1.前言

煤炭是我國重要的基礎能源和原料,在國民經濟中具有重要的戰(zhàn)略地位,在我國一次能源結構中,煤炭占到70%以上,建國57年來,共生產煤炭超過372×108噸,為我國的國民經濟和社會發(fā)展做出了巨大的貢獻。在煤炭開采的過程中不可避免地大量排放礦井水和破壞水資源,目前,全國煤礦礦井水排放量約為42億m3,約占整個采礦業(yè)(有色冶金、黃金、化工等礦山)的80％,而利用率約為26％。我國大部分富煤地區(qū)就是貧水地區(qū),在“十一五”規(guī)劃建設的十三個超億噸煤炭基地建設中,有十個就是缺水地區(qū)[1]。這些礦區(qū)用水短缺十分嚴重,許多煤礦生產用水十分緊張,甚至使用不合格的生產用水,水資源的短缺已嚴重制約了這些煤礦區(qū)經濟發(fā)展和人們生活水平的提高。

2.高濁礦井水處理利用現(xiàn)狀及存在的問題

2.1高濁礦井水的水質特征

(1)煤礦高濁礦井水的懸浮物含量高,感官性狀差。

(2)煤礦高濁礦井水懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢。

(3)煤礦高濁礦井水混凝過程中礬花形成困難,沉降效果差。

2.2高濁礦井水的利用現(xiàn)狀

高濁礦井水凈化處理通常采用混凝劑,礦井水處理中混凝劑混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和機械混合,其中水泵混合較常采用。礦井水凈化處理采用沉淀池或澄清池作為主要處理單元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管(板)沉淀,其處理能耗小,但存在處理設施占地面積大,沉淀污泥易堵塞造成排泥不暢等缺點。機械加速澄清池、水力循環(huán)澄清池都是集混凝反應和沉淀過程于一體的水處理設施,水力循環(huán)澄清池具有處理過程中動力消耗低、耐負荷沖擊能力強、設施維護簡單和操作方便等優(yōu)點。機械加速澄清池占地面積較小,但處理能耗大、設備維護工作量大,實際應用中處理效果不如水力循環(huán)澄清池好。

礦井水處理常用的過濾設施有快濾池和重力式無閥濾池�？鞛V池管路、閥門系統(tǒng)復雜,反沖洗操作繁瑣;重力式無閥濾池能自動反沖洗,操作簡便,管理和維護方便,但處理效果不太穩(wěn)定。濾池通常采用無煙煤和石英砂雙層濾料。

2.3高濁礦井水利用存在的問題

(1)礦井水中主要含有以煤屑為主的懸浮物,具有加藥后形成的礬花結構松散、沉降速度慢等特點。許多含懸浮物礦井水處理工程,投入運行后,設計水量和水質達不到設計要求,主要是因為反應不充分、平流或斜管沉淀池表面負荷取值不合理所致。

(2)不同煤礦的礦井水中所含懸浮物的濃度差異較大,決定了投加混凝劑種類和數(shù)量不盡相同。由于混凝藥劑選擇和投加不當,使得一些煤礦礦井水處理后達不到預期效果。由于不能及時對進水和出水水質、處理流量、加藥量、水池液位等進行監(jiān)控,許多礦井水處理工程只有水泵和簡易的加藥裝置,因此,礦井水處理后的水量和水質無法得到保證。

(3)煤礦井下生產使用的采掘機械需要使用乳化油和機油,油類物質進入礦井水中,采用常規(guī)混凝、斜管沉淀和過濾技術不能有效去除礦井水中的油類物質。

3.高鐵錳礦井水處理利用現(xiàn)狀及存在的問題

3.1高鐵錳礦井水的水質特征

煤礦含鐵、錳礦井水主要是地層中含鐵、錳地下水滲透形成的,礦井水中鐵、錳是以二價鐵或二價錳形式存在的,由于煤礦開采過程的影響,造成煤礦含鐵、錳礦井水又具有不同于含鐵錳地下水質的特點。

3.2高鐵錳礦井水的利用現(xiàn)狀

目前礦井水處理工程上主要采用天然錳砂作為除鐵、錳的濾料,其成熟期至少在一個月以上。而且,盡管其對錳有一定的去除效果,但經其過濾后的出水,仍不能完全滿足回用水的水質要求。

3.3高鐵錳礦井水利用存在的問題

煤炭行業(yè)對含鐵錳的礦井水處理參照地下水除鐵除錳技術進行設計,存在不少的問題。

4.高礦化度礦井水處理利用現(xiàn)狀及存在的問題

4.1高礦化度礦井水的水質特征

高礦化度礦井水是地下水與煤系地層中碳酸鹽類巖層及硫酸巖層接觸,該類礦物溶解于水的結果。使礦井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-增多,有的酸性礦井水與碳酸鹽類巖層中和,導致礦化度增高。也有的礦區(qū)氣候干旱,年蒸發(fā)量遠大于降水量,地層中鹽分較高,地下水礦化度相應增高,少數(shù)礦區(qū)處于海水與礦井水交混分布區(qū),因而礦井水鹽分增多。

4.2高礦化度礦井水的利用現(xiàn)狀

以前在工程中常用電滲析法,但電滲析不能去除水中的有機物和細菌,設備運行能耗大,使其在高礦化度礦井水淡化工程中的應用受到局限,因而原有電滲析裝置在高礦化度礦井水淡化方面逐漸被反滲透裝置所取代。4.3高礦化度礦井水利用存在的問題反滲透膜污染問題是一個亟待解決的問題,它嚴重的影響了高礦化度礦井水的處理與利用。

5.酸性礦井水處理利用現(xiàn)狀及存在的問題

5.1酸性礦井水的水質特征

不同地區(qū)的酸性礦井水的物理和化學性質有較大差異,但共同的特征是PH值較低,一般在2～5之間。由于酸性礦井水是由硫化物,主要是黃鐵礦(FeS2)氧化產生,所以水中的Fe、SO42-的濃度很高�？傝F含量一般在300～800mg/L之間,有些礦井水超過1g/L,其中Fe2+含量一般在200～300mg/L;SO42-含量在幾百至上萬mg/L,有時高達15g/L,大大超過飲用水250mg/L的上限標準。酸性水在演化過程中,對圍巖的溶蝕作用導致水中Ca2+、Mg2+離子的含量增加,從而使水的總硬度偏大。黃鐵礦、煤和圍巖中所含重金屬,如As、Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Cd等,也在酸性條件下溶入水體,以毒性更強的離子狀態(tài)存在。由于水中含有大量的煤粉和開采過程中人為活動的影響,導致酸性礦井水的COD值通常很高。

5.2酸性礦井水的利用現(xiàn)狀

我國酸性礦井水基本上是采用中和化學法處理,投加堿性藥劑或以石灰石、白云石為慮料進行過濾中和。此外,人工濕地生態(tài)工程處理法處理酸性礦井水是近年來迅速發(fā)展起來的一種處理技術,具有很好的推廣前景。

5.3酸性礦井水利用存在的問題常用中和法的設備比較龐雜,噪聲大,環(huán)境條件較差,二次污染嚴重。反應產物CaSO4、Fe(OH)3與過剩的石灰石混雜在一起,處理困難。

6.結語

綜上所述,目前各種類礦井水處理都存在這樣那樣的問題,有必要對各種類礦井水進行深入的研究,探討相應的處理新方法,提高礦井水的資源化利用率,解決制約煤礦企業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問題。

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