淺談礦井水現(xiàn)狀及處理技術

索瀅

目前，我國煤礦井下年排放礦井水達45億立方米，利用率為43.8%，遠低于發(fā)達國家80%左右的標準，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。礦井水的主要來源是大氣降水，還有一部分來源于地表水、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做一淺談。

一、礦井水資源的種類

礦井水的基本水質與當?shù)氐叵滤|相同，但由于流經(jīng)采掘工作面，而使其發(fā)生變化，基本符合飲用水標準的，我們稱之為潔凈礦井水，除此之外我們習慣上將需要進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致此類礦井水多呈黑色，長期外排影響周邊農作物及水生動植物的生長。（2） 高礦化度礦井水。水中含有 SO42- 、Cl—、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 等離子，水質多數(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。（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開采含硫煤層時，硫經(jīng)過氧化與生化作用產生硫酸，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小的煤粉和巖塵，自然沉淀法無法將其很好的除去，所以需要一定量的混凝劑，但煤粉顆粒相差懸殊，比重輕，與一般無機混凝劑親和力較弱，不易形成密實礬花，因此混凝劑的選擇及反應水力條件（GT值）影響著處理效果及運營成本。聚合氯化鋁（PAC）是目前礦井水混凝處理中應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。目前國內針對礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水多采用混凝、沉淀、過濾、消毒的工藝。處理完成后出水水質即可達到生產使用和生活飲用標準。B調節(jié)預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，水質水量變化較大，所以應該在礦井誰處理工藝和設施中考慮耐符合沖擊能力，在常規(guī)處理工藝前加設幅流式預沉池，沉淀效果良好。水處理常用的過濾池主要有無閥濾池和普通快濾池，但是出水水質差或不穩(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，結合現(xiàn)代自控技術，實現(xiàn)了濾池之間的相互沖洗，不需要專門沖洗設施，達到了沖洗效果，保證了出水水質。

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。煤礦在開采過程中可以產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蒸氣來淡化苦咸水。另一種方式是將煤礦與熱電廠聯(lián)合起來，采用背壓發(fā)電機組產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力的作用下利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。對鈣、鎂、氯化物等溶解性無機鹽類的去除率達75%—93%，可以滿足苦咸水淡化需求。但電滲析法對硅的去除基本無作用，對SO42- 去除率很難超過65%。C反滲透（RO）法脫鹽。借助于半透膜，在壓力作用下進行物質分離的方法。它可有效地去除水中的無機鹽、低分子有機物、病毒和細菌。目前反滲透膜與組件的生產已相當成熟，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，即使用量過多，溶液的pH值也不會超過9。用輕燒鎂粉中和硫酸，通常無沉淀物生成，也不會發(fā)生結垢問題，中和產物是硫酸鎂，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+，然后再用石灰石進行中和處理，以實現(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準，但超過生活飲用水標準，所以不宜直接飲用，這類礦井水首先應進行懸浮物去除，然后對其中的污染物進行有針對性的處理。

我國人口眾多，淡水資源貧乏且水污染日趨嚴重，根據(jù)國家發(fā)改委、能源局規(guī)劃， 2015年，我國礦井水排放量將達7l 億m3，計劃利用率為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。