高礦化度礦井水處理與回用

張帆 楊曉菡 鄭雪凌 張凱

摘 要：礦井水的處理與回用可以緩解礦區的用水緊張，并減輕煤炭開采對礦區生態的破壞。本文主要針對高礦化度礦井水，結合工程實例總結其常規處理中主要的工藝與設備。在此基礎上，總結了礦井水處理與回用的新模式—井下處理及零排放中的主要工藝設備，及其在高礦化度礦井水的處理與回用中的利用。

關鍵詞：高礦化度礦井水；常規處理；井下處理；超磁分離；零排放

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0001-02

煤炭作為我國的主要能源礦產，由于其貯藏特點，在開采過程產生大量的礦井水。在煤炭資源豐富的西北部地區，由于其干旱半干旱氣候的限制，水資源嚴重不足，對礦井水的處理與回用既可以防止礦井水對礦區生態環境的破壞，又可以回用為煤礦生產用水、煤炭洗選加工用水、生活用水等，緩解礦區的用水緊張。西北礦區主要為總含鹽量超過1000mg/L的高礦化度礦井水[1]，其高效處理與回用對實現礦山排水—供水—生態環境保護三位一體發展[2]有重要意義。

1 高礦化度礦井水常規處理工藝

高礦化度礦井水的處理主要是去除懸浮物及脫鹽，完整的高礦化度礦井水的處理工藝流程一般包括緩沖調節、凈化處理及深度處理。

1.1 預處理

預處理階段主要通過自由沉淀去除礦井水中粒徑或比重較大的懸浮物顆粒，調節水質水量，保證后續處理設備的穩定運行[3]。礦井水處理站多采用預沉調節池作為預處理設備。

1.2 凈化處理

凈化處理可去除礦井水中的大部分的懸浮物，處理后的水可用作[1]選煤廠生產用水、礦區及廠區地面降塵灑水及地面沖洗水，或管道輸送作為景觀用水。

現較成熟的凈化處理工藝為混凝、沉淀、過濾工藝。混凝沉淀[4]主要是利用絮凝劑水解產生的氫氧化鋁絮體通過電荷吸附作用吸附礦井水中的懸浮物及膠體，微絮體在助凝劑作用下聚集并沉降，進而被分離去除。小回溝煤礦礦井水處理站[5]選用的旋流澄清凈水裝置同時實現了水力旋流及泥渣回流，增強了懸浮顆粒間的碰撞和吸附作用，加速絮凝并獲得較好的澄清效果。過濾機械截留沉淀出水中少量細小懸浮顆粒[4]。塔山煤礦礦井水處理站[6]選用多介質過濾池，出水濁度低于1.0NTU，保證了深度處理過程中設備的穩定運行。

1.3 深度處理

礦井水經凈化處理出水不能滿足礦區生產生活用水的水質要求，特別是含鹽量。因此，深度處理后的關鍵是脫鹽，現有的脫鹽技術有：離子交換法、蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。

反滲透法憑借其適用范圍廣、脫鹽率高的優點成為國內現階段礦井水處理站應用最為廣泛的脫鹽技術。其原理是借助半透膜在壓力的作用下進行分離，在脫鹽的同時去除水中的細菌和病毒等。礦井水中所含的少量機械乳化油易造成反滲透膜的污堵[7]，影響其運行的穩定性并縮短其使用壽命。因此反滲透工藝前可增設過濾和超濾，以去除水中的油類和膠體物質。為防止超濾池出水到反滲透進水段的管路污染，可在反滲透前增設保安過濾器，截留水中粒徑大于0.5μm的細小微粒。如顧橋礦礦井水處理站[8]，選用疊片過濾器去除水中懸浮物后，進入超濾系統去除水中的有機物，保證超濾出水SDI小于1.0，超濾出水經保安過濾器及高壓泵進入反滲透機組，并在保安過濾器前加入阻垢劑，防止鈣鎂在反滲透膜前沉淀結垢。因此，顧橋礦礦井水深度處理設計如圖1。

其反滲透脫鹽率大于95%，最終出水TDS為24.94mg/L，濁度小于1.0NTU，可滿足國家《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的水質要求。

深度處理出水水質較好，可回用于[1]礦區生產生活用水及生態用水，如鍋爐補充水、廠區綠化用水和周邊生態恢復用水，亦可通過管道輸送作為工業園區企業生產用水及城市市政用水。

2 高礦化度礦井水處理與利用新模式

2.1 井下處理，就地復用

礦井水井下處理，就地復用憑借其礦井水升井量少，節約成本及建設用地等優勢成為礦井水處理與利用新的發展方向。現有的井下處理技術主要有：采空區礦井水處理技術，反滲透廢水井下處理技術，廢水井下處理系統技術及井下超磁分離技術等[9]。其中超磁分離技術憑借其磁分離速度快，混凝藥劑投加量少，設備占地面積小，處理水量大及外排污泥濃度高等諸多有點成為礦井水處理與利用新技術[10]。

超磁分離技術[11]多選用稀土永磁體作為磁種，將其與混凝劑、助凝劑混合后投加值超磁分離混凝系統，懸浮物快速形成以磁種為載體的“微絮團”。微絮團在磁盤所產生的大于重力640倍的磁力作用下快速實現固液分離。分離出的煤泥在磁分離磁鼓中分散，吸附回收其中的磁種，循環利用，磁種回收率高達99.4%。山西潞安漳村煤礦[12]選用超磁分離技術，井下礦井水通過預沉池、格柵去除粒徑0.2mm以上的懸浮顆粒后，與井下生產用水一同進入超磁分離系統進行處理，可去除水體中97%以上的懸浮物質及部分COD，其工藝流程如圖2。

在高礦化度礦井水的井下處理與回用中，應考慮分質供水。超磁分離系統出水滿足《煤礦井下消防、灑水設計規范》（GB50383-2006）井下消防灑水水質標準，可直接回用。為滿足采煤機、液壓支架用水的水質要求，可在超磁分離系統后增設深度處理裝置，對部分超磁分離系統出水進行脫鹽處理。

2.2 零排放

現階段，煤炭開發逐漸向大型煤炭基地集中，為滿足其用水需求及排放限值，實現礦井水的零排放[13]是現實的選擇。深度處理過程中產生的濃水，懸浮物含量低，鹽含量高，TDS高達10000～30000mg/L，濃水的處理與回用是實現零排放的重點與難點。現階段，可首先對濃水進行濃縮處理，得到TDS高達60000～80000mg/L的高濃鹽水后進一步蒸發結晶，徹底固化高礦化度礦井水中的溶解性固體，離心分離得到工業產品級別的硫酸鈉和氯化鈉，以及少量經過鑒定后可以作為一般固廢或者危廢填埋處理的雜鹽。

3 結語

（1）高礦化度礦井水的井上處理與回用技術與設備已經較為成熟，可分為預處理、凈化處理、深度處理三個處理模塊。凈化處理及深度處理出水可以依據水質標準按需回用于礦區的生產、生活。

（2）超磁分離技術應用于礦井水井下處理可快速高效的的去除水中的懸浮顆粒物，未來可將超磁分離技術作為凈化處理單元應用于高礦化度礦井水的處理，并逐步實現礦井水井下分質供水。

（3）礦井水處理與回用的最終目標是實現“零排放”。對于高礦化度礦井水而言，其深度處理中排放的高濃鹽水可增設濃縮、蒸發、結晶處理后達標排放或回用，并回收工業鹽。

參考文獻

[1]苗立永，王文娟.高礦化度礦井水處理及分質資源化綜合利用途徑的探討[J].煤炭工程，2017，49（03）：26-28+31.

[2]周瑞.淺議煤礦礦井水資源化現狀及發展趨勢[J].能源與節能，2017，（01）：94-95.

[3]張弘強，袁治國，盧憲路.棋盤井煤礦礦井水凈化處理與利用[J].水力采煤與管道運輸，2016，（03）：49-54.

[4]王平.含懸浮物礦井水處理工藝[J].民營科技，2017，（04）：3.

[5]張源野.小回溝煤礦礦井水處理站設計[J].煤炭工程，2017，49（03）：22-25.

[6]王平.高濁度高懸浮物煤礦礦井水處理技術研究狀況[J].中國科技信息，2008，（13）：74-75.

[7]楊建超，郭中權.塔山煤礦礦井水處理利用工藝改造實踐[J].能源環境保護，2016，30（04）：41-43.

[8]肖艷，劉海東，郭中權，蓋婧，符大利，毛維東，楊建超.超濾-反滲透工藝處理高礦化度礦井水設計與運行[J].中國給水排水，2014，30（20）：94-97.

[9]潘凌瀟，劉漢湖，何春東.顧橋礦礦井水深度處理：超濾+反滲透系統設計研究[J].中國礦業，2013，22（06）：47-50.

[10]馬文佳.礦井廢水井下處理新技術及工程應用研究[J].低碳世界，2016，（32）：101-102.

[11]李培云，李愛民，許曉麗.超磁分離技術在井下礦井水處理中的應用[J].煤炭工程，2013，（s2）：56-57.

[12]夏春雨，張馳，陳鑫.超磁分離水體凈化技術在煤礦中的研究及應用[J].山東煤炭科技，2011（2）：187-188.

[13]李保平.超磁分離技術處理礦井水在節能環保中的應用[C]//2014煤炭工業節能減排與生態文明建設論壇論文集.2014.

[14]毛維東，周如祿，郭中權.煤礦礦井水零排放處理技術與應用[J].煤炭科學技術，2017，45（11）：205-210.