淺談礦井水現(xiàn)狀及處理技術(shù)

索瀅

目前，我國(guó)煤礦井下年排放礦井水達(dá)45億立方米，利用率為43.8%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家80%左右的標(biāo)準(zhǔn)，大量排放的礦井水不僅造成環(huán)境污染，也造成了水資源的浪費(fèi)。礦井水的主要來(lái)源是大氣降水，還有一部分來(lái)源于地表水、斷層水、含水層水、采空區(qū)水，那么如何讓這些水資源變廢為寶？本文就礦井水資源現(xiàn)狀以及礦井水處理技術(shù)做一淺談。

一、礦井水資源的種類

礦井水的基本水質(zhì)與當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)相同，但由于流經(jīng)采掘工作面，而使其發(fā)生變化，基本符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的，我們稱之為潔凈礦井水，除此之外我們習(xí)慣上將需要進(jìn)行處理的礦井水分為4類：

（1） 含懸浮物礦井水。水中有較多的懸浮物，其主要成分為煤粉，但由于煤粉比重小所以導(dǎo)致此類礦井水多呈黑色，長(zhǎng)期外排影響周邊農(nóng)作物及水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)。（2） 高礦化度礦井水。水中含有 SO42- 、Cl—、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 等離子，水質(zhì)多數(shù)呈中性和偏堿性，少數(shù)呈酸性。帶苦澀味，俗稱苦咸水。此類礦井水不利于作物生長(zhǎng)。（3） 酸性礦井水。pH值小于5.5的礦井水。酸性礦井水的成因主要是由于當(dāng)開采含硫煤層時(shí)，硫經(jīng)過(guò)氧化與生化作用產(chǎn)生硫酸，硫酸溶于水呈酸性。（4） 含有害有毒元素礦井水。這類礦井水主要指含氟、鐵、錳、銅、鋅、鉛及放射性元素鈾、鐳的礦井水。

二、礦井水的處理方式

（1）含懸浮物礦井水的處理方式。A混凝、沉淀。懸浮物的主要成分是粒徑極為細(xì)小的煤粉和巖塵，自然沉淀法無(wú)法將其很好的除去，所以需要一定量的混凝劑，但煤粉顆粒相差懸殊，比重輕，與一般無(wú)機(jī)混凝劑親和力較弱，不易形成密實(shí)礬花，因此混凝劑的選擇及反應(yīng)水力條件（GT值）影響著處理效果及運(yùn)營(yíng)成本。聚合氯化鋁（PAC）是目前礦井水混凝處理中應(yīng)用最多和效果較好的一種混凝劑，根據(jù)礦井水中懸浮物特性，其投加量一般在 20 ～ 60 mg/L。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水多采用混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒的工藝。處理完成后出水水質(zhì)即可達(dá)到生產(chǎn)使用和生活飲用標(biāo)準(zhǔn)。B調(diào)節(jié)預(yù)沉池與相互沖洗濾池。由于井下排水中煤泥量很大懸浮物含量也較大，水質(zhì)水量變化較大，所以應(yīng)該在礦井誰(shuí)處理工藝和設(shè)施中考慮耐符合沖擊能力，在常規(guī)處理工藝前加設(shè)幅流式預(yù)沉池，沉淀效果良好。水處理常用的過(guò)濾池主要有無(wú)閥濾池和普通快濾池，但是出水水質(zhì)差或不穩(wěn)定。新型相互沖洗濾池利用傳統(tǒng)虹吸濾池的相互沖洗方式，利用專門的反洗閥門，結(jié)合現(xiàn)代自控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了濾池之間的相互沖洗，不需要專門沖洗設(shè)施，達(dá)到了沖洗效果，保證了出水水質(zhì)。

下圖為多數(shù)煤礦礦井水處理工藝流程。

（2）高礦化度礦井水的處理方法。A蒸餾法脫鹽。煤礦在開采過(guò)程中可以產(chǎn)出可利用的低熱值燃料煤矸石，但目前每年的利用率較小，所以可以考慮煤矸石作為廉價(jià)燃料用蒸餾法淡化礦井苦咸水。蒸餾法主要有兩種方式。一種是以煤矸石作為沸騰爐燃料生產(chǎn)蒸氣來(lái)淡化苦咸水。另一種方式是將煤礦與熱電廠聯(lián)合起來(lái)，采用背壓發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的余熱作為熱源加熱淡化苦咸水。B電滲析（ED）法脫鹽。ED法是在外加直流電場(chǎng)力的作用下利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過(guò)性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。對(duì)鈣、鎂、氯化物等溶解性無(wú)機(jī)鹽類的去除率達(dá)75%—93%，可以滿足苦咸水淡化需求。但電滲析法對(duì)硅的去除基本無(wú)作用，對(duì)SO42- 去除率很難超過(guò)65%。C反滲透（RO）法脫鹽。借助于半透膜，在壓力作用下進(jìn)行物質(zhì)分離的方法。它可有效地去除水中的無(wú)機(jī)鹽、低分子有機(jī)物、病毒和細(xì)菌。目前反滲透膜與組件的生產(chǎn)已相當(dāng)成熟，膜的脫鹽率高于99.3%，透水通量增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高。

（3）酸性礦井水的處理。A 中和法。近些年，用輕燒鎂粉處理酸性礦井水表現(xiàn)出色，輕燒鎂粉的主要成分是活性氧化鎂，即使用量過(guò)多，溶液的pH值也不會(huì)超過(guò)9。用輕燒鎂粉中和硫酸，通常無(wú)沉淀物生成，也不會(huì)發(fā)生結(jié)垢問(wèn)題，中和產(chǎn)物是硫酸鎂，可以作為一種含硫酸鎂的肥料加以利用。B生物化學(xué)法。利用氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中Fe2+氧化成Fe3+，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。C濕地生態(tài)工程法。使礦井水流入人工濕地后pH值可上升，并且除去其中50%以上的污染物，但此法處理速度慢，占地面積大，處理效果并非很理想，所以有待進(jìn)一步研究。

（4）含特殊有害元素礦井水的處理。這類礦井水主要指含氟、鐵、錳、銅、鋅、鉛及放射性元素鈾、鐳的礦井水。含重金屬礦井水主要指含有Cu，Zn，Pd等元素的礦井水，這些元素的濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)，但超過(guò)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，所以不宜直接飲用，這類礦井水首先應(yīng)進(jìn)行懸浮物去除，然后對(duì)其中的污染物進(jìn)行有針對(duì)性的處理。

我國(guó)人口眾多，淡水資源貧乏且水污染日趨嚴(yán)重，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、能源局規(guī)劃， 2015年，我國(guó)礦井水排放量將達(dá)7l 億m3，計(jì)劃利用率為75%、利用量54億m3，因此，研發(fā)礦井水處理新工藝就迫在眉睫，如何讓礦井水處理工藝簡(jiǎn)單可靠、污染小、成本低、管理方便，就成為礦井水處理和利用的重要課題。