劉丹

摘 要：隨著我國煤礦開采規(guī)模的不斷擴(kuò)張，煤礦開采深度也在不斷加大，在煤礦開采工作過程中對煤礦礦井水的處理工作非常關(guān)鍵。本文有效結(jié)合我國某地區(qū)一處煤礦開采工作案例展開分析和研究，對本次煤礦礦井水體深度處理工藝設(shè)計(jì)工作要點(diǎn)進(jìn)行深入分析和研究，通過采取高效混凝沉淀、氯氧化、錳砂過濾超濾以及反滲透等水體處理工藝方法，對煤礦礦井水展開深度處理，水體處理工作完成之后滿足生活飲用水衛(wèi)生控制工作標(biāo)準(zhǔn)，反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水率可以控制在65%左右，達(dá)到了預(yù)期的水體處理工作指標(biāo)，為后續(xù)煤礦礦井水處理工作開展提供必要的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦開采礦井水深度處理工藝設(shè)計(jì)

Key Points for Design of Advanced Treatment Technology of Coal Mine Water

LIU Dan

（Tangshan Mining Branch of Kailuan Group （Co.， Ltd.，） Tangshan， Hebei Province，063000 China）

Abstract： With the continuous expansion of the scale of coal mining in my country， the depth of coal mining is also increasing. The treatment of coal mine water is very important in the process of coal mining. This article effectively combines the analysis and research of a coal mining work case in a certain area of ??my country， and conducts in-depth analysis and research on the key points of the design of the coal mine water advanced treatment process. By adopting high-efficiency coagulation sedimentation， chlorine oxidation， manganese sand filtration and ultrafiltration As well as reverse osmosis and other water treatment techniques， advanced treatment of coal mine water is carried out. After the water treatment is completed， it meets the sanitary control standards for drinking water. The water production rate of the reverse osmosis system can be controlled at about 65%， reaching the expected water body. The treatment work index provides necessary reference and reference for the subsequent development of coal mine water treatment work.

Key Words： Coal mining; Mine water; Advanced treatment; Technology; Design

在煤礦開采工作過程中需要排放出大量的礦井水，大量的礦井水如果沒有進(jìn)行處理直接排放，不但會造成大量的水資源浪費(fèi)，同時(shí)也會對周圍的環(huán)境形成不同程度的污染問題。對此，在煤礦開采工作過程中，必須要對礦井水進(jìn)行綜合處理同時(shí)進(jìn)行循環(huán)使用，有效降低水體資源的消耗量，同時(shí)避免礦井水對周圍的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和影響，有效解決礦區(qū)內(nèi)部供水不足問題，進(jìn)一步改善煤礦開采區(qū)域的生態(tài)環(huán)境條件，最大限度上滿足礦井生產(chǎn)工作要求，實(shí)現(xiàn)煤礦開采工作單位更高的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境保護(hù)效益。

1項(xiàng)目概況

結(jié)合我國某礦業(yè)開采工作案例進(jìn)行分析和研究，本次煤礦井下用水量大約為4000t/d，現(xiàn)階段在經(jīng)過簡單的沉淀處理工作之后，水體少量回收和使用，大部分直接進(jìn)行排放。該礦井現(xiàn)階段的日供水量為冬季5000t，夏季4000t，在煤礦開采工作過程中，由于受到外部水體資源供應(yīng)條件問題的影響和限制，礦井自身在開采過程中，所產(chǎn)生的礦井水體資源并沒有得到有效循環(huán)和使用，進(jìn)而造成礦井現(xiàn)階段生活用水供應(yīng)有所缺乏，并且隨著一些高標(biāo)準(zhǔn)綜采機(jī)械設(shè)備的大量投入使用，井下生產(chǎn)設(shè)備在經(jīng)過簡單處理之后，礦井水很容易出現(xiàn)結(jié)垢情況，進(jìn)而對設(shè)備的正常工作和運(yùn)行造成了不同程度的影響。

2煤礦礦井水深度處理工藝選擇分析

2.1總體設(shè)計(jì)工作方案

根據(jù)水體質(zhì)量控制工作指標(biāo)要求，其中SS主要是基于物理方法來進(jìn)行處理，鐵和錳主要是通過氧化和過濾的方法來進(jìn)行處理，而COD、硫酸根、硝酸根、總硬度以及氯化物和細(xì)菌等物質(zhì)，可以通過深度處理工作方法來進(jìn)行去除。在本次礦井水深度工作方案設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，使用的是混凝沉淀加過濾加深度處理工藝方法^[1]。

2.2混凝沉淀工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

礦井水體當(dāng)中的SS主要是基于常規(guī)的混凝、沉淀工藝方法來進(jìn)行去除，當(dāng)前比較常用的混凝沉淀設(shè)備，主要包含煤泥水凈化器設(shè)備、高效混凝反應(yīng)沉淀池以及水力循環(huán)澄清池等幾種常用的處理設(shè)施。本次煤礦開采工作項(xiàng)目，位于北方一處比較寒冷的地區(qū)，為了有效保證水體處理工作效果，在礦井水處理工作過程中需要將水處理構(gòu)筑物設(shè)置在室內(nèi)，或者是直接在地下環(huán)境當(dāng)中來進(jìn)行搭設(shè)，高效混凝反應(yīng)沉淀池在使用過程中具有體積更小、占地面積更少、對水體的凈化處理工作效率更高，出水之后的水體質(zhì)量更高、操作流程比較簡單等多方面優(yōu)勢，更加適于在室內(nèi)環(huán)境下來進(jìn)行設(shè)置和使用。因此，在本次礦井水處理工作當(dāng)中使用混凝沉淀工藝，使用高效混凝反應(yīng)沉淀池技術(shù)來進(jìn)行處理^[2]。

2.3過濾工藝技術(shù)

天然錳砂屬于一種相對較強(qiáng)的氧化劑材料，可以對水體當(dāng)中的鐵離子起到強(qiáng)烈的氧化作用，通過使用天然二氧化錳砂，有效去除水體當(dāng)中的鐵，錳砂材料表面具有一層相對較強(qiáng)的氧化作用材料，錳砂自身具有反鐵催化的作用和效果，可以將礦井水當(dāng)中的二價(jià)鐵，直接催化氧化生成三價(jià)鐵，然后再將三價(jià)鐵直接附著在錳砂材料的表面，以此可以起到良好的鐵離子去除工作效果。天然的二氧化硅將其氧化成三價(jià)鐵之后，通過沉淀的方式進(jìn)行過濾處理，保證水體過濾之后更加潔凈，二氧化錳在水體當(dāng)中溶解，可以氧化成7價(jià)錳的氧化物，7價(jià)錳再加上水體當(dāng)中的二價(jià)鐵直接氧化成三價(jià)鐵，因此可以達(dá)到除鐵除錳的作用和效果，同時(shí)錳砂還具有強(qiáng)烈的過濾和滲透功能效果，可以有效去除水體當(dāng)中大量的懸浮物以及膠體顆粒物質(zhì)。在本次項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，通過使用錳砂過濾器設(shè)備，在去除鐵錳的過程中可以進(jìn)一步去除水體當(dāng)中的懸浮顆粒物質(zhì)^[3]。

3礦井水深度處理工藝技術(shù)

在本次項(xiàng)工程前段使用的施混凝沉淀處理和錳砂過濾處理工作方法，在出水的混濁度小于1，錳含量小于0.1mg/L，但是水體當(dāng)中的硫酸根、硝酸根、總硬度以及氯化物等各項(xiàng)水體控制指標(biāo)仍然沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。硫酸根、硝酸根、氯化物等屬于金屬鹽類物質(zhì)硬度，主要指的是水體當(dāng)中的鈣離子、鎂離子、硫酸根以及碳酸根等所形成的沉淀物質(zhì)。通過使用混凝沉淀和過濾的常規(guī)處理工作方法，無法對其進(jìn)行凈化處理，因此必須要對其進(jìn)行深度處理，有效去除這些鹽類物質(zhì)，主要包含藥劑軟化處理法、離子交換處理法以及膜處理法3種不同的方式。

3.1藥劑軟化處理法

第一，可以通過使用加石灰和純堿的處理工的方式，保證水體當(dāng)中的鈣離子鎂離子形成沉淀，進(jìn)而可以達(dá)到去除水體硬度的工作效果和目標(biāo)。在本次礦井水處理工作過程中，除了需要去除水體的總硬度還需要去除其中的硫酸根、硝酸根以及氯化物等，如果所使用的藥劑軟化法，只能作為深度處理的一種技術(shù)組成部分，還必須要結(jié)合使用離子交換法，或者是膜深度處理工的方法來繼續(xù)使用，有效提高水體的處理工作效果。

第二，離子交換法。離子交換法在使用工作中，主要是使用離子交換機(jī)設(shè)備，對礦井水進(jìn)行處理，通過使用交換機(jī)與水溶液當(dāng)中可交換的離子之間形成可逆性交換，會出現(xiàn)水質(zhì)改善的二離子，交換機(jī)結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面沒有出現(xiàn)變化，同時(shí)對水體的處理效果也比較明顯。離子交換法在實(shí)際使用過程中，存在的主要問題是對離子交換劑進(jìn)行再生處理，整個(gè)再生功能流程相對比較復(fù)雜，因此會消耗一定量的時(shí)間和精力^[4]。

3.2膜分離處理工作

膜分離處理工的技術(shù)在使用工作過程中，主要包含電滲析法、超濾法、鈉濾法以及反滲透過濾法等。

3.2.1電滲析法處理工作方法

主要指的是在外部施加直流電場的作用環(huán)境條件下，通過使用陰離子交換膜與陽離子交換膜的選擇透過性，保證礦井水當(dāng)中一部分的離子直接通過離子交換膜，轉(zhuǎn)移到另一部分的水體當(dāng)中，以此來保證一部分的水體完全淡化，另一部分的水體進(jìn)行濃縮。電滲析處理工作方法無法去除水體當(dāng)中所含有的有機(jī)物以及細(xì)菌等，設(shè)備運(yùn)行過程中的能耗量相對較高，因此在一些高礦化度的礦井水淡化處理工作中應(yīng)用效果并不是非常普遍，會存在比較明顯的技術(shù)局限性。

3.2.2超濾法

超濾法主要是使用一種壓力活性膜，在外界推動力的作用條件下，對水體當(dāng)中的膠體顆粒分子量相對較大的物質(zhì)進(jìn)行節(jié)流處理，而水和一些直徑相對較小的溶質(zhì)顆粒，會直接透過膜的分離工作進(jìn)行處理，超濾膜的孔徑范圍通常在5～100nm之間。當(dāng)被處理的水體通過借助外界壓力作用條件下，以特定的流動速率經(jīng)過膜表面時(shí)，水體當(dāng)中的水分子以及分子量小于500的溶質(zhì)透過膜，而超過過濾孔的微顆粒大分子等，由于篩分的作用直接被截留，使得水體可以得到充分的凈化和處理。

3.2.3納濾處理

納濾屬于一種介于反滲透與超濾之間的一種壓力驅(qū)動膜分離處理工作過程，納濾膜的孔徑范圍通的情況下在幾個(gè)納米左右，而對于2價(jià)或者是多價(jià)離子，以及分子量在200～500之間的有機(jī)物去除效率相對較高。

3.3.4反滲透處理反滲透處理技術(shù)

主要指的是在膜的原水一側(cè)，增加比溶液滲透壓力更大的外部壓力作用，原水可以直接透過半透膜，只允許水透過，而其他的雜質(zhì)和大分子物質(zhì)則不能直接通過，會被直接截留在膜體的外部，實(shí)現(xiàn)對水體的凈化處理。反滲透處理工作方法，屬于精密程度相對較高的液體分離處理技術(shù)方法，通過將溶劑和其他大分子溶質(zhì)進(jìn)行分開處理，可以有效過濾其中大部分的溶解性鹽類物質(zhì)，只允許其中的水溶劑通過，可以有效去除水體當(dāng)中大部分的懸浮物質(zhì)，膠體材料以及有機(jī)物和鹽分等反滲透過濾膜，需要將其制定成特定形狀，然后直接用于水處理過程當(dāng)中截?cái)唷Ｔ谀さ臉?gòu)造形式方面主要包含平板式膜、管式膜、卷式膜以及中空纖維式膜結(jié)構(gòu)。整體而言，在反滲透納濾超濾水處理技術(shù)的工作原理相對比較類似，主要是所使用的膜不同，但是反滲透對于水體當(dāng)中的鹽類物質(zhì)去除效率相對較高，反滲透膜可以有效處理口徑超過0.1nm以上，可以從水體當(dāng)中過濾去除90%以上的溶解性鹽類物質(zhì)，以及去除身體當(dāng)中99%以上的膠體微生物以及各種有機(jī)物等物質(zhì)。根據(jù)上述分析之后，對礦井水深度處理工藝設(shè)計(jì)工作方案進(jìn)行確認(rèn)，現(xiàn)階段可以穩(wěn)定可靠的水體除鹽工作方法，使用的是膜分離技術(shù)方法，有效結(jié)合本次煤礦開采工作，礦井水深度處理工作要求，通過使用反滲透工藝對礦井水進(jìn)行深度處理^[5-6]。

4設(shè)計(jì)處理工藝

通過對各種不同水處理工藝的對比和分析，在本次礦井水處理工作當(dāng)中，處理工藝設(shè)計(jì)選用的是高效混凝沉淀、氯氧化、錳砂過濾、超濾反滲透處理工藝方法，其中罐裝水工以增加臭氧消毒和灌裝系統(tǒng)。在工藝流程方面，在井下排水管的過程中需要先通過井下泵直接打入調(diào)節(jié)水池進(jìn)行礦井水量調(diào)節(jié)，然后再使用泵提升到高效的混凝反應(yīng)沉淀池當(dāng)中，向其中加入PAC混凝劑材料 、PAM助凝劑材料，混凝反應(yīng)沉淀池處理工作完成之后，水體經(jīng)過中間水池直接傳輸?shù)剿?，然后再提升到錳砂過濾器當(dāng)中進(jìn)行除錳工作，再經(jīng)過后續(xù)的水體深度處理，對其中的鹽類物質(zhì)以及水體硬度進(jìn)行去除與控制。水體深度處理設(shè)備，主要是通過超濾設(shè)備和反滲透裝置所組成，在經(jīng)過深度處理工作之后，水體一部分直接進(jìn)入到罐裝線的生產(chǎn)裝置當(dāng)中，主要用于生產(chǎn)桶裝水和瓶裝水，剩余部分則直接進(jìn)入到清水池當(dāng)中，經(jīng)過消毒處理之后主要用于礦井生產(chǎn)和生活用水。由于選煤廠所使用的水體質(zhì)量要求相對較低，濃水部分直接用于生產(chǎn)補(bǔ)充用水，高效混凝反應(yīng)沉淀池在使用過程中，可以通過煤泥重力作用直接流入到選煤廠的污泥濃縮池當(dāng)中，然后再通過選煤廠的煤泥壓濾系統(tǒng)對其進(jìn)行統(tǒng)一處理。

5結(jié)語

綜上，本次礦井開采工作過程中擬建一處新的礦井水處理工作廠，設(shè)計(jì)礦井水處理工作能力達(dá)到4000m?/t，并且要求礦井水出工作完成之后，出水需要達(dá)到生活飲用水的衛(wèi)生控制標(biāo)準(zhǔn)。煤礦井開采工作當(dāng)中的生產(chǎn)和生活用水提供保障，同時(shí)其中存在10t/d達(dá)到桶裝飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，供井下工作人員日常飲用。

參考文獻(xiàn)

[1]張春暉，魯文靜，唐佳偉.“兩維一體化”煤礦礦井水分級處理與高效循環(huán)利用技術(shù)[J].能源科技，2021，19（1）：17-22.

[2]郭中權(quán)，毛維東，肖艷.礦井水處理中聚丙烯酰胺殘留物對反滲透膜污染的貢獻(xiàn)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2020，45（S2）：986-992.

[3]朱澤民，劉晨.超濾-反滲透雙膜法在甘肅某礦井水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2019，55（6）：77-81.

[4]柳爭艷.煤礦礦井污染水的資源化技術(shù)研究與應(yīng)用[J].山西化工，2021，41（4）：225-227.

[5]朱云浩. 河北某礦礦井水處理工藝研究及設(shè)計(jì)[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2019.

[6]仝循飛. 邢臺某礦礦井水處理改擴(kuò)建工程方案研究[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2018.