淺談礦井水的綜合治理與應用

張金爐

【摘要】：水害往往給煤礦造成巨大的經濟損失，因此中立水害就成了煤礦安全工作的重中之重。煤礦對于水的治理工作不僅是煤礦安全生產管理的重要工作之一，同時礦井水的科學利用也是煤礦企業實現科技創新的一個重要途徑。因此，全面分析礦井地質及水文地質資料，弄清礦井地質構造特征，掌握礦井水文動態及礦井水文地質條，及時采取切實可行的防治水措施，對于煤礦杜絕突水事故發生，提高經濟效益具有重要的意義。同時，科學應用礦井水，不僅可以有機地實現煤礦安全生產，而且還能提高煤礦企業的科技創新能力，實現緩解水資源短缺的目的，促進煤礦企業的和諧，綠色發展。本文就當前煤礦企業的礦井水的治理與應用，結合工作實踐，作了一些簡單的分析和論述。

【關鍵詞】：礦井水害創新水文動態安全生產

礦井水的治理技術，決定于礦井水的性質和處理后的用途。從水質成份上看，礦井水既具有地下水及地表水的特點，又具有天然水與污染水的性質，對其進行處理，可按城市給水凈化工藝、工業給水凈化工藝以及廢水處理工藝進行。根據目前掌握的水處理技術對不同類型的礦井水進行處理，均可達到不同使用目的的水質標準和要求。對于采礦人，考慮的主要問題是經濟上是否合理可行。故而，研究更有效，更經濟、更達標，更適用的礦井水治理方法，仍是非常有意義和重要的水治理技術課題。目前，我國煤礦對礦井水的處理主要有以下幾方面：

1對懸浮物的處理

構成礦井水懸浮物的主要成份是粒徑極為細小的煤粉和巖塵，靠自然沉淀去除懸浮物是困難的，故必須借助混凝劑，采用混凝沉淀的處理方法以實現對懸浮物的去除。目前，對于礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水的處理，有較成熟可行的經驗，一般采用混凝、沉淀以及過濾、消毒等工序處理后，其出水水質即能達到生產使用和生活飲用的標準要求。對其處理所用混凝劑一般為硫酸鋁和聚合氯化鋁。采用聚合氯化鋁鐵，對礦井水進行處理實驗結果表明，這種無機高分子混凝劑對礦井水的水溫及pH的變化適應性很強，其去濁率比硫酸鋁更好。而對于聚丙烯酰胺這類有機高分子劑，由于其價格昂貴和具有毒性的特點，在礦井水作生活飲用水源處理中較少采用。

在處理回用工藝技術的研究與應用方面，前蘇聯起步較早，前蘇煤礦環保研究院研制了用壓力氣浮法凈化礦井水和前蘇聯采煤建井和勞動組織研究所研究的電絮凝法，可使雜質團粒的沉淀速度提高數倍，并對排除乳化于水中的石油產物和其污物有效。我國煤礦礦井廢水處理與回用研究起步較晚，近幾年，中國統配煤礦總公司所屬各礦對礦井水的處理，尤其是深度處理方面的工作才逐步展開，環保工作者積極研究礦井水處理和合理利用的有效方法，兗州礦務局南屯煤礦采用混凝劑和助凝劑復合配方，使廢水中懸浮物在普通煤泥沉淀池中沉淀，處理后可達排放標準，且能滿足工業用水要求。平頂山礦務局七礦把低礦化度的礦井水處理到飲用水標準，建成了一座日處理能力3萬T的凈水廠，其工藝采用混凝、沉淀、過濾，消毒，不僅減少了對環境的污染，而且取得了明顯的經濟效益。

2高礦化度礦井水的處理

高礦化度礦井水是指含鹽量大干1000mg／L的礦井水，我國煤礦高礦化度礦井水的含鹽量一般在1000～3000mg／L之間，少量礦井達4000mg／L以上。因這類礦井水的含鹽成份主要是源于C、Mg、K、SO、HCO、cl等離子，其硬度往往較高，既不適用于生活飲用，更不適宜作鍋爐用水。對高礦化度礦井水的處理工藝，除采用給水凈化傳統工藝去除懸浮物和消毒外，其關鍵工序就是脫鹽。降低礦井水含鹽量的方法，主要有以下幾種：

2.1化學法

離子交換法是化學脫鹽的主要方法，即利用陰陽離子交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。此法用在進水含鹽量小于500mg／L時比較經濟。

2.2熱力法

使用高溫蒸餾和低溫冷凍的處理過程均屬熱力法淡化。高溫蒸餾法是對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。此法以消耗熱能為代價，一般適用于含鹽量超過3000mg／L礦井水的處理。前蘇聯煤炭環保研究院曾試驗研究出一種供礦井水淡化處理的蒸餾裝置，用于含鹽量超過5g／L的礦井水處理，其出水可供煤礦生活和生產用。捷爾諾夫斯克礦井建成的絕熱式蒸發器，可將礦化度為"／800～9000rag／L含鹽量降至25 200mg／L。波蘭杰別尼斯卡礦井建成一套生產能力為100m3／h的絕熱蒸發式淡化裝置，可將原料水含鹽量從100g／L降至100mg／L。蒸餾法的主要問題是需防止熱交換表面結垢。

2.3膜分離法

電滲析和反滲透技術均屬于膜分離技術，是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。尤其是前者在我國煤礦系統已有不少應用實例和經驗。電滲析是在外加直流電場的作用下，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處理過程。含鹽原水經過電滲析器后，便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。一般淡化水量為總進水量的50％～70％。當進水含鹽量小于4000mg／L時用此法較為經濟。前蘇聯1991年已在頓涅茨等煤礦應用電滲析法淡化礦井水，取得很好的效果。我國大同礦務局同家梁礦從1974年開始利用電滲析法處理礦井水，積累了較豐富的經驗。電滲析除鹽法的優點是：不需再生，可連續出水，工藝系統簡單，設備少，與離子交換法串聯使用可制取純水等。此法的主要問題是：水回收率低(一般僅為50％左右)，采用濃水循環工藝雖可使水回收率提高，但其循環方法及控垢藥劑的投加，目前缺少成熟經驗。易發生極化結垢。另外，必須對其進水進行深度預處理，并使鐵化合物含最不超過100μg／L。

反滲透法是借助于半透膜在壓力(--般為30～70KG／cm2)作用下進行物質分離的方法。它可有效地去除無機鹽類、低分子有機物、病毒和細菌等。適用于含鹽量大于4000mg／L的水的脫鹽處理較經濟。此法與電滲析法相比，其優點是：產品水回收率高，脫鹽率和水的純度高，投資費用低，無污染等。缺點是：操作壓力高，能耗大，設備較復雜，對進水水質要求高等。反滲透脫鹽技術，目前在國內仍處于深入研究和試用階段。

總體說來，高礦化度廢水目前的處理方法還不是很成熟，各種方法都有一些缺點，且處理成本較高。因此，研究高礦化度廢水處理的新方法，并降低處理成本，是水處理技術的一個重要課題，是采礦人值得深入研究的領域。

3酸性礦井水的處理

我國的煤礦酸性水主要分布在南方，又因酸性礦井水水質比較復雜，若將其處理成生活用水，噸水成本較高，所以目前酸性水一般經處理達標后即予以排放。對酸性礦井水的處理，主要有以下幾種方法：

3.1中和法

中和法是目前煤礦酸性水最常采用的處理方法，適合作中和劑的有石灰石、大理石、白云石、石灰等堿性物質。選擇何種中和劑取決于中和劑的反應性、適用性、價格及運輸是否方便等因素。其中尤以石灰石及石

灰中和劑應用的最為廣泛。

石灰石中和法的處理裝置有三種型式，即中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。石灰石中和滾筒法是指利用石灰石為中和劑，酸性水在滾筒中被石灰石所中和的處理方法。其出水再經沉淀可外排。山東省的淄博西河煤礦就是采用這種處理方法；石灰石升流膨脹過濾中和法是以細小石灰石顆粒(D≤3mm)為濾料，酸性水自濾池底部進入濾池，使濾料膨脹，從而使中和反應沿著流線方向連續不斷地進行的一種處理方法。其出水再經沉淀后即可外排。此法目前較多使用-石灰石曝氣流化床處理方法是我國開發研究的一種新工藝。

石灰中和法是目前煤礦酸性水普遍采用的中和處理方法。它將氧化鈣含量為67％～81％的石灰制成含活性氧化鋁5％～10％的石灰乳，加人中和氧化池中，同時進行充分機械攪拌，然后經沉淀、過濾后，出水可達到排放標準。

3.2生物化學處理法

生物化學處理法處理含鐵酸性水是目前國內外研究比較活躍的處理方法。在美國、日本等國已進行了實際應用。其原理是：利用氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中Fe氧化成Fe，然后再用石灰石進行中和處理，以實現酸性礦井水的中和及除鐵。此法的優點是：對二價鐵具有很高的氧化率，二價鐵氧化細菌無需外界添加營養液，處理后的沉淀物可綜合利用。利用生物轉盤工藝是可靠的，日本于1976年已建成兩座這種處理站。其缺點是；反應器體積大，投資高；煤炭礦井水成份復雜，常含有一些不利的重金屬(如Pb、zn等)，對微生物具有抑制作用。

3.3濕地生態工程處理法

這種法是近年來迅速發展起來的一種污水處理技術，具有投資少運行費低、易于管理等突出的優點，引超人們的極大興趣。美國一些煤礦一直在嘗試用人工濕地處理酸性礦井水。從70年代開始，美國科學家在濕地上建造人工淺池沼，在其底部鋪上碎石灰石，其上填入混合肥料或其他一些有利于根系生長的有機質，在混合肥料上種植香蒲(一種植物)。酸性礦井水流經人工濕地后，pH值可上升，并可去除50％以上的污染物(如鐵可降低80％左右)。但此法處理效果并非很理想，有些酸性礦井還需要進行其他化學處理。

4礦井水處理后的應用

顯然，通過有效的治理，礦井水在煤礦生產中不具有了危害性，而延伸到礦井水的利用，各煤礦企業通過有效的舉措，逐漸形成了礦井水的工業利用與改造，既使礦井水對環境污染有了良好的改進，同時通過科學治理，實現了企業的科技創新能力進步，在提高企業的經濟效益前提下也凸顯了礦井水治理的社會性與科學性，使企業的安全生產更具環保與科學。

縱觀世界，不少國家在礦井廢水的處理和利用方面，進行了廣泛的研究和實踐，已取得了許多成果，積累了不少經驗。我國地大物博，幅員遼闊，由于煤炭礦井廢水成份的復雜性和地域的特點等因素，所以現有對煤炭礦井水的處理與回用工藝技術還不夠完善和成熟。對于采礦人，針對不同的水質情況和回用的具體要求，開發研究工藝簡單、技術可靠、管理方便、經濟合理的新工藝、新設備和新藥劑，仍是煤炭礦井廢水處理和利用的重要課題。