煤礦廢水治理技術研究

許莉 郝迪

摘要：煤礦礦井水是煤礦行業廢水，具有水量大的特點，如不妥善處理，不僅會造成水資源浪費，同時也會對周邊水體和土壤造成嚴重威脅。煤礦礦井水按其所含有的污染物成分可分為5類：潔凈煤礦水、礦化度高的煤礦水、酸性的煤礦水、含懸浮物的煤礦水和帶有特殊污染物煤礦水。本文簡要介紹針對煤礦礦井水處理的常規技術，為煤礦企業治理煤礦礦井水提供一定參考。

關鍵詞：水處理技術;煤礦廢水;煤礦

開發利用煤炭的過程中，容易造成當地生態環境的破壞，尤其是開采過程產生的廢水，據文獻資料，井下每噸煤炭會產生排放2噸煤礦廢水，主要為煤礦開采的各種作業中，地下水同煤層、巖石層發生接觸，其水質成因取決地殼中的礦物物理化學成分[1-2]，不經處理直接排放，不僅因其水量大會造成資源的浪費，也會對周邊自然水體和土壤造成了嚴重威脅，煤礦廢水pH較低則會導致流經的土壤呈酸性，接觸的巖石中金屬物質溶解帶來重金屬超標;煤礦廢水中鐵、錳將會消耗水中氧氣，導致水生動物和水生植物死亡，影響生態平衡，煤礦廢水中的重金屬離子又會經富集作用，對環境和人類造成影響[3]。因此，開采煤礦的同時，必須同步處理煤礦廢水。

1煤礦礦井水概述

煤礦礦井水主要來源于地下水，其產生是由于開采煤礦過程中地下水與煤、巖層之間發生接觸，在物理、化學、生化反應共同作用下形成的。煤礦水的水質特性由形成煤的地質環境和煤系地層礦物化學成分共同作用，而礦區的水文地質條件及充水因素對煤礦水的水質起著決定性的影響。

煤礦礦井水按其所含有的污染物成分可分為潔凈的煤礦水、礦化度高的煤礦水、酸性的煤礦水、含懸浮物的煤礦水和帶有特殊污染物煤礦水五類情況。潔凈的煤礦水是指的該煤礦的地下水沒有被污染，并且還含有多種微量元素，水質基本滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）要求，可用于開發為礦泉水。對這類煤礦水采用地下水的簡單處理（如篩網隔濾或消毒），處理后直接作為生活用水供周邊居民使用[2]。

礦化度高的煤礦水也稱為含鹽煤礦水，它的水質指標中含鹽量達到上千毫克每升。這類煤礦水的pH多偏堿性或中性，水中鈣、鎂離子、碳酸氫根和碳酸根離子、硫酸根離子含量較高，硬度大，礦化度大多為1000-4000mg/L，有時甚至高達上萬毫克每升。因礦化度高的煤礦水含有大量中性鹽，帶苦澀味道，因此也稱苦咸水，無法直接飲用，通常采用蒸餾法、電滲析法、反滲透等方法進行處理。我國煤礦礦化度高的煤礦水主要分布在中國西部高原、黃淮平原及華東沿海地區[4]，長期飲用該類水容易導致人體的胃、腸功能紊亂，使免疫力下降。

含懸浮物的煤礦水。水質pH一般呈中性，礦化度含量低于1000mg/L，未檢測出金屬離子、金屬離子微量，基本上不含有毒有害離子。該類煤礦水中SS含量波動較大，從幾十毫克升到數千毫克升。該類煤礦水中懸浮物主要來源為煤粉微粒，與地表水中SS的平均密度相比，該類煤礦水中SS平均密度僅為其一半[5]。

酸性煤礦水是指水質pH值小于6的煤礦水，通常情況下，其pH在2-4。中國南方較為常見[2]。該類煤礦水中含有大量的鐵離子、錳離子、亞鐵離子和硫酸根離子，由于其呈酸性，通常還伴隨帶有一定的金屬離子，酸性煤礦水主要成因是煤礦地層富含菱鐵礦和黃鐵礦，礦石長期浸泡在水中，使得氧、水、硫鐵礦充分接觸作用，當pH小于7時，亞鐵離子繼續被氧化為鐵離子，當pH大于3.5時，鐵離子又將水解產生氫氧化鐵，增加了酸性廢水的酸度。因此該類水的礦化度和硬度也因酸性的原因而增高[5-6]。

含特殊污染物煤礦水指的是該類煤礦水中含有含微量元素或放射性元素等有毒有害污染物。帶有放射性物質的煤礦水、氟含量較高的煤礦水等，還有因地區地質條件導致煤礦水中重金屬離子超標[7]。

2礦井水治理技術

鑒于煤礦廢水其成分和危害的不同，我國對于煤礦廢水開展治理歷經上世紀80年代的活性污泥法，到90年代的生物接觸氧化法，再到后面各專家學者對其特點進行研究，目前人們對于煤礦廢水的治理技術主要有混凝沉淀法、酸堿中和法、人工濕地法、化學氧化法、蒸餾法、膜分離技術等[8]。同時伴隨著其他行業的新技術的推廣，也有移植到煤礦廢水治理上，比如超磁分離技術。

2.1混凝沉淀法

混凝是水處理工藝中混合和絮凝過程的一個統稱。混合指的是使得混凝劑充分而均勻地擴散到水體的過程，絮凝指的是投加混凝劑并充分混合后的原水。在水力的作用下使微絮粒間碰撞并逐漸形成更大顆粒即為混凝。混凝沉淀作為常見的水質凈化方法，不論是在給水領域還是污水處理中應用都較為廣泛。混凝沉淀通過吸附、沉淀、絮凝、混凝成絮體而沉降，達到污染物與水分離凈化的目的。解毅[9]通過對山西某煤礦進行處理，該廢水COD、SS、pH、鐵、錳為污染因子。采用的工藝：初沉+混凝沉淀+過濾+深度處理。采用常見的PAC做混凝劑、PAM做助凝劑。處理后可達到《煤炭工業污染物排放標準》（GB20426-2006）標準。可用于礦井職工洗浴、地表植被澆灌以及景觀用水需要，達到了循環利用的目的。

2.2酸堿中和法

煤礦廢水pH呈酸性的水質，主要原理為酸堿中和反應，酸和堿相互交換成分生成鹽和水的反應，即反應式（酸+堿→鹽+水）。實質是H+（氫離子）和OH-（氫氧根離子）結合生成水的反應。通常加入堿性物質進行中和來達到調節pH的目的。常用的堿性物質包括采用石灰或石灰石、碳酸鈣、氫氧化鈣、苛性鈉等。中和法技術成熟，操作簡便、處理費用低，處理效果好，同時產生的沉淀物氫氧化鐵和硫酸鈣不溶于水可進行回收利用。該方法會產生大量污泥，操作不當容易引發二次污染。汾西礦業集團下屬公司煤礦廢水[10]為典型高鹽、高酸性廢水，pH為2.63，該廢水處理以純堿作為中和藥劑，調節其pH，從而有利于Fe2+的氧化。

2.3人工濕地法

上世紀70年代，西方國家采用植物吸收凈化處理酸性礦井廢水[11]，去除的主要機理為金屬離子的水解和氧化;厭氧菌對硫酸鹽的還原;植物和土壤有機質對金屬離子的吸附作用，同時人工濕地還能去除水中氮和磷，人工濕地法具有運行成本低、對維護人員要求低、操作簡便等優點，缺點主要是濕地占地地面積較大、植物在低溫環境下處理效果較差。

2.4化學氧化法

化學氧化法通過氧化還原作用能較為徹底去除廢水中有機物。將大分子、難降解的有機物通過氧化作用，降解成低毒性或無毒的小分子物質。化學氧化法有臭氧氧化法、光化學催化氧化、芬頓氧化、電催化氧化、電化學氧化等技術。許明福[12]等在處理興隆莊煤礦廢水采用化學氧化法。結果表明，化學氧化法對廢水中有機污染物去除效果好，出水穩定，運行簡單，化學氧化法對于廢水中氨氮和磷的含量也有去除效果。

2.5蒸餾法

蒸餾法消耗熱能，達到脫鹽淡化目的。目前常用的蒸餾法分為蒸發塘，其充分利用太陽能對濃液進行蒸發，較適用于北方干旱少雨區域，蒸發塘占地面積較廣;機械式蒸汽再壓縮蒸發器，是物料通過加熱的能量與外部蒸汽的熱能多次交換，使物料中水分受熱蒸發，將溶解態的鹽分轉化為固態的晶體鹽析出的工藝，其優點為能耗比多效蒸發器降低，運行費用省;將二級能效進行串聯組組成了多效蒸發，利用串聯起的二次蒸汽作為下一級能效加熱蒸汽蒸發源。多效蒸發比二級能效，其各能效的加熱蒸汽溫度、操作壓力、溶液沸點均會依次降低[13]。

2.6膜分離技術

膜分離技術是多學科較差的一種水處理技術。一般常用于污水的深度處理。膜分離技術依據分離介質為選擇性透過膜，在膜一側施推力，使原料側組分選擇性透過膜，從而達到分離或提純的目的。膜分離根據工藝分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、滲析、電滲析（ED）。反滲透技術采用在膜的原水一側施加壓力，壓力比溶液滲透壓力更大。透過液主要為水、極小分子、離子化溶質，半透膜僅允許水透過，其他物質被膜截留不能通過，最終被截留在膜表面。可去除原水中SS、有機物、微生物、鹽分等[14]。反滲透技術具有占地面積小，自動化程度高，耗能少等特點。

2.7超磁分離技術

超磁分離技術最早起源于環能德美公司，將此技術用于冶金行業的廢水處理，對廢水中重金屬的去除[15]。應用，近年來，也在化工行業、煉油行業等領域取得了一定推廣。超磁分離技術向待處理的煤礦水中加入磁種，并在助凝劑的配合下，加速懸浮物的絮體凝結，因為磁種的緣故，該絮體有一定磁性，可被超磁分離機進行定向吸附。因為超磁分離時間較短，同時設備占地面積小，極大提高了處理水的速度。此外，超磁分離技術不但能去除重金屬、SS、油類，在病原菌、藻類等去除上也有著一定效果[16]。

3發展趨勢和展望

深度氧化技術、光催化技術、膜分離技術、微生物技術、超磁分離技術等新技術的研究及跨領域技術的推廣，都為煤礦廢水處理提供了新研究方向。而新材料更新、研發，又為新技術的推廣帶來了更多可能，這些技術的應用推廣為煤礦企業在節能環保上提供了可操作性和可復制性。

在上述介紹的技術中，較為成熟可行的方法有混凝沉淀法、酸堿中和法、膜分離技術。將煤礦廢水處理后應用于生產、綠化，既可降低污染排放又能節約水資源，為企業降低運行成本。聚焦2030年碳達峰目標，煤礦行業的水處理提高與回用，對其自身取水、用水、排水環節上均實現資源利用率的提高，有效降低了水中污染物，切實符合當前國家的可持續發展戰略和中期遠期碳中和碳達峰目標。

參考文獻

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作者簡介：許莉（1981-），女，河北保定人，高級工程師，本科，研究方向：煤礦礦山環境污染治理。