煤礦污水再利用的研究

許 倩

(山西春成煤礦勘察設計有限公司，山西 太原 030006)

引 言

水是生命之源，是地球上的珍貴自然資源，雖然地球水資源很豐富，但人類可用于生產(chǎn)與生活的淡水資源十分有限，僅僅占到地球水資源的3%，并且其中絕大多數(shù)淡水資源均是位于南北極與高山高原區(qū)域的冰川、冰帽，難以被人類所用。人類可利用的淡水資源僅占地球總水量的0.2%左右。我國水資源豐富，但由于人口密度大，導致人均水資源占有量只有2 000多m3，遠遠低于世界平均水平[1]。

我國是煤炭生產(chǎn)與消費大國，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的污水，據(jù)統(tǒng)計我國每年煤礦企業(yè)會產(chǎn)生約24億m3工業(yè)污水，5億m3生活廢水，這些污水對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境與周邊居民的生活造成了巨大影響。比如我國煤炭生產(chǎn)大省山西受煤炭開采的影響，有近2 000個村莊、80萬居民出現(xiàn)飲水困難[2]。

礦井水是在煤礦生產(chǎn)過程中的大氣降水、地表水、地下水及生產(chǎn)用水涌入礦井形成的，是煤礦工業(yè)污水的最大來源，總量達到23億m3/年，由于我國煤礦開采的粗放性、技術(shù)能力相對落后、環(huán)保意識薄落等諸多原因?qū)е挛覈鴮τ诘V井污水的資源化再利用率僅為20%左右，遠遠低于發(fā)達國家的80%。

1 礦井水水質(zhì)分析

礦井水作為煤礦污水最主要的來源，對其水質(zhì)進行分析可以為污水再利用提供重要的理論與實踐基礎。影響礦井水水質(zhì)的主要因素包括煤層與煤質(zhì)的特征、煤礦企業(yè)采用的開采工藝、當?shù)氐乃磁c氣象等氣候因素，因此導致我國各地區(qū)的礦井水水質(zhì)差異較大，但一般均呈現(xiàn)為黑色中性狀態(tài)，少數(shù)地區(qū)pH值為酸性。一般情況下礦井水中的污染物主要是煤炭與巖石形成的粉狀懸浮物以及可溶性無機鹽，同時也含有各種細菌與少部分有機物，甚至少量礦井水中含有部分重金屬等毒性物質(zhì)。但絕大多數(shù)礦井水的地下水特征并未被完全破壞，仍然具有很多地下水的特性。通常依據(jù)礦井水的水質(zhì)將其分為以下五種類別。

1) 潔凈礦井水：此類礦井水所受污染極少，且主要是地下水，因此，只需進行較為簡單的凈化后即可直接用于生產(chǎn)與生活。

2) 含懸浮物礦井水：這是礦井水中最常見的一種，我國大多數(shù)礦井水均是該類型。其水質(zhì)通常為中性，礦化度不超過1.0×103mg/L，且污染物主要是細菌與懸浮物，不含有毒成分，其中懸浮物是煤礦開發(fā)過程中產(chǎn)生的煤塵與巖塵。

3) 高礦化度礦井水：此類礦井水又稱苦咸水，主要污染離子包含鈣離子、鎂離子、硫酸根離子、碳酸根離子以及碳酸氫根離子，因此其通常表現(xiàn)為中性狀態(tài)。其礦化度一般在1.5×103mg/L～4×103mg/L范圍內(nèi)，少數(shù)情況最大硬度可達1.5×104mg/L。

4) 酸性礦井水：此類礦井水的pH值一般為3左右，其成因主要是由于硫化物經(jīng)氧化后產(chǎn)生硫酸，且水中的堿性物質(zhì)含量較低，未能將硫酸完全進行中和導致的。酸性礦井水中的污染物包括各種金屬陽離子、酸根陰離子、煤塵、巖塵等，還含有汞、鉛、砷等有毒有害重金屬離子，因而其具有較高的生化危害性，特別是對人的身體會產(chǎn)生較大的危害。

5) 含特殊污染物礦井水：其主要污染物為氟、重金屬離子與部分放射性物質(zhì)。國家對于含放射性物質(zhì)的煤礦有極嚴的管制，因此這一類礦井污水很少。

2 礦井水再利用方法

針對前文所述的5種類型礦井污水，其資源再利用的途徑有以下5種。

1) 潔凈礦井水的水質(zhì)較高，主要應避免排水過程導致的二次污染，特別是煤礦井下在出現(xiàn)礦涌情況下的排水，應設置專門的排水通道避免礦井涌水直接排放到井下的水源處，因此一般采取的方法是直接通過井下截流裝置后經(jīng)由專用管道排放到專用蓄水池，再用專用水泵將其匯集至地面專用中央蓄水池。排放出來的污水一般直接用作煤礦生產(chǎn)用水或洗煤廠的選煤用水，少數(shù)企業(yè)也會將其進行消毒處理，然后直接作為礦區(qū)生活用水。

含懸浮物礦井水在煤礦污水中所占比重最大，且其水質(zhì)特性導致其再利用價值較高，圖1為此類煤礦污水再利用的常規(guī)工藝流程，主要包含混凝、沉淀、過濾以及消毒殺菌工藝，經(jīng)過上述過程處理后的礦井水主要用作煤礦井下消防灑水和工業(yè)場地生產(chǎn)用水。較大懸浮物在調(diào)節(jié)水池中依靠自身重力的作用，可以直接沉淀，從而分離出礦井水，而膠體以及小顆粒懸浮物無法自然沉淀，必須采用加藥混凝的化學方法將其去除[3]。

圖1 含懸浮物礦井水的污水再利用工藝流程

2) 高礦化度礦井水的處理需要先預處理去除雜質(zhì)，然后再采用電滲析法進行脫鹽處理，使得其水質(zhì)達到國家工業(yè)用水水質(zhì)的要求后用于煤礦井下消防灑水和地面工業(yè)用水。

3) 酸性礦井水一般采用中和法將其pH值調(diào)節(jié)至7左右。常用的中和法有投入混合法與過濾法，前者通常采用將含有熟石灰、電石渣、NaOH、Na2CO3等物質(zhì)的堿性溶液加入礦井污水中對其進行中和作用，后者是采用塊狀或顆粒狀的石灰石、白云石作為過濾層對礦井污水進行中和處理[4]。此外，經(jīng)過中和后的礦井水還必須去除其中的鐵離子與錳離子。

4) 含特殊污染物礦井水中含放射性污染物的污染最為嚴重，可采用化學沉淀法、離子交換法和蒸發(fā)法[5]等多種工藝方法對其進行有效處理。

3 礦井水再利用效益分析

煤礦生產(chǎn)企業(yè)對煤礦污水，尤其是礦井水的再利用，能夠獲得較大的經(jīng)濟利益、環(huán)境效益以及社會效益。經(jīng)濟方面主要表現(xiàn)為不僅降低了企業(yè)的用水成本，提高了廢水綜合利用效率，可節(jié)約大量排污費與罰款，同時礦井水經(jīng)過簡單處理后能夠用于礦區(qū)居民的生活用水和灌溉農(nóng)業(yè)用水，能夠降低煤礦生產(chǎn)企業(yè)的涌水成本，顯著提升煤礦生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益；環(huán)境方面，確保了排水不會對環(huán)境造成污染，既提升了礦區(qū)環(huán)境，又保護了礦區(qū)及礦區(qū)周圍的土地、河流、地下水等不受污染；社會效益方面，煤礦污水再利用符合國家環(huán)保政策，也是社會與企業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展的重要保障，做好此項工作可以有效提升企業(yè)的社會形象。

4 結(jié)論

本文通過對煤礦污水中占比最大的礦井水水質(zhì)特性進行分析與分類，并針對5種礦井水指出了相應的污水處理再利用的方法，根據(jù)分析表明：

1) 影響礦井水水質(zhì)的主要因素包括煤層與煤質(zhì)的特征、煤礦企業(yè)采用的開采工藝、當?shù)氐乃磁c氣象等氣候因素，因此導致我國各地區(qū)的礦井水水質(zhì)差異較大，但一般均呈現(xiàn)為黑色中性狀態(tài)，少數(shù)地區(qū)pH值為酸性。

2) 含懸浮物礦井水在煤礦污水中所占比重最大，較大懸浮物在自身重力的作用下會直接沉淀，從而分離出礦井水，而膠體以及小顆粒懸浮物無法自然沉淀，必須采用混凝的化學方法將其去除。

3) 做好煤礦污水再利用工作，能夠使得煤礦企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益。