張金爐

【摘要】：水害往往給煤礦造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此中立水害就成了煤礦安全工作的重中之重。煤礦對(duì)于水的治理工作不僅是煤礦安全生產(chǎn)管理的重要工作之一，同時(shí)礦井水的科學(xué)利用也是煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的一個(gè)重要途徑。因此，全面分析礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，弄清礦井地質(zhì)構(gòu)造特征，掌握礦井水文動(dòng)態(tài)及礦井水文地質(zhì)條，及時(shí)采取切實(shí)可行的防治水措施，對(duì)于煤礦杜絕突水事故發(fā)生，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。同時(shí)，科學(xué)應(yīng)用礦井水，不僅可以有機(jī)地實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，而且還能提高煤礦企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)緩解水資源短缺的目的，促進(jìn)煤礦企業(yè)的和諧，綠色發(fā)展。本文就當(dāng)前煤礦企業(yè)的礦井水的治理與應(yīng)用，結(jié)合工作實(shí)踐，作了一些簡(jiǎn)單的分析和論述。

【關(guān)鍵詞】：礦井水害創(chuàng)新水文動(dòng)態(tài)安全生產(chǎn)

礦井水的治理技術(shù)，決定于礦井水的性質(zhì)和處理后的用途。從水質(zhì)成份上看，礦井水既具有地下水及地表水的特點(diǎn)，又具有天然水與污染水的性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行處理，可按城市給水凈化工藝、工業(yè)給水凈化工藝以及廢水處理工藝進(jìn)行。根據(jù)目前掌握的水處理技術(shù)對(duì)不同類型的礦井水進(jìn)行處理，均可達(dá)到不同使用目的的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。對(duì)于采礦人，考慮的主要問題是經(jīng)濟(jì)上是否合理可行。故而，研究更有效，更經(jīng)濟(jì)、更達(dá)標(biāo)，更適用的礦井水治理方法，仍是非常有意義和重要的水治理技術(shù)課題。目前，我國(guó)煤礦對(duì)礦井水的處理主要有以下幾方面：

1對(duì)懸浮物的處理

構(gòu)成礦井水懸浮物的主要成份是粒徑極為細(xì)小的煤粉和巖塵，靠自然沉淀去除懸浮物是困難的，故必須借助混凝劑，采用混凝沉淀的處理方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮物的去除。目前，對(duì)于礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水的處理，有較成熟可行的經(jīng)驗(yàn)，一般采用混凝、沉淀以及過濾、消毒等工序處理后，其出水水質(zhì)即能達(dá)到生產(chǎn)使用和生活飲用的標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)其處理所用混凝劑一般為硫酸鋁和聚合氯化鋁。采用聚合氯化鋁鐵，對(duì)礦井水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種無(wú)機(jī)高分子混凝劑對(duì)礦井水的水溫及pH的變化適應(yīng)性很強(qiáng)，其去濁率比硫酸鋁更好。而對(duì)于聚丙烯酰胺這類有機(jī)高分子劑，由于其價(jià)格昂貴和具有毒性的特點(diǎn)，在礦井水作生活飲用水源處理中較少采用。

在處理回用工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，前蘇聯(lián)起步較早，前蘇煤礦環(huán)保研究院研制了用壓力氣浮法凈化礦井水和前蘇聯(lián)采煤建井和勞動(dòng)組織研究所研究的電絮凝法，可使雜質(zhì)團(tuán)粒的沉淀速度提高數(shù)倍，并對(duì)排除乳化于水中的石油產(chǎn)物和其污物有效。我國(guó)煤礦礦井廢水處理與回用研究起步較晚，近幾年，中國(guó)統(tǒng)配煤礦總公司所屬各礦對(duì)礦井水的處理，尤其是深度處理方面的工作才逐步展開，環(huán)保工作者積極研究礦井水處理和合理利用的有效方法，兗州礦務(wù)局南屯煤礦采用混凝劑和助凝劑復(fù)合配方，使廢水中懸浮物在普通煤泥沉淀池中沉淀，處理后可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，且能滿足工業(yè)用水要求。平頂山礦務(wù)局七礦把低礦化度的礦井水處理到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，建成了一座日處理能力3萬(wàn)T的凈水廠，其工藝采用混凝、沉淀、過濾，消毒，不僅減少了對(duì)環(huán)境的污染，而且取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2高礦化度礦井水的處理

高礦化度礦井水是指含鹽量大干1000mg／L的礦井水，我國(guó)煤礦高礦化度礦井水的含鹽量一般在1000～3000mg／L之間，少量礦井達(dá)4000mg／L以上。因這類礦井水的含鹽成份主要是源于C、Mg、K、SO、HCO、cl等離子，其硬度往往較高，既不適用于生活飲用，更不適宜作鍋爐用水。對(duì)高礦化度礦井水的處理工藝，除采用給水凈化傳統(tǒng)工藝去除懸浮物和消毒外，其關(guān)鍵工序就是脫鹽。降低礦井水含鹽量的方法，主要有以下幾種：

2.1化學(xué)法

離子交換法是化學(xué)脫鹽的主要方法，即利用陰陽(yáng)離子交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。此法用在進(jìn)水含鹽量小于500mg／L時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。

2.2熱力法

使用高溫蒸餾和低溫冷凍的處理過程均屬熱力法淡化。高溫蒸餾法是對(duì)含鹽水進(jìn)行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。此法以消耗熱能為代價(jià)，一般適用于含鹽量超過3000mg／L礦井水的處理。前蘇聯(lián)煤炭環(huán)保研究院曾試驗(yàn)研究出一種供礦井水淡化處理的蒸餾裝置，用于含鹽量超過5g／L的礦井水處理，其出水可供煤礦生活和生產(chǎn)用。捷爾諾夫斯克礦井建成的絕熱式蒸發(fā)器，可將礦化度為"／800～9000rag／L含鹽量降至25 200mg／L。波蘭杰別尼斯卡礦井建成一套生產(chǎn)能力為100m3／h的絕熱蒸發(fā)式淡化裝置，可將原料水含鹽量從100g／L降至100mg／L。蒸餾法的主要問題是需防止熱交換表面結(jié)垢。

2.3膜分離法

電滲析和反滲透技術(shù)均屬于膜分離技術(shù)，是我國(guó)目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。尤其是前者在我國(guó)煤礦系統(tǒng)已有不少應(yīng)用實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。電滲析是在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)處理過程。含鹽原水經(jīng)過電滲析器后，便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。一般淡化水量為總進(jìn)水量的50％～70％。當(dāng)進(jìn)水含鹽量小于4000mg／L時(shí)用此法較為經(jīng)濟(jì)。前蘇聯(lián)1991年已在頓涅茨等煤礦應(yīng)用電滲析法淡化礦井水，取得很好的效果。我國(guó)大同礦務(wù)局同家梁礦從1974年開始利用電滲析法處理礦井水，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。電滲析除鹽法的優(yōu)點(diǎn)是：不需再生，可連續(xù)出水，工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備少，與離子交換法串聯(lián)使用可制取純水等。此法的主要問題是：水回收率低(一般僅為50％左右)，采用濃水循環(huán)工藝雖可使水回收率提高，但其循環(huán)方法及控垢藥劑的投加，目前缺少成熟經(jīng)驗(yàn)。易發(fā)生極化結(jié)垢。另外，必須對(duì)其進(jìn)水進(jìn)行深度預(yù)處理，并使鐵化合物含最不超過100μg／L。

反滲透法是借助于半透膜在壓力(--般為30～70KG／cm2)作用下進(jìn)行物質(zhì)分離的方法。它可有效地去除無(wú)機(jī)鹽類、低分子有機(jī)物、病毒和細(xì)菌等。適用于含鹽量大于4000mg／L的水的脫鹽處理較經(jīng)濟(jì)。此法與電滲析法相比，其優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品水回收率高，脫鹽率和水的純度高，投資費(fèi)用低，無(wú)污染等。缺點(diǎn)是：操作壓力高，能耗大，設(shè)備較復(fù)雜，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高等。反滲透脫鹽技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)仍處于深入研究和試用階段。

總體說(shuō)來(lái)，高礦化度廢水目前的處理方法還不是很成熟，各種方法都有一些缺點(diǎn)，且處理成本較高。因此，研究高礦化度廢水處理的新方法，并降低處理成本，是水處理技術(shù)的一個(gè)重要課題，是采礦人值得深入研究的領(lǐng)域。

3酸性礦井水的處理

我國(guó)的煤礦酸性水主要分布在南方，又因酸性礦井水水質(zhì)比較復(fù)雜，若將其處理成生活用水，噸水成本較高，所以目前酸性水一般經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后即予以排放。對(duì)酸性礦井水的處理，主要有以下幾種方法：

3.1中和法

中和法是目前煤礦酸性水最常采用的處理方法，適合作中和劑的有石灰石、大理石、白云石、石灰等堿性物質(zhì)。選擇何種中和劑取決于中和劑的反應(yīng)性、適用性、價(jià)格及運(yùn)輸是否方便等因素。其中尤以石灰石及石

灰中和劑應(yīng)用的最為廣泛。

石灰石中和法的處理裝置有三種型式，即中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。石灰石中和滾筒法是指利用石灰石為中和劑，酸性水在滾筒中被石灰石所中和的處理方法。其出水再經(jīng)沉淀可外排。山東省的淄博西河煤礦就是采用這種處理方法；石灰石升流膨脹過濾中和法是以細(xì)小石灰石顆粒(D≤3mm)為濾料，酸性水自濾池底部進(jìn)入濾池，使濾料膨脹，從而使中和反應(yīng)沿著流線方向連續(xù)不斷地進(jìn)行的一種處理方法。其出水再經(jīng)沉淀后即可外排。此法目前較多使用-石灰石曝氣流化床處理方法是我國(guó)開發(fā)研究的一種新工藝。

石灰中和法是目前煤礦酸性水普遍采用的中和處理方法。它將氧化鈣含量為67％～81％的石灰制成含活性氧化鋁5％～10％的石灰乳，加人中和氧化池中，同時(shí)進(jìn)行充分機(jī)械攪拌，然后經(jīng)沉淀、過濾后，出水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2生物化學(xué)處理法

生物化學(xué)處理法處理含鐵酸性水是目前國(guó)內(nèi)外研究比較活躍的處理方法。在美國(guó)、日本等國(guó)已進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。其原理是：利用氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中Fe氧化成Fe，然后再用石灰石進(jìn)行中和處理，以實(shí)現(xiàn)酸性礦井水的中和及除鐵。此法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)二價(jià)鐵具有很高的氧化率，二價(jià)鐵氧化細(xì)菌無(wú)需外界添加營(yíng)養(yǎng)液，處理后的沉淀物可綜合利用。利用生物轉(zhuǎn)盤工藝是可靠的，日本于1976年已建成兩座這種處理站。其缺點(diǎn)是；反應(yīng)器體積大，投資高；煤炭礦井水成份復(fù)雜，常含有一些不利的重金屬(如Pb、zn等)，對(duì)微生物具有抑制作用。

3.3濕地生態(tài)工程處理法

這種法是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種污水處理技術(shù)，具有投資少運(yùn)行費(fèi)低、易于管理等突出的優(yōu)點(diǎn)，引超人們的極大興趣。美國(guó)一些煤礦一直在嘗試用人工濕地處理酸性礦井水。從70年代開始，美國(guó)科學(xué)家在濕地上建造人工淺池沼，在其底部鋪上碎石灰石，其上填入混合肥料或其他一些有利于根系生長(zhǎng)的有機(jī)質(zhì)，在混合肥料上種植香蒲(一種植物)。酸性礦井水流經(jīng)人工濕地后，pH值可上升，并可去除50％以上的污染物(如鐵可降低80％左右)。但此法處理效果并非很理想，有些酸性礦井還需要進(jìn)行其他化學(xué)處理。

4礦井水處理后的應(yīng)用

顯然，通過有效的治理，礦井水在煤礦生產(chǎn)中不具有了危害性，而延伸到礦井水的利用，各煤礦企業(yè)通過有效的舉措，逐漸形成了礦井水的工業(yè)利用與改造，既使礦井水對(duì)環(huán)境污染有了良好的改進(jìn)，同時(shí)通過科學(xué)治理，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的科技創(chuàng)新能力進(jìn)步，在提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益前提下也凸顯了礦井水治理的社會(huì)性與科學(xué)性，使企業(yè)的安全生產(chǎn)更具環(huán)保與科學(xué)。

縱觀世界，不少國(guó)家在礦井廢水的處理和利用方面，進(jìn)行了廣泛的研究和實(shí)踐，已取得了許多成果，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)地大物博，幅員遼闊，由于煤炭礦井廢水成份的復(fù)雜性和地域的特點(diǎn)等因素，所以現(xiàn)有對(duì)煤炭礦井水的處理與回用工藝技術(shù)還不夠完善和成熟。對(duì)于采礦人，針對(duì)不同的水質(zhì)情況和回用的具體要求，開發(fā)研究工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、管理方便、經(jīng)濟(jì)合理的新工藝、新設(shè)備和新藥劑，仍是煤炭礦井廢水處理和利用的重要課題。