煤礦礦井水處理方法與綜合利用策略分析

柴新庚

（汾西礦業(yè)賀西煤礦，山西 柳林 033300）

引言

煤炭開采以及使用中引起的環(huán)境問題是相當(dāng)突出的，尤其是水污染問題。這一問題的出現(xiàn)不但影響了人們的生活，也有礙于煤炭生產(chǎn)，對(duì)煤炭工業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展造成了極大約束。伴隨煤炭產(chǎn)業(yè)深入發(fā)展，使得缺水問題變得更為顯著。當(dāng)對(duì)煤炭進(jìn)行開采時(shí)，會(huì)放出很多的礦井水。具體排放中，因?yàn)槭艿街T多物質(zhì)的污染，例如煤粉與巖粉，所以會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生污水。若沒有經(jīng)過處理就排放，則會(huì)對(duì)礦區(qū)環(huán)境造成一定程度的污染。處于水資源相當(dāng)缺乏的情況下，就直接進(jìn)行排放，這屬于一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。對(duì)此，在對(duì)礦井水進(jìn)行處理之后達(dá)到綜合利用，為處理缺水問題以及環(huán)境污染的最好選擇，實(shí)現(xiàn)多個(gè)效益的統(tǒng)一，其中包括社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益等。

1 礦井水特點(diǎn)與類型

礦井水有著較多的來源，一般主要是地下水，其中既包含滲透水，也有著裂隙水。通常情況下，礦井水特性與這兩點(diǎn)有關(guān)，一點(diǎn)是成煤地質(zhì)環(huán)境，另一點(diǎn)就是地層礦物成分，存在較多的因素可能對(duì)礦井水水質(zhì)以及水量造成影響，特別是地質(zhì)條件與充水。通常而言，可以將礦井水分成多種類型，常見的有潔凈礦井水以及酸性礦井水等。雖然礦井水存在著地下水特點(diǎn)，然而因?yàn)楸蝗藶樗廴荆赃€有著一定的地表水特征[1]。對(duì)于礦井水排量來說，它在很大程度上取決于水文地質(zhì)條件，不同區(qū)域有著較大的不同。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)生產(chǎn)1 t 原煤時(shí)，一般會(huì)形成0.5 m3～10 m3的井下排水量，從平均情況上來看，涌水量大概能夠達(dá)到3 m3。相比之下，礦井廢水污染較小，所包含的污染物并不多，通常情況下不會(huì)存在有毒物質(zhì)，不過在一些方面有著超標(biāo)的情況，例如酸度、硬度以及硫酸鹽等，可以看成回用水水源。

2 礦井水處理方法分析

2.1 潔凈礦井水

這類水也為地下水，實(shí)際上沒有被污染，在生活以及生產(chǎn)方面有著一定的實(shí)用性。合理采樣以及分析煤礦水層，實(shí)施井下清污分流，在專設(shè)管路作用之下將此類水排出，在礦井水利用上這為一種行之有效的供水方法，有著較好的簡便性以及經(jīng)濟(jì)性。

2.2 懸浮物礦井水

這類水分布相對(duì)廣闊，國內(nèi)很多的礦井排水就是這一種類型。對(duì)于懸浮物含量大來講，它一般指地下水被采礦作業(yè)所影響，從而夾帶有煤塵、巖粉，但不包含細(xì)菌與懸浮物，無論是毒理指標(biāo)還是化學(xué)指標(biāo)，懸浮物礦井水都能夠達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。通過井下水倉在沉淀這類水之后，將其排到地面，在合理使用一般水處理工藝的基礎(chǔ)上，就可以獲取相應(yīng)的生活與生產(chǎn)用水。

2.3 高礦化度礦井水

此類水常常被人們稱作含鹽礦井水，其中包含著較多的離子，常見的有硫酸根離子、鈣離子、鈉離子以及氯離子等，以可溶性固體總含量來看，該數(shù)值超過103 mg/L，水質(zhì)通常為中性與弱堿性，同時(shí)有著苦澀味，所以也被稱作苦咸水。由于含鹽量顯著，故而不宜進(jìn)行飲用。在對(duì)此類水進(jìn)行處理時(shí)，需要開展一系列的預(yù)處理，尤其是脫鹽，它是相當(dāng)重要的，對(duì)此可供選用的方法較多，常見的有蒸餾法、反滲透法等。尤其是電滲析法，在礦井水凈化方面此方式有著較好的經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)此類水進(jìn)行處理時(shí)常常會(huì)使用到電滲析法。

2.4 酸性礦井水

在礦山廢水中此類水有著很大的危害，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)一般會(huì)考慮中和法，當(dāng)然也可以采取一些別的方法，例如人工濕地法。

2.4.1 石灰石中和法

2.4.1.1 反應(yīng)原理

通過對(duì)石灰石的使用，同此類水進(jìn)行反應(yīng)，形成鈣鹽以及碳酸，實(shí)際的反應(yīng)式如式（1）。因?yàn)闉V料持續(xù)滾動(dòng)以及摩擦，所以會(huì)形成新的反應(yīng)表面，從而讓反應(yīng)可以不斷開展。

2.4.1.2 工藝流程

通常情況下，包含兩種工藝流程：一種是CaCO3中和滾筒法。選擇合適的滾筒將CaCO3置于其中，通過旋轉(zhuǎn)增加接觸面，使反應(yīng)不斷進(jìn)行；另一種工藝流程為升流膨脹中和法。具體而言，選擇細(xì)顆粒CaCO3（直徑≤3 mm），并將其裝塔，以從上而下的順序讓水流經(jīng)過濾料，產(chǎn)生中和反應(yīng)。

2.4.2 石灰中和法

2.4.2.1 反應(yīng)原理

針對(duì)石灰以及酸性水，借助二者之中的氧化鈣與硫酸形成反應(yīng)[式（2）]。

2.4.2.2 工藝流程

目前對(duì)于酸性礦井水，通常會(huì)借助石灰來處理。相比之下中和法較為成熟，能夠有效處理酸性廢水，無論是石灰還是石灰石，都可以看成中和劑，因?yàn)閬碓聪鄬?duì)廣泛、價(jià)格不昂貴，并且此方法操作不復(fù)雜，易于進(jìn)行管理，工作環(huán)境理想等優(yōu)勢，所以在酸性廢水處理方面此方法得到了較大的推廣。不過在處理之后會(huì)形成一定硫酸鈣渣，同時(shí)不易進(jìn)行脫水，堆存處理可能會(huì)引起二次污染[2]。

2.4.3 生物化學(xué)處理法

此方法被廣泛研究，并在一些發(fā)達(dá)國家已得到了很好運(yùn)用，例如日本與美國。它的基本原理為：處于酸性條件，通過對(duì)氧化亞鐵硫桿菌的使用，對(duì)水中亞鐵離子進(jìn)行氧化處理從而變成鐵離子，以此達(dá)到除鐵的目的。在亞鐵離子氧化反應(yīng)過程中此硫桿菌可以獲得生存以及繁殖所需要的能量，無需加入營養(yǎng)液。

2.4.4 濕地處理法

在對(duì)此類水進(jìn)行處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多的費(fèi)用，并且也有著二次污染情況。所以處于塌陷區(qū)沼澤地帶，需要最大程度引入濕地處理技術(shù)，它的基本原理為：借助濕地植物與細(xì)菌等對(duì)水中的亞鐵離子、錳離子等進(jìn)行系列作用，例如吸附及絡(luò)合作用，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)酸性水中和，也可以很好除去這些離子。此方式操作容易便于進(jìn)行管理、處理所需成本不高，效果理想。

2.5 特殊礦井水

在此類水中包含著特殊污染物，常見的有含油礦井水、含氟礦井水等。此類水發(fā)現(xiàn)量較少，按照所含污染物的差異，依次存在相關(guān)的處理方式。對(duì)于含氟礦井水能夠選擇多種方式，例如較為常用的吸附；在對(duì)含油礦井水進(jìn)行處理時(shí)，一般可以實(shí)施氣浮法。此類水被看成飲用水時(shí)，應(yīng)該進(jìn)一步探究處理技術(shù)的可行性。

3 煤炭礦井水綜合利用

目前礦井水綜合使用方向一般存在2 個(gè)，也就是生產(chǎn)以及生活用水。對(duì)生產(chǎn)用水進(jìn)行細(xì)分又可以分成工業(yè)與農(nóng)業(yè)用水。就生產(chǎn)用水而言，它在水質(zhì)方面的要求較低，通常情況下，在對(duì)礦井水進(jìn)行凈化之后就能夠達(dá)到要求。當(dāng)對(duì)礦井水進(jìn)行利用時(shí)，一般考慮下述方面用水。

3.1 礦區(qū)井下用水

對(duì)于煤礦井下用水通常用不著凈化，只要通過系列簡單操作就能夠供井下利用，符合生產(chǎn)需求，例如混凝以及過濾等。在煤礦中可供采用的防火方式較多，尤其是防火灌漿，這一方法有著較好的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，便于進(jìn)行操作，利用相對(duì)廣泛。在水質(zhì)方面沒有特殊要求，酸堿度介于6～8 就可以。所以防火灌漿需要考慮借助井下廢水將其看成水源。處于水量不夠的情況下，將較少生活用水看成補(bǔ)充水源。還有，將多余礦井水回灌至地下，在實(shí)現(xiàn)水資源補(bǔ)充的同時(shí)，可以避免地表沉陷現(xiàn)象。

3.2 選煤廠補(bǔ)充水

處于井底儲(chǔ)水倉，就井下水停留而言，它的時(shí)長通常會(huì)超過8 h，向水倉中放入合適絮凝劑能夠?qū)崿F(xiàn)徹底沉淀，在此之后對(duì)于懸浮物來講，它的質(zhì)量濃度通常不超過0.4 kg/L，pH 值介于6～8，就能夠符合選煤補(bǔ)充水需求。對(duì)于沉淀煤泥能夠借助礦車送到地面，然后集中處理，以供電廠使用。對(duì)于凈化之后的廢水可以看成補(bǔ)充水，若有剩余既可以排放，也能夠用于農(nóng)業(yè)灌溉方面。

3.3 用作生活用水

礦井在具體掘進(jìn)中，通常會(huì)遇上斷層，斷層位置通常存在裂隙承壓水涌出。在長時(shí)間觀測之后，明確其補(bǔ)給來源，然后判斷有沒有使用價(jià)值。若裂縫承壓水沒有被污染，出水可靠，指標(biāo)可以達(dá)到飲用水要求，只要開展常規(guī)消毒處理，在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之后，就能夠看成生活水源，由此處理礦井缺水問題。于涌出處，采取就近的原則，構(gòu)建水倉與水泵硐室，在提升之后運(yùn)進(jìn)儲(chǔ)水池，于入口位置添加合適消毒劑，在有效消毒的前提下可以看成生活用水。

3.4 用于礦井非飲用水源

在有的礦井周圍，礦井浴室、礦區(qū)綠化等生產(chǎn)用水與生活用水若借助井下廢水來處理，則很大程度上會(huì)降低飲用水用量?？偠灾?，在井下水處理以及使用方面還沒有產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)的處理流程以及方式。因?yàn)榫滤坑兄▌?dòng)，水質(zhì)缺乏穩(wěn)定，所以能夠按照井下水水質(zhì)與水量，結(jié)合地方實(shí)際情況進(jìn)行處理與合理利用[3]。在礦井水處理與使用方面，伴隨煤炭工業(yè)的不斷進(jìn)步，有著很好的前景，它的處理方式與流程也會(huì)持續(xù)發(fā)展健全。

3.5 綜合利用實(shí)例

某礦區(qū)下屬4 個(gè)礦井按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，引入新的技術(shù)與設(shè)備等著重發(fā)展礦井水資源化使用項(xiàng)目，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)際規(guī)劃，先后于多個(gè)煤礦建立了礦井水處理廠。礦區(qū)每一年能夠使用凈化礦井水約為800 萬m3，回收一定量煤泥，降低排污費(fèi)用，一年可以獲取效益約達(dá)到400 萬元。在讓礦井水實(shí)現(xiàn)充分、科學(xué)利用的同時(shí)，也能夠顯著節(jié)省現(xiàn)有供水費(fèi)用，獲取了不錯(cuò)的回報(bào)。

4 結(jié)語

總而言之，煤礦礦井水不但為一種污染源，存在著一定行業(yè)特點(diǎn)，也為一種重要的水資源，在對(duì)其進(jìn)行處理之后，當(dāng)作工業(yè)與生活用水等，在處理了礦區(qū)缺水問題的同時(shí)，也有效利用了礦井水，一定程度上節(jié)約了地下水，存在顯著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，可以助力煤炭產(chǎn)業(yè)以及礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展。