礦山廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀

李建華 張 超 蔡貝珊

(1.中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司，陜西榆林 719315; 2.龍巖安居住宅建設(shè)有限公司，福建龍巖 364000)

煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占70%以上，支撐著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［1］。煤礦開采是一個地面與地下的復(fù)雜過程，采礦過程無疑會對礦區(qū)水資源造成破壞，可能引發(fā)井泉干涸、地表巖溶塌陷等現(xiàn)象。同時由于礦井水排放過程經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)等反應(yīng)，水質(zhì)具有了以下部分特征:含懸浮物、高礦化度、含重金屬、含有機(jī)物、含酸性等。若礦井廢水未經(jīng)處理直接排到江河湖泊，必將嚴(yán)重污染水資源，對飲水水源造成嚴(yán)重的威脅。據(jù)相關(guān)報道，煤炭采掘?qū)λY源的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢水量很大。每挖1 t煤，就會破壞2.48 m3的水資源［2］。全國煤礦每年排放礦井水約45 億 m3，利用率僅為43.8%［3，4］。因此，煤礦廢水的資源化研究，具有重大實(shí)際意義。

1 我國煤礦廢水現(xiàn)狀

煤礦廢水不同于城市工業(yè)廢水，煤礦廢水包括礦井涌水、煤場和矸石場淋溶廢水等，礦井廢水在外排過程中受到物理、化學(xué)等反應(yīng)，水質(zhì)往往達(dá)不到排放或利用標(biāo)準(zhǔn)，必須經(jīng)過必要的工藝，處理和利用礦井水［5］。

1.1 水質(zhì)特征

我國礦井廢水的特點(diǎn)是排放量大，但毒性一般較小或無毒性，多呈中性，污染物以懸浮物(巖粉和煤粉)為主［1］。礦井廢水由于與土壤、礦石有著直接接觸，地質(zhì)環(huán)境對其有著巨大的影響。比如，北方煤礦多為單一高懸浮物水質(zhì)，而與之相對西南地區(qū)煤礦廢水，不僅具有懸浮物含量高的特點(diǎn)，CODCr也相對較高［6］。從水處理的角度來看，可以將其分為酸性礦井廢水和非酸性礦井廢水。若按照對環(huán)境的影響程度以及作為生活飲用水水源的要求，又可將礦井水按水質(zhì)特征分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水以及含有毒有害物質(zhì)礦井水(如高氟礦井水、含重金屬礦井水、含放射性污染物礦井水、含有機(jī)污染物礦井水)等。此外，還有特殊資源價值的礦泉水和高溫礦井水。

具體來說，高懸浮物礦井水是指礦井的廢水在外排中對作業(yè)區(qū)物理沖刷，攜帶了大量的煤粉和巖粉等懸浮顆粒，造成了礦井廢水中含有大量的懸浮物(SS)，另外這類水體中細(xì)菌較多，CODCr也偏高;高礦化度礦井水是指礦井廢水在煤礦作業(yè)區(qū)流出過程中，土壤及巖石中可溶出易溶物質(zhì)。因此，礦井廢水也具有高礦化度特性，而這些物質(zhì)的種類和數(shù)量多為在飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格控制的;酸性礦井水是指對于開采高硫煤的礦井，由于煤礦及其煤矸石中伴生有硫化礦物(如FeS2)，隨著硫化礦物的氧化分解，往往水質(zhì)呈酸性或高鐵性［7］。由于巖石中含氟礦物，重金屬和放射性物質(zhì)以及有機(jī)物，在地下水的浸溶作用下溶解出來，也由此產(chǎn)生了高氟礦井水、含重金屬礦井水和含放射性污染物礦井水等水體［3］。

1.2 礦井水處理及利用現(xiàn)狀

隨著環(huán)境問題越來越受重視，我們不難發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)行的飲用水國標(biāo)GB 5749-2006對于以上幾類物質(zhì)的要求控制的更加嚴(yán)格。針對我國煤礦廢水大多未經(jīng)處理就直接排放以及低利用率的現(xiàn)狀，應(yīng)著眼采取技術(shù)工藝的改進(jìn)以及加強(qiáng)監(jiān)督管理［8］。

礦井水的水量相對穩(wěn)定，同時我國大部分礦井水主要問題是含高懸浮物，處理比較容易。同時產(chǎn)礦區(qū)的水資源不足也促使加快充分利用礦井水［9］。隨著社會效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)的影響，礦井水資源的資源化利用不僅能夠緩解產(chǎn)礦區(qū)水資源短缺和解決水污染問題，對提高飲水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展都有巨大的作用。減少直接排放，增加回收利用才是有效解決水資源短缺和污染問題的有效方法。相關(guān)研究已經(jīng)開始探討這一利用模式的實(shí)際應(yīng)用。岱莊煤礦通過對礦井水和生活污水的深度處理，使處理后水質(zhì)達(dá)到礦區(qū)工業(yè)生產(chǎn)、生活用水或其他回用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)礦井廢水綜合利用，為礦區(qū)礦井水的處理和可持續(xù)利用提供合理的模式［10］。

2 煤礦廢水處理工藝

針對目前各個地區(qū)煤礦廢水的水質(zhì)特征，因地制宜，從經(jīng)濟(jì)、適用等角度選擇處理工藝。筆者簡單介紹了目前煤礦廢水中常見的含高懸浮物、高礦化度、酸性廢水、重金屬、微有機(jī)物這五類煤礦廢水的處理工藝技術(shù)。

2.1 高懸浮物礦井水處理工藝

在我國煤礦，據(jù)相關(guān)報道含懸浮物礦井水約占礦井排水量的60%，其水質(zhì)簡單，易于處理，其處理技術(shù)和處理效果在我國礦井水資源化方面具有十分重要的地位［3］。目前來說，對于這一類水質(zhì)，早已經(jīng)有了豐富的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，煤礦廢水通過混凝、沉淀、過濾以及消毒工序流程之后，即可達(dá)到生產(chǎn)使用和生活飲用水源的要求。目前，國內(nèi)各個煤礦礦井廢水的處理，根據(jù)水質(zhì)的具體參數(shù)，對不同方案組合進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)化現(xiàn)有的常規(guī)工藝等手段出發(fā)，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的［1，11，12］。

2.2 高礦化度礦井水處理工藝

高礦化度礦井水又稱為礦井苦咸水。因此，在常規(guī)的混凝、沉淀工藝之后還需經(jīng)過更進(jìn)一步的深度處理。目前，常用的技術(shù)工藝有:離子交換法、膜分離工藝等。所謂的離子交換法，是指通過離子交換固體吸附水中的離子，從而降低水中的含鹽量［3］。目前，膜分離法在礦井水處理應(yīng)用較多的是反滲透(RO)和電滲析(ED)這兩個分離技術(shù)方法。RO通過壓力差，能夠有效去除溶解的鹽類物質(zhì)，而ED則通過直流電的驅(qū)動下，去除礦物鹽類以及其他帶電物質(zhì)。相關(guān)研究不僅研究了RO在實(shí)際運(yùn)行中的可行性，并對其所涉及的問題提供了探討，提出運(yùn)用RO裝置的關(guān)鍵在于預(yù)處理以及日常的維護(hù)［2，13］。

2.3 酸性礦井水處理工藝

煤礦酸性廢水由于其分布范圍廣，水質(zhì)復(fù)雜，污染時間長，危害作用嚴(yán)重，處理比較困難。因此，這也成為了相關(guān)研究者研究的熱點(diǎn)［3，7，10］。目前，國內(nèi)常見的處理工藝主要有:中和法、人工濕地法、吸附—中和法等。所謂的中和法，就是通過投加石灰、石灰石、白云石，堿性廢渣等堿性物質(zhì)，對煤礦廢水進(jìn)行中和。人工濕地法，則是通過人工修建人工塘，在塘內(nèi)填充土壤或砂、卵石、礫石、煤渣等單介質(zhì)和混合物，酸性廢水通過流過這些介質(zhì)，發(fā)生一系列物理、化學(xué)、生化反應(yīng)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的作用［11］。相關(guān)研究表明，與傳統(tǒng)的石灰中和、硫化物沉淀等酸性礦山廢水處理方法相比較，人工濕地處理具有作用時間長、處理能力強(qiáng)、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 含重金屬礦井水處理工藝

重金屬隨著食物鏈遷移，可以在人體中積累，對人體具有嚴(yán)重的危害。由于重金屬無法分解破壞，通常采用轉(zhuǎn)移的方式，改變其形態(tài)，從而達(dá)到消除危害的目的。例如，通過混凝沉淀工序，溶解的離子態(tài)的重金屬變成化合態(tài)的難溶物質(zhì)，從而達(dá)到收集處理的目的;或者通過離子交換法，可以將重金屬離子轉(zhuǎn)移等。就目前來說，常見處理含重金屬廢水的方法有中和法、硫化法、氧化法、離子交換法、活性炭吸附法、反滲透法等［3］。相關(guān)研究表明，人工濕地作為一種經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效應(yīng)相結(jié)合的方法，利用過濾、吸附、沉淀、離子交換，植物吸收和微生物分解多重過程，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對礦井廢水的凈化［15-17］。

2.5 含有機(jī)物礦井水處理工藝

由于煤礦廢水受到人類活動的影響，難免含有微量的有機(jī)物。目前，礦井水處理中許多地方采用了膜分離技術(shù)，而膜材料對于處理水質(zhì)的要求是十分嚴(yán)格的，必須對水中的有機(jī)物進(jìn)行處理，從而解決污染膜材料，同時也是對飲水水質(zhì)的保障。目前，針對此狀況采取的方法主要是:混凝沉淀法、生物預(yù)處理、吸附法、膜分離、生物氧化塘等［3］。由于煤礦廢水中有機(jī)物含量不高，并不是主要的去除對象。因此，多作為其他處理前的預(yù)處理工序，具體處理工藝可以參考工業(yè)廢水處理方法［18］。

3 結(jié)語

通過針對煤礦廢水處理的探討，得出如下結(jié)論:

1)隨著水資源的緊缺，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)以及飲水回用標(biāo)準(zhǔn)等要求越來越嚴(yán)格，現(xiàn)階段煤礦廢水低處理效率側(cè)面反映出了煤礦廢水的再生利用具有極大的潛力，是解決礦產(chǎn)區(qū)用水緊缺的切實(shí)可行的方法。

2)煤礦廢水由于其排放過程的復(fù)雜性，地質(zhì)條件等對其有巨大影響，因此不同地區(qū)的煤礦廢水的水質(zhì)可能存在較大的差異，這就需要因地制宜采取合適的處理工藝處理廢水。并且，隨著技術(shù)的發(fā)展，除了追求高效的處理效果，同時人們也將目光關(guān)注在對環(huán)境的影響問題，如何將經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三方效應(yīng)相結(jié)合成為了眾多研究者關(guān)注的研究熱點(diǎn)。

3)應(yīng)對的工藝技術(shù)日趨完善，對舊有處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)某個處理工序的處理能力，諸如改善混凝劑、絮凝劑的優(yōu)化，以及多功能處理工藝的相互組合成為實(shí)用性工藝處理技術(shù)的研究點(diǎn)?？傊旱V廢水巨大的潛在威脅，伴隨著巨大的潛在價值，這都將促使更多的相關(guān)研究繼續(xù)投入。

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