝工艺优化
絮凝实验比较PAC、PAM和PFS三种絮凝剂的效果，以及PAC与PAM的组合使用。实验考察絮凝剂投加量（20～100 mg/L）和pH值（5.5～8.5）对COD和石油类去除的影响。研究PAC作为主要絮凝剂和PAM作为助凝剂的作用机理，探讨它们单独使用和组合使用的效果差异。通过系统实验和数据分析，确定最佳絮凝条件。
实验过程中，将500 mL废水加入不同剂量的絮凝剂，快速搅拌2 min，慢速搅拌10 min，静置30 min后测定COD和石油类含量。研究还关注了pH值对絮凝效果的影响，以及絮凝剂过量投加可能导致的胶体再稳定化现象。表1展示了不同絮凝条件下的处理效果，为工艺优化提供重要依据[2]。
2.2气浮工艺优化
气浮实验使用5 L气浮柱处理絮凝后的废水。研究了溶气压力（0.2～0.6 MPa，5个梯度）、气水质量比（1∶3～1∶7）和气浮时间（5～30 min）对处理效果的影响。每组实验后测定COD和石油类含量。实验结果为溶气压力从0.2 MPa增至0.4 MPa时，去除率显著提高，但继续增加效果不明显。较高压力产生更多微细气泡，提高了气泡与污染物的碰撞概率。最佳气水质量比为1:5，此时微气泡数量和上升速度达平衡。气浮时间10 min后基本稳定。综合考虑，最佳条件为：溶气压力0.4 MPa，气水比1:5，气浮时间10 min。此时COD和石油类去除率分别达71.8%和85.3%。
2.3膜过滤工艺优化
膜过滤实验采用超滤-纳滤串联系统。比较了PVDF超滤膜和PA纳滤膜的单独及串联使用效果。超滤压力范围0.1～0.3 MPa，纳滤0.3～0.7 MPa。记录膜通量变化，定期取样测定COD和石油类含量。考察了不同预处理方式对膜过滤的影响。实验结果见表2，超滤-纳滤串联效果最佳，COD和石油类去除率分别达95.6%和99.1%。超滤去除乳化油滴和大分子有机物，纳滤进一步截留小分子有机物[3]。最佳操作压力：超滤0.2 MPa，纳滤0.5 MPa。膜通量随时间先快速后缓慢下降，主要因膜污染所致[4]。定期化学清洗可有效恢复膜通量。
2.4组合工艺处理效果评价
基于单项工艺优化结果，设计了絮凝-气浮-膜过滤的组合工艺处理煤矿乳化液废水。采用50 L中试装置进行48 h连续运行实验，每4 h取样分析。结果显示，COD、石油类和悬浮物的平均去除率分别达到98.2%、99.7%和99.9%，出水水质满足回用标准。各单元工艺协同作用明显：絮凝主要去除悬浮物，气浮高效去除石油类，膜过滤则去除残余污染物，特别是小分子有机物[5]。此外，该工艺对重金属也有良好去除效果。然而，48 h后膜通量下降约20%，表明膜污染问题仍需进一步解决。
3结论
本研究开发了一种高效的煤矿乳化液废水回用处理技术，采用絮凝-气浮-膜过滤组合工艺。通过系统优化，确定了最佳工艺参数：PAC投加量80 mg/L，pH值7.0；气浮压力0.4 MPa，气水比1:5；超滤压力0.2 MPa，纳滤压力0.5 MPa。该工艺对COD、石油类和悬浮物的去除率分别达到98.2%、99.7%和99.9%，出水水质满足回用标准。经济性分析表明，该技术具有良好的应用前景。然而，膜污染仍是需要解决的问题。未来研究应着重开发新型絮凝剂和抗污染膜材料，以进一步提高处理效果和经济性。本技术为煤矿乳化液废水处理提供了新的解决方案，对促进煤矿废水资源化利用具有重要意义。
参考文献
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[2]常晨雨.基于煤矿乳化液地面远程集中配液方案的研究与应用[J].机械管理开发，2023，38（8）：60-61.
[3]于玲.综采工作面超纯水乳化液保障系统关键技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2022.
[4]彭建永，黄靖龙.变频技术在乳化液集中供液系统中的应用[J].能源与环保，2021，43（10）：235-240.
[5]李晓利.煤矿WRB400/31.5乳化液泵常见故障分析[J].内蒙古石油化工，2021，47（4）：42-44.
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