煤礦礦井水處理技術(shù)概述

洪巍

摘 要：礦井水是具有煤礦行業(yè)特點(diǎn)的廢水，也是一種水資源。礦井水的類型大致分為五類：潔凈礦井水，高礦化度礦井水（又稱苦咸水），懸浮物礦井水，酸性礦井水和特殊污染型礦井水。針對不同類型礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，對相對應(yīng)的處理技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：煤礦礦井水；處理技術(shù)；深度處理

中圖分類號： X752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-178-2

1 礦井水的資源情況和特點(diǎn)

我國煤炭資源一般埋藏較深，以地下井工開采為主，煤炭在開采過程中，必然要排放大量的地下涌水，即礦井水。礦井水的主要來源：一是地下水，主要來自奧陶系和寒武系灰?guī)r水、砂巖裂痕水、第四季沖積層水、老窯水等，各煤礦煤層所處的地質(zhì)構(gòu)造不同，排水量大小差別很大；二是煤礦生產(chǎn)廢水，采礦過程中，地面要輸入生產(chǎn)用水用于液壓支柱、機(jī)電設(shè)備、挖煤過程中防塵降塵灑水等產(chǎn)生的極少量的廢水；三是地表裂痕滲入的地表水。大量未經(jīng)處理的礦井水直接排放，不僅造成了水資源的極大浪費(fèi)，而且還會對礦區(qū)周圍的土地以及地表水系造成污染。

煤礦所處的區(qū)域、地質(zhì)構(gòu)造和開采方式有所不同，造成礦井水的水質(zhì)有較大的差異。按水質(zhì)可大致分為潔凈礦井水、高礦化度礦井水（又稱苦咸水）、懸浮物礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水五類。

2 近年來我國礦井水利用情況

2.1 礦井水利用工作取得較快發(fā)展

礦井水的合理利用，是緩解礦區(qū)缺水的必然選擇，是防止礦區(qū)污染的主要措施。我國十分重視礦井水資源化利用工作，把礦井水利用工作列為水資源節(jié)約的重點(diǎn)工程和措施之一，明確提出“十一五”期間要實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)工業(yè)節(jié)水31億m3，新增礦井水利用量26億m3任務(wù)，極大地推動了“十一五”期間礦井水利用的快速發(fā)展，2005年煤礦礦井水排放量約46.3億m3，利用量為16.3億m3，利用率為35%，到2010年我國煤產(chǎn)量達(dá)到32.4億t，煤礦礦井水排放量達(dá)到61億m3，利用量達(dá)到36億m3。利用率達(dá)到59%，2010年礦井水利用量比2005年新增加21.7億m3，加上非煤礦山礦井水利用量約增加6億m3，到“十一五”末全國礦井水利用量約增加27.7億m3，超額完成新增礦井水利用量26億m3的目標(biāo)，有效緩解了部分礦區(qū)的缺水問題，促進(jìn)了礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 礦井水成為礦區(qū)解決水資源緊張的必要補(bǔ)充

根據(jù)調(diào)查，目前礦井水利用的主要方向：一是工業(yè)生產(chǎn)用水，用于煤炭生產(chǎn)、煤炭洗選加工、焦化廠、電廠、煤化工等用水、這是礦井水利用的重點(diǎn)，約占礦井水利用量的70%；二是環(huán)境綠化、農(nóng)業(yè)用水，礦區(qū)綠化降塵，農(nóng)田灌溉，礦區(qū)工業(yè)園區(qū)建設(shè)用水等。約占礦井水利用量的15%；三是生活飲用水：缺水礦區(qū)，礦井水經(jīng)深度處理后，達(dá)到生活用水標(biāo)準(zhǔn)，供礦區(qū)居民飲用水和生活用水，約占礦井水利用10%左右；四是有的礦井水，富含有對人體保健有益的微量元素，可以加工成礦泉水等水產(chǎn)品。目前已開發(fā)利用礦井水熱源，可以為煤礦企業(yè)供暖、供冷、供熱和提供生活用熱水。

3 礦井水利用技術(shù)現(xiàn)狀

我國將礦井水作為水資源開發(fā)利用已經(jīng)有近40年[2]的歷史，含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水和酸性礦井水的處理工藝基本成熟。含懸浮物礦井水的處理工藝流程一般為：懸浮物礦井水→水量調(diào)節(jié)池→提升泵→沉淀池（或澄清池） →過濾→消毒→回用[3]。高礦化度礦井水的預(yù)處理工藝同常規(guī)礦井水相同，在后續(xù)工序中增加了除鹽工序，現(xiàn)階段我國常用的除鹽工藝為反滲透技術(shù)。酸性礦井水的處理主要是采用石灰或氫氧化鈉加藥進(jìn)行中和。礦井水處理后要進(jìn)行充分消毒，目前主要是采用二氧化氯或隔膜電解食鹽產(chǎn)生氯氣等混合氣體的消毒方式。

3.1 懸浮物礦井水處理技術(shù)

3.1.1 水質(zhì)特點(diǎn)

含懸浮物礦井水中的主要懸浮物為煤粉顆粒，還包含一部分巖粉和黏土等，顏色為黑色，含量變化較大，從幾十mg/L至數(shù)千mg/L不等。由于煤粉粒徑偏小，大小相差懸殊，在投加混凝劑后形成的礬花結(jié)構(gòu)比較松散，混凝沉降性能差，沉降速度較慢。同時，煤粉顆粒在水中還受到布朗運(yùn)動的影響，令懸浮物礦井水不但有懸浮物的特性，還有一些膠體的性質(zhì)。

3.1.2 處理方法和原理

目前對懸浮物礦井水的處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，只要采取常規(guī)的混凝、沉淀、過濾的工藝，出水即可達(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)?；炷峭ㄟ^向廢水中投加混凝劑，使其中的膠粒物質(zhì)發(fā)生凝聚和絮凝，形成較大顆粒或絮凝體，進(jìn)而將水中懸浮顆粒從水中分離出來以凈化廢水?；炷齽┛煞譃闊o機(jī)鹽類和高分子物質(zhì)2大類。影響混凝效果的因素有：水溫、pH值、濁度、硬度及混凝劑的投放量等。礦井水在經(jīng)過混凝反應(yīng)后通過沉淀池去除大顆粒的懸浮物，實(shí)現(xiàn)固液分離。按池內(nèi)水流方向沉淀池可分為平流式、豎流式和輻流式三種。經(jīng)沉淀后的礦井水通過設(shè)置粒料層進(jìn)行過濾，濾料一般選用無煙煤和石英砂，常用的過濾設(shè)施為快濾池和重力式無閥濾池，經(jīng)過濾的礦井水可達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。處理后的礦井水如果要作為生活用水使用的話，則在混凝、沉淀、過濾處理后，需要增加吸附工序來去除水中的有機(jī)污染。

3.2 高礦化度礦井水處理技術(shù)

3.2.1 水質(zhì)特點(diǎn)

地下水與煤系地層中碳酸鹽類巖層及硫酸巖層長期直接接觸，從而導(dǎo)致該類礦物溶解于水，使礦井水中含有大量的ca2+，Mg2+，K+，Na+，SO42-，Cl-，HCO3-等離子，形成高礦化度礦井水。該類礦井水的含鹽量一般在1000-4000mg/L，最高為一萬多mg/L。因含鹽量大，帶苦澀味，一般高礦化度礦井水也稱苦咸水。高礦化度礦井水主要分布在我國北方礦區(qū)、西部高原，以及黃淮海平原和華東沿海地區(qū)。

3.2.2 處理方法和原理

目前國內(nèi)處理高礦化度礦井水的主要方法有藥劑法、離子交換法和膜處理法。現(xiàn)階段較常用的處理方法是膜處理法，其中主要包括電滲析法和反滲透法。目前我國主要采用反滲透法來對高礦化度礦井水進(jìn)行處理，電滲析法基本淘汰不再使用。反滲透法的原理是通過施加一個大于滲透壓的壓力，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法，其脫鹽率高達(dá)95%以上。為了減小污染對膜系統(tǒng)的影響，就必須在膜工序前增加前處理工藝。前處理工藝一般采用機(jī)械過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器的三級過濾工藝，也可使用超濾膜來代替三級過濾進(jìn)行前處理。為了解決膜結(jié)垢的問題，則需要在礦井水進(jìn)入膜系統(tǒng)前投加阻垢劑。阻垢劑的選擇和投加數(shù)量的確定，應(yīng)根據(jù)高礦化度礦井水的水質(zhì)，通過進(jìn)行阻垢劑試驗(yàn)來確定。

4 存在的問題

4.1 水質(zhì)變化導(dǎo)致混凝劑投加量無法準(zhǔn)確把握

隨著井下開采環(huán)境的變化，懸浮物的變化也較大。技術(shù)人員僅憑經(jīng)驗(yàn)來對混凝劑的投放量進(jìn)行調(diào)整，出水水質(zhì)難以保證。

處理：增加化驗(yàn)班次，通過實(shí)際數(shù)據(jù)來投放混凝劑。

4.2 排沙泵、沖洗泵、潛水泵腐蝕嚴(yán)重

在項(xiàng)目初期沒有全面考慮泵體的腐蝕問題，對防腐工作做的不夠細(xì)致，導(dǎo)致項(xiàng)目運(yùn)行時間不長后各類泵體腐蝕嚴(yán)重。

處理：已經(jīng)腐蝕的泵體更換耐腐蝕泵，未腐蝕的泵體使用噴涂材料等進(jìn)行修復(fù)保護(hù)。

4.3 反滲透系統(tǒng)脫鹽率達(dá)不到設(shè)計值

項(xiàng)目設(shè)計來水為簡單預(yù)處理后進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，因此在工程設(shè)計中沒有安裝PH表。而工程實(shí)際來水是經(jīng)過石灰軟化處理，PH偏高，從而導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)脫鹽率達(dá)不到設(shè)計值。

處理：增加PH監(jiān)測裝置，確保PH值在6-8之間，保證反滲透系統(tǒng)脫鹽率。

5 結(jié)語

我國人均擁有水量僅是世界人均水量的四分之一，淡水資源貧乏，分布極不均勻。北方地區(qū)的煤炭資源儲量豐富，約占全國總儲量的80%以上，但水資源僅占全國總量的20%，礦區(qū)缺水現(xiàn)象十分嚴(yán)重。在很多地區(qū)煤礦生活、生產(chǎn)用水極為緊張，嚴(yán)重影響煤礦職工的日常生活和礦山的正常生產(chǎn)。但是由于資金和認(rèn)識等方面的原因，長期以來我國礦井水仍直接排放，回用率處在一個相當(dāng)?shù)偷乃?。因此，對煤礦礦井水進(jìn)行深度處理實(shí)現(xiàn)礦井水資源化，既可防止水資源的流失，避免礦井水對水環(huán)境造成污染，又可以緩解礦區(qū)供水不足的問題，對于促進(jìn)我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 周如祿，高亮，陳明智.煤礦含懸浮物礦井水凈化處理技術(shù)探討[J].煤礦環(huán)境保護(hù)，2000，14（1）：10-12.

[2] 楊越.我國煤矸石堆存現(xiàn)狀及其大宗量綜合利用途徑[J].中國資源綜合利用，2014.6.

[3] 鄔象牟.礦井水回收利用面臨的形勢與對策研究[J].煤炭工程，2005，34（9）：50-52.