礦井水處理工藝的應(yīng)用研究

任學(xué)彬

（山西焦煤集團(tuán)華晉焦煤呂梁有限公司，山西 呂梁 032300）

引言

煤炭在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的礦井水，目前對(duì)礦井水的處理較為簡(jiǎn)單，甚至?xí)苯优欧牛瑖?yán)重影響了煤礦開采區(qū)域的環(huán)境，隨著“綠色開采”計(jì)劃的不斷推進(jìn)及對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提升，對(duì)礦井水的處理要求更加嚴(yán)格，要求排放的礦井水可滿足地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。由于不同區(qū)域的煤炭環(huán)境差異性大，所開采處的礦井水類別多樣，在進(jìn)行凈化的過程中主要采用了混凝+沉淀的處理模式，無法對(duì)水中的有害物質(zhì)進(jìn)行祛除，難以滿足新時(shí)期的礦井水排放要求。

為了提高礦井水的處理效率和經(jīng)濟(jì)性，本文對(duì)常見礦井水進(jìn)行了分類，針對(duì)各種礦井水的特性，提出了針對(duì)性的凈化處理方案，不僅有效提升了對(duì)礦井水的凈化處理效率，而且能夠最大限度的降低成本。根據(jù)實(shí)際分析表明，新的礦井水分類處理工藝，為指導(dǎo)礦井水的快速、高效處理，降低對(duì)環(huán)境的污染奠定了基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 礦井水分類

礦井水是指在礦井水抽排、洗煤等過程中產(chǎn)生的廢水，根據(jù)礦井水水質(zhì)的特性主要可以分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水及酸性礦井水[1]。礦井水的污染主要是指抽采及排放時(shí)候?qū)е碌牡乇硭蛘叩叵滤奈廴?、底板塌陷等，特別是以礦井水排放導(dǎo)致的地表水污染為主，礦井水內(nèi)含有大量的重金屬物質(zhì)，長(zhǎng)期排放到地表后會(huì)導(dǎo)致排放區(qū)域或者河流內(nèi)的重金屬物質(zhì)超標(biāo)。目前采用的混凝+沉淀的處理模式僅能對(duì)礦井水進(jìn)行初始過濾，難以滿足祛除礦井水內(nèi)的有毒有害物質(zhì)的需求。礦井水分類結(jié)果，如圖1所示。

圖1 礦井水分類結(jié)果示意圖

2 含懸浮物礦井水處理

含懸浮物的礦井水主要是指在煤炭開采過程中產(chǎn)生的含有粉塵、巖粉或者其他顆粒的污水，水中含有大量的懸浮顆粒物及其他有害物質(zhì)，是煤礦開采過程中產(chǎn)出量最大的礦井水，占礦井水總數(shù)的59%以上。通過對(duì)該類型礦井水的分析，其礦化度一般小于1.2 g/L，水質(zhì)主要呈中性。由于水中的懸浮顆粒數(shù)量較多，微粒表面帶有較多的負(fù)電荷，因此各個(gè)顆粒間具有明顯的相互排斥性，難以通過靜置沉淀的方式進(jìn)行聚集，是膠體特性和懸浮物特性的結(jié)合體。

針對(duì)含懸浮物礦井水的特性，提出了一種新的礦井水超磁分離技術(shù)[2]，先在水中加入一定量的磁種介質(zhì)和微絮懸浮藥物，將礦井水中的具有箱體特性的磁種介質(zhì)結(jié)合形成大的絮團(tuán)，然后再通過在水中加入磁場(chǎng)，在磁力的作用下進(jìn)行快速的分離。礦井水超磁分離技術(shù)原理，如圖2 所示。

圖2 礦井水超磁分離技術(shù)原理示意圖

采用礦井水超磁分離技術(shù)具有占地面積小、成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)在煤礦的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)質(zhì)量濃度為400 mg/L 的20 L 礦井水進(jìn)行處理，4 min 處理完成，處理后的懸浮物質(zhì)量濃度小于8 mg/L，對(duì)懸浮物的祛除率達(dá)到了98%，處理后的礦井水可以用于生活供水，即保障了生活區(qū)域的供水，又降低了污水排放對(duì)環(huán)境的污染，取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

3 高礦化度礦井水處理

高礦化度礦井水是指水質(zhì)中含鹽量大于0.9%的礦井水，水質(zhì)中的鈉離子、鈣離子、硫離子等的含量較高，其水質(zhì)主要偏堿性，水的平均礦化度達(dá)到了3 500 mg/L。高礦化度礦井水占礦井水總數(shù)的59%以上，高礦化度礦井水排放后會(huì)直接導(dǎo)致土壤鹽堿化、影響地面植被生長(zhǎng)。對(duì)高礦化度礦井水的處理主要是祛除里面的鹽分，目前常用的處理方案時(shí)離子交換法和膜分離法[3]。

離子交換法，主要是在溶液內(nèi)添加離子交換劑，然后通過和溶液中的離子之間發(fā)生交換反應(yīng)來進(jìn)行鹽分的置換，該方案主要用于處理鹽分不超過600 mg/L的高礦化度礦井廢水，其處理原理，如圖3 所示[4]。

圖3 離子交換法原理圖

膜分離法，是指以人工合成的高分子膜核心，通過在膜兩側(cè)施加一個(gè)壓力差，推動(dòng)大分子或者透過性差的分子留在膜的一側(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水中鹽分的分離，具有工藝流程簡(jiǎn)單、可重復(fù)利用，凈化處理效果好、效率高的優(yōu)點(diǎn)，主要用于處理鹽分超過600 mg/L的高礦化度礦井廢水，其處理原理，如圖4 所示[5]。

圖4 離子交換法原理圖

4 酸性礦井水處理

酸性礦井水主要是指在開采高硫煤層時(shí)產(chǎn)生的礦井水，水質(zhì)含有較多的硫離子、鐵離子、錳離子等，其水質(zhì)呈酸性，酸性礦井水占礦井水總數(shù)的8%以上，直接排放后會(huì)導(dǎo)致植物枯萎、地表水污染等，主要的處理方案包括了生物法及化學(xué)法[6]，生物法是利用硫酸鹽還原菌構(gòu)建硫酸鹽生物群來對(duì)酸性礦井水進(jìn)行處理，但其對(duì)菌群的生存環(huán)境要求高，應(yīng)用范圍較小，因此目前常用的主要是化學(xué)法。

化學(xué)法是指在水中加入氫氧化鈣或者碳酸鈣等堿性物質(zhì)，來對(duì)礦井水內(nèi)的酸性物質(zhì)進(jìn)行中和，同時(shí)使水中的重金屬離子或者硫酸根形成沉淀物后從水中祛除，化學(xué)法祛除礦井水內(nèi)的酸性離子原理，如圖5 所示[7]。

圖5 化學(xué)法處理酸性礦井水原理圖

根據(jù)在煤礦的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)礦井水內(nèi)的酸性離子祛除率可達(dá)97.4%，處理后的礦井水滿足地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，可直接用于生活用水或者灌溉，也可直接排放進(jìn)河流內(nèi)，對(duì)減少水污染，提高礦井水處理經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)礦井水處理方案單元，效率低、經(jīng)濟(jì)性差的不足，對(duì)礦井水的分類和主要成本進(jìn)行了分析，針對(duì)性的提出了不同的處理方案，對(duì)提升礦井水處理效率和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）礦井水水質(zhì)的特性主要可以分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水及酸性礦井水；

2）超磁分離技術(shù)具有占地面積小、成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)懸浮物的祛除率達(dá)到了98%；

3）離子交換法主要用于處理鹽分不超過600 mg/L的高礦化度礦井廢水，膜分離法主要用于處理鹽分超過600 mg/L 的高礦化度礦井廢水；

4）在水中加入氫氧化鈣或者碳酸鈣等堿性物質(zhì)對(duì)酸性礦井水進(jìn)行處理的方案，對(duì)礦井水內(nèi)的酸性離子祛除率可達(dá)97.4%。