浅谈矿井水的综合治理与应用

张金炉

【摘要】：水害往往给煤矿造成巨大的经济损失，因此中立水害就成了煤矿安全工作的重中之重。煤矿对于水的治理工作不仅是煤矿安全生产管理的重要工作之一，同时矿井水的科学利用也是煤矿企业实现科技创新的一个重要途径。因此，全面分析矿井地质及水文地质资料，弄清矿井地质构造特征，掌握矿井水文动态及矿井水文地质条，及时采取切实可行的防治水措施，对于煤矿杜绝突水事故发生，提高经济效益具有重要的意义。同时，科学应用矿井水，不仅可以有机地实现煤矿安全生产，而且还能提高煤矿企业的科技创新能力，实现缓解水资源短缺的目的，促进煤矿企业的和谐，绿色发展。本文就当前煤矿企业的矿井水的治理与应用，结合工作实践，作了一些简单的分析和论述。

【关键词】：矿井水害创新水文动态安全生产

矿井水的治理技术，决定于矿井水的性质和处理后的用途。从水质成份上看，矿井水既具有地下水及地表水的特点，又具有天然水与污染水的性质，对其进行处理，可按城市给水净化工艺、工业给水净化工艺以及废水处理工艺进行。根据目前掌握的水处理技术对不同类型的矿井水进行处理，均可达到不同使用目的的水质标准和要求。对于采矿人，考虑的主要问题是经济上是否合理可行。故而，研究更有效，更经济、更达标，更适用的矿井水治理方法，仍是非常有意义和重要的水治理技术课题。目前，我国煤矿对矿井水的处理主要有以下几方面：

1对悬浮物的处理

构成矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘，靠自然沉淀去除悬浮物是困难的，故必须借助混凝剂，采用混凝沉淀的处理方法以实现对悬浮物的去除。目前，对于矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水的处理，有较成熟可行的经验，一般采用混凝、沉淀以及过滤、消毒等工序处理后，其出水水质即能达到生产使用和生活饮用的标准要求。对其处理所用混凝剂一般为硫酸铝和聚合氯化铝。采用聚合氯化铝铁，对矿井水进行处理实验结果表明，这种无机高分子混凝剂对矿井水的水温及pH的变化适应性很强，其去浊率比硫酸铝更好。而对于聚丙烯酰胺这类有机高分子剂，由于其价格昂贵和具有毒性的特点，在矿井水作生活饮用水源处理中较少采用。

在处理回用工艺技术的研究与应用方面，前苏联起步较早，前苏煤矿环保研究院研制了用压力气浮法净化矿井水和前苏联采煤建井和劳动组织研究所研究的电絮凝法，可使杂质团粒的沉淀速度提高数倍，并对排除乳化于水中的石油产物和其污物有效。我国煤矿矿井废水处理与回用研究起步较晚，近几年，中国统配煤矿总公司所属各矿对矿井水的处理，尤其是深度处理方面的工作才逐步展开，环保工作者积极研究矿井水处理和合理利用的有效方法，兖州矿务局南屯煤矿采用混凝剂和助凝剂复合配方，使废水中悬浮物在普通煤泥沉淀池中沉淀，处理后可达排放标准，且能满足工业用水要求。平顶山矿务局七矿把低矿化度的矿井水处理到饮用水标准，建成了一座日处理能力3万T的净水厂，其工艺采用混凝、沉淀、过滤，消毒，不仅减少了对环境的污染，而且取得了明显的经济效益。

2高矿化度矿井水的处理

高矿化度矿井水是指含盐量大干1000mg／L的矿井水，我国煤矿高矿化度矿井水的含盐量一般在1000～3000mg／L之间，少量矿井达4000mg／L以上。因这类矿井水的含盐成份主要是源于C、Mg、K、SO、HCO、cl等离子，其硬度往往较高，既不适用于生活饮用，更不适宜作锅炉用水。对高矿化度矿井水的处理工艺，除采用给水净化传统工艺去除悬浮物和消毒外，其关键工序就是脱盐。降低矿井水含盐量的方法，主要有以下几种：

2.1化学法

离子交换法是化学脱盐的主要方法，即利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。此法用在进水含盐量小于500mg／L时比较经济。

2.2热力法

使用高温蒸馏和低温冷冻的处理过程均属热力法淡化。高温蒸馏法是对含盐水进行热力脱盐淡化处理的有效方法。此法以消耗热能为代价，一般适用于含盐量超过3000mg／L矿井水的处理。前苏联煤炭环保研究院曾试验研究出一种供矿井水淡化处理的蒸馏装置，用于含盐量超过5g／L的矿井水处理，其出水可供煤矿生活和生产用。捷尔诺夫斯克矿井建成的绝热式蒸发器，可将矿化度为"／800～9000rag／L含盐量降至25 200mg／L。波兰杰别尼斯卡矿井建成一套生产能力为100m3／h的绝热蒸发式淡化装置，可将原料水含盐量从100g／L降至100mg／L。蒸馏法的主要问题是需防止热交换表面结垢。

2.3膜分离法

电渗析和反渗透技术均属于膜分离技术，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法。尤其是前者在我国煤矿系统已有不少应用实例和经验。电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，使溶质和溶剂分离的一种物理化学处理过程。含盐原水经过电渗析器后，便可得到淡化水和浓缩液(浓水)。一般淡化水量为总进水量的50％～70％。当进水含盐量小于4000mg／L时用此法较为经济。前苏联1991年已在顿涅茨等煤矿应用电渗析法淡化矿井水，取得很好的效果。我国大同矿务局同家梁矿从1974年开始利用电渗析法处理矿井水，积累了较丰富的经验。电渗析除盐法的优点是：不需再生，可连续出水，工艺系统简单，设备少，与离子交换法串联使用可制取纯水等。此法的主要问题是：水回收率低(一般仅为50％左右)，采用浓水循环工艺虽可使水回收率提高，但其循环方法及控垢药剂的投加，目前缺少成熟经验。易发生极化结垢。另外，必须对其进水进行深度预处理，并使铁化合物含最不超过100μg／L。

反渗透法是借助于半透膜在压力(--般为30～70KG／cm2)作用下进行物质分离的方法。它可有效地去除无机盐类、低分子有机物、病毒和细菌等。适用于含盐量大于4000mg／L的水的脱盐处理较经济。此法与电渗析法相比，其优点是：产品水回收率高，脱盐率和水的纯度高，投资费用低，无污染等。缺点是：操作压力高，能耗大，设备较复杂，对进水水质要求高等。反渗透脱盐技术，目前在国内仍处于深入研究和试用阶段。

总体说来，高矿化度废水目前的处理方法还不是很成熟，各种方法都有一些缺点，且处理成本较高。因此，研究高矿化度废水处理的新方法，并降低处理成本，是水处理技术的一个重要课题，是采矿人值得深入研究的领域。

3酸性矿井水的处理

我国的煤矿酸性水主要分布在南方，又因酸性矿井水水质比较复杂，若将其处理成生活用水，吨水成本较高，所以目前酸性水一般经处理达标后即予以排放。对酸性矿井水的处理，主要有以下几种方法：

3.1中和法

中和法是目前煤矿酸性水最常采用的处理方法，适合作中和剂的有石灰石、大理石、白云石、石灰等碱性物质。选择何种中和剂取决于中和剂的反应性、适用性、价格及运输是否方便等因素。其中尤以石灰石及石

灰中和剂应用的最为广泛。

石灰石中和法的处理装置有三种型式，即中和滚筒法、升流膨胀过滤法及曝气流化床处理方法。石灰石中和滚筒法是指利用石灰石为中和剂，酸性水在滚筒中被石灰石所中和的处理方法。其出水再经沉淀可外排。山东省的淄博西河煤矿就是采用这种处理方法；石灰石升流膨胀过滤中和法是以细小石灰石颗粒(D≤3mm)为滤料，酸性水自滤池底部进入滤池，使滤料膨胀，从而使中和反应沿着流线方向连续不断地进行的一种处理方法。其出水再经沉淀后即可外排。此法目前较多使用-石灰石曝气流化床处理方法是我国开发研究的一种新工艺。

石灰中和法是目前煤矿酸性水普遍采用的中和处理方法。它将氧化钙含量为67％～81％的石灰制成含活性氧化铝5％～10％的石灰乳，加人中和氧化池中，同时进行充分机械搅拌，然后经沉淀、过滤后，出水可达到排放标准。

3.2生物化学处理法

生物化学处理法处理含铁酸性水是目前国内外研究比较活跃的处理方法。在美国、日本等国已进行了实际应用。其原理是：利用氧化亚铁硫杆菌，在酸性条件下将水中Fe氧化成Fe，然后再用石灰石进行中和处理，以实现酸性矿井水的中和及除铁。此法的优点是：对二价铁具有很高的氧化率，二价铁氧化细菌无需外界添加营养液，处理后的沉淀物可综合利用。利用生物转盘工艺是可靠的，日本于1976年已建成两座这种处理站。其缺点是；反应器体积大，投资高；煤炭矿井水成份复杂，常含有一些不利的重金属(如Pb、zn等)，对微生物具有抑制作用。

3.3湿地生态工程处理法

这种法是近年来迅速发展起来的一种污水处理技术，具有投资少运行费低、易于管理等突出的优点，引超人们的极大兴趣。美国一些煤矿一直在尝试用人工湿地处理酸性矿井水。从70年代开始，美国科学家在湿地上建造人工浅池沼，在其底部铺上碎石灰石，其上填入混合肥料或其他一些有利于根系生长的有机质，在混合肥料上种植香蒲(一种植物)。酸性矿井水流经人工湿地后，pH值可上升，并可去除50％以上的污染物(如铁可降低80％左右)。但此法处理效果并非很理想，有些酸性矿井还需要进行其他化学处理。

4矿井水处理后的应用

显然，通过有效的治理，矿井水在煤矿生产中不具有了危害性，而延伸到矿井水的利用，各煤矿企业通过有效的举措，逐渐形成了矿井水的工业利用与改造，既使矿井水对环境污染有了良好的改进，同时通过科学治理，实现了企业的科技创新能力进步，在提高企业的经济效益前提下也凸显了矿井水治理的社会性与科学性，使企业的安全生产更具环保与科学。

纵观世界，不少国家在矿井废水的处理和利用方面，进行了广泛的研究和实践，已取得了许多成果，积累了不少经验。我国地大物博，幅员辽阔，由于煤炭矿井废水成份的复杂性和地域的特点等因素，所以现有对煤炭矿井水的处理与回用工艺技术还不够完善和成熟。对于采矿人，针对不同的水质情况和回用的具体要求，开发研究工艺简单、技术可靠、管理方便、经济合理的新工艺、新设备和新药剂，仍是煤炭矿井废水处理和利用的重要课题。