摘 要： 文中闡述了礦井水的來源和水質(zhì)特征，及不同類型礦井水的一般處理方法，分析 了礦井水綜合利用的意義，提出了綜合利用的多種途徑和應(yīng)用實(shí)例。  

關(guān)鍵詞：礦井水 ；處理方法 ；綜合利用

前言

煤炭在開采和利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題是十分嚴(yán)重的，其中水污染是突出的環(huán)境問題之一。缺水問題，影響了礦區(qū)居民的生活及煤礦的正常生產(chǎn)，制約了煤炭工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。據(jù)調(diào)查，北方煤礦70％缺水，40％為嚴(yán)重缺水，入均生活用水量不足0．06 ／d。即只有正常用水指標(biāo)的1／2。隨著我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，缺水間題將越來越突出。

在煤炭開采過程中，要排放大量的礦井水。在排放過程中，由于受到煤粉、巖粉、有害物質(zhì)及其它雜物等的污染，而成為污水。如果直接排放，會(huì)污染礦區(qū)環(huán)境。在煤礦水資源極為匱乏的條件下，礦井水直接排放，也是水資源的極大浪費(fèi)。為此，實(shí)現(xiàn)礦井水處理后綜合利用是解決煤礦缺水和礦井水污染環(huán)境的最佳選擇，達(dá)到社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)三個(gè)效益的統(tǒng)一。

1 礦井水的特征和類型

井下涌出的礦井水主要來源于地下水，包括地面滲透水和巖石裂隙水等。礦井水的特性取決于成煤的地質(zhì)環(huán)境和煤系地層礦物化學(xué)成分，其中井田水文地質(zhì)條件及充水因素對(duì)礦井水的水質(zhì)、水量有決定性的影響。

礦井水可分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水等五種類型。它具有地下水的特征，但由于受到人為的污染，又具有地表水的一些特點(diǎn)。

礦井排水量受礦區(qū)水文地質(zhì)條件的影響較大，各地相差懸殊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)一噸原煤，井下排水量約為0．5-10m³， 平均涌水量約3 m³。礦井廢水的污染程度較其他工業(yè)廢水輕，有機(jī)污染物很少，一般不含有毒物質(zhì)，只是經(jīng)常在酸度、懸浮物、濁度、硬度、礦化度、硫酸鹽、氟化物等方面超標(biāo)。適于作回用水水源 。

2 礦井水的處理方法

2．1 潔凈礦井水

此類水是未受污染的地下水，可直接用于生活和生產(chǎn)。通過對(duì)煤礦各含水層進(jìn)行多次細(xì)致的采樣分析，采取井下清污分流，使?jié)崈舻V井水從專設(shè)管路排出，這是煤礦最簡(jiǎn)便、最經(jīng)濟(jì)的利用礦井水的供水方式。

2．2 含懸浮物礦井水

此類水分布較廣，全國(guó)大多數(shù)礦井排水均屬此類型。懸浮物含量高主要是地下水受開采影響而帶人的煤塵和巖粉，除懸浮物和細(xì)菌外，其余物理化學(xué)及毒理指標(biāo)都符合生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。此類礦井水經(jīng)井下水倉(cāng)初沉后排至地面，采用常規(guī)水處理工藝，即可得到合乎標(biāo)準(zhǔn)的生活和生產(chǎn)用水。

2．3 商礦化度礦井水

高礦化度礦井水也稱含鹽礦井水，主要含有s ^-、Cl^-、Ca₂⁺、M 、K 、Na⁺、HCO₃^-； 等離子可溶性固體總含量大于1 000 mg／L，水質(zhì)多數(shù)呈中性和偏堿性，且?guī)Э酀�，因此也稱苦咸水。此類水主要因含鹽量高而不宜飲用。處理高礦化度礦井水時(shí)，除了要進(jìn)行混凝、沉淀等預(yù)處理外，其關(guān)鍵步驟是脫鹽。脫鹽的方法有很多，如離子交換法、蒸餾法、電滲析法和反滲透法等。其中電滲析法是目前處理礦井水較為成熟也較為經(jīng)濟(jì)的一種方法，是我國(guó)目前處理高礦化度礦井水的主要方法。

2．4 酸性礦井水

礦山廢水中，酸性水的危害程度最大。目前，國(guó)內(nèi)煤礦酸性水的處理方法主要是中和法。此外還有近年來新興的生物化學(xué)處理方法和人工濕地法。

2．4．1 石灰石中和法

(1)基本原理

采用石灰石作中和劑與酸性礦井水進(jìn)行中和反應(yīng)，產(chǎn)生微溶的鈣鹽和易分解的碳酸，其反應(yīng)式為：

CaCO₃+H₂S0₄=CaS0₄ +H₂CO₃--H₂O+CO₂

由于濾料處于不斷滾動(dòng)和摩擦狀態(tài)，不斷產(chǎn)生新的反應(yīng)表面使反應(yīng)能夠連續(xù)進(jìn)行。

(2)工藝流程

目前，國(guó)內(nèi)以石灰石作為中和劑的主要有2種工藝流程：

①石灰石中和滾筒法。石灰石置于滾筒內(nèi)，由滾筒的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)大酸性水石的接觸面，使中和反應(yīng)繼續(xù)下去；

②升流膨脹中和法。將細(xì)顆粒石灰石(d≤3．0 mm)裝塔，水流自上而下通過濾料，發(fā)生中和反應(yīng)。

2．4．2 石灰中和法

(1)基本原理

利用石灰中的fiaO與酸性水中的硫酸產(chǎn)生反應(yīng)：

Ca0+H₂SO4=CaSO₄+H₂O

(2)工藝流程

目前，煤礦酸性水主要采用石灰中和劑進(jìn)行處理，某煤礦采用石灰中和法處理酸性水的工藝流程如圖1所示。 

中和法是一種比較成熟的方法，可處理任何濃度、任何性質(zhì)的酸性廢水，中和劑一般多采用石灰石或石灰，由于來源廣、價(jià)格低，再加上中和法操作簡(jiǎn)單，管理方便，工作環(huán)境好和處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，已成為處理酸性礦山廢水中最為普遍的方法。但是，處理后生成的硫酸鈣渣較多，且脫水難，堆存處理易造成水系統(tǒng)流域的二次污染。

2．4．3 生物化學(xué)處理法

該方法是目前國(guó)內(nèi)外研究比較多的處理方法在美國(guó)、日本等國(guó)家已進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。其原理是利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將水中的 Fe²⁺氧化成Fe³⁺，以實(shí)現(xiàn)酸性礦井水的除鐵。氧化亞鐵硫桿菌能從Fe2+ 的氧化反應(yīng)中獲取自身生存和繁殖所需的能量，無須加任何營(yíng)養(yǎng)液。

2．4．4 濕地處理酸性礦井水

目前處理酸性礦井水所需費(fèi)用較高，也存在石灰渣的二次污染間題。因此在煤礦塌陷區(qū)的沼澤地帶應(yīng)盡量推行濕地處理技術(shù)，其原理是通過濕地植物、泥炭基質(zhì)以及細(xì)菌對(duì)酸性水中的金屬離子(Fe²⁺、Mn²⁺等)進(jìn)行吸附、交換、絡(luò)合和氧化還原作用，在酸性水中和的同時(shí)除去金屬離子。該方法操作管理簡(jiǎn)便、處理費(fèi)用低，效果良好。

2．5 特殊礦井水

特殊礦井水是指含有特殊污染物的一類礦井水，如含氟礦井水、含鐵及重金屬離子的礦井水、含油礦井水及含放射性物質(zhì)的礦井水。目前這類礦井水發(fā)現(xiàn)量還不多。此類礦井水根據(jù)所含污染物的不同，分別有與其相對(duì)應(yīng)的處理方法。如含氟礦井水可采用離子交換法、吸附、膜處理、電滲析、反滲透等方法處理；含油礦井水可采用氣浮法處理。這類礦井水在作為飲用水水源來考慮時(shí)，目前的處理技術(shù)能否適用還需要深入研究。

3 礦井水綜合利用

目前礦井水綜合利用方向主要有兩個(gè)，即生產(chǎn)用水和生活用水。其中生產(chǎn)用水又分為工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水。生產(chǎn)用水對(duì)水質(zhì)要求不高，一般礦井水經(jīng)簡(jiǎn)單凈化處理即可滿足要求。礦井水利用時(shí)，主要考慮以下幾方面用水：

3．1 礦區(qū)井下用水

煤礦井下用水一般不需要作凈化處理，只需經(jīng)簡(jiǎn)單的混凝、沉淀、過濾、消毒等即可直接供井下使用，滿足生產(chǎn)需要。防火灌漿是煤礦主要的防火方法之一，此法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡(jiǎn)單，使用較普遍。防火灌漿對(duì)水質(zhì)無特殊要求，只要PH值在6—8范圍即可。因此，煤礦防火灌漿應(yīng)主要考慮利用井下廢水作為水源。只在水量不足時(shí)，用很少一部分生活水作為補(bǔ)充用水。此外，把多余的礦井水回灌到地下，補(bǔ)充了地下水資源，降低了采煤引起的地表沉陷。

3．2 礦井水用于選煤廠補(bǔ)充水

井下水在井底儲(chǔ)水倉(cāng)中停留時(shí)間一般不小于8 h，在井底水倉(cāng)中投加絮凝劑可使其充分沉淀，沉淀后井下水懸浮物濃度一般小于400 mg／L(選煤補(bǔ)充水的懸浮物濃度要求小于400 mg／L)，在PH=6～8的范圍內(nèi)，完全可滿足選煤補(bǔ)充水的要求。沉淀煤泥可用礦車運(yùn)至地面與選煤廠煤泥進(jìn)行統(tǒng)一處理，作為低發(fā)熱量煤供鍋爐房或電廠用。處理后井下廢水作為選煤廠補(bǔ)充水，多余部分可直接排放或做為農(nóng)業(yè)灌溉用水。窯街礦務(wù)局海石灣礦井選煤廠及華亭硯北煤礦選煤廠等均考慮用井下廢水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后作為選煤補(bǔ)充水。

3．3 利用水質(zhì)較好的水作為生活用水

礦井在掘進(jìn)過程中，往往會(huì)碰到斷層，在斷層處一般有裂隙承壓水涌出。經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè)后，確定其補(bǔ)給來源，再?zèng)Q定是否有利用價(jià)值。如果裂隙承壓水未受污染，出水穩(wěn)定，水質(zhì)理化指標(biāo)能夠滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的消毒處理，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，就可作為生活水源，從而解決礦井缺水的問題。在井下裂隙水涌出地，就近建井下水倉(cāng)及水泵硐室，將井下水提升后送人地面儲(chǔ)水池，在水池人口處投加消毒劑，經(jīng)消毒處理后作為礦井的生活用水。

3．4 礦井水經(jīng)常規(guī)處理后作為礦井非飲用水源

在一些礦井附近，礦井浴室、井下灑水、礦區(qū)綠化及鍋爐房等生產(chǎn)、生活用水如果依靠井下廢水來解決，將會(huì)大大減少飲用水的用量。

總的來說，井下水的處理和利用還未形成一個(gè)較系統(tǒng)的處理流程和方法。由于井下水量變化大，水質(zhì)不穩(wěn)定，因此可根據(jù)井下水不同的水質(zhì)、水量，因地制宜加以處理和充分利用。礦井水的處理及利用，隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展，有著十分廣闊的前景，其處理方法及流程也將不斷發(fā)展完善。

3．5 礦井水綜合利用實(shí)例

大屯礦區(qū)下屬4個(gè)礦井根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，運(yùn)用新技術(shù)、新工藝和新裝備大力發(fā)展礦井水資源化利用工程，并做出了具體規(guī)劃，先后在姚橋煤礦、孔莊煤礦、徐莊煤礦和龍東煤礦建成了現(xiàn)代化礦井水處理廠，其中姚橋煤礦礦井水處理工程已列為全國(guó)礦井水資源化利用的樣板工程。礦區(qū)每年可利用凈化礦井水800萬rn，，回收大量煤泥，減少排污費(fèi)，年獲經(jīng)濟(jì)效益390萬元。不僅使大屯礦區(qū)礦井水資源得到充分、合理利用，而且可大幅度降低現(xiàn)有供水成本，獲得了豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點(diǎn)的污染源，又是一種寶貴的水資源。因此，將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業(yè)用水、生活用水及其它用水，不僅解決了礦區(qū)缺水問題，而且充分利用了礦井水水資源，節(jié)省了地下水資源，具有明顯經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，有利于煤炭產(chǎn)業(yè)和礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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