高矿化度矿井水处理与回用

张帆 杨晓菡 郑雪凌 张凯

摘 要：矿井水的处理与回用可以缓解矿区的用水紧张，并减轻煤炭开采对矿区生态的破坏。本文主要针对高矿化度矿井水，结合工程实例总结其常规处理中主要的工艺与设备。在此基础上，总结了矿井水处理与回用的新模式—井下处理及零排放中的主要工艺设备，及其在高矿化度矿井水的处理与回用中的利用。

关键词：高矿化度矿井水；常规处理；井下处理；超磁分离；零排放

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0001-02

煤炭作为我国的主要能源矿产，由于其贮藏特点，在开采过程产生大量的矿井水。在煤炭资源丰富的西北部地区，由于其干旱半干旱气候的限制，水资源严重不足，对矿井水的处理与回用既可以防止矿井水对矿区生态环境的破坏，又可以回用为煤矿生产用水、煤炭洗选加工用水、生活用水等，缓解矿区的用水紧张。西北矿区主要为总含盐量超过1000mg/L的高矿化度矿井水[1]，其高效处理与回用对实现矿山排水—供水—生态环境保护三位一体发展[2]有重要意义。

1 高矿化度矿井水常规处理工艺

高矿化度矿井水的处理主要是去除悬浮物及脱盐，完整的高矿化度矿井水的处理工艺流程一般包括缓冲调节、净化处理及深度处理。

1.1 預处理

预处理阶段主要通过自由沉淀去除矿井水中粒径或比重较大的悬浮物颗粒，调节水质水量，保证后续处理设备的稳定运行[3]。矿井水处理站多采用预沉调节池作为预处理设备。

1.2 净化处理

净化处理可去除矿井水中的大部分的悬浮物，处理后的水可用作[1]选煤厂生产用水、矿区及厂区地面降尘洒水及地面冲洗水，或管道输送作为景观用水。

现较成熟的净化处理工艺为混凝、沉淀、过滤工艺。混凝沉淀[4]主要是利用絮凝剂水解产生的氢氧化铝絮体通过电荷吸附作用吸附矿井水中的悬浮物及胶体，微絮体在助凝剂作用下聚集并沉降，进而被分离去除。小回沟煤矿矿井水处理站[5]选用的旋流澄清净水装置同时实现了水力旋流及泥渣回流，增强了悬浮颗粒间的碰撞和吸附作用，加速絮凝并获得较好的澄清效果。过滤机械截留沉淀出水中少量细小悬浮颗粒[4]。塔山煤矿矿井水处理站[6]选用多介质过滤池，出水浊度低于1.0NTU，保证了深度处理过程中设备的稳定运行。

1.3 深度处理

矿井水经净化处理出水不能满足矿区生产生活用水的水质要求，特别是含盐量。因此，深度处理后的关键是脱盐，现有的脱盐技术有：离子交换法、蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。

反渗透法凭借其适用范围广、脱盐率高的优点成为国内现阶段矿井水处理站应用最为广泛的脱盐技术。其原理是借助半透膜在压力的作用下进行分离，在脱盐的同时去除水中的细菌和病毒等。矿井水中所含的少量机械乳化油易造成反渗透膜的污堵[7]，影响其运行的稳定性并缩短其使用寿命。因此反渗透工艺前可增设过滤和超滤，以去除水中的油类和胶体物质。为防止超滤池出水到反渗透进水段的管路污染，可在反渗透前增设保安过滤器，截留水中粒径大于0.5μm的细小微粒。如顾桥矿矿井水处理站[8]，选用叠片过滤器去除水中悬浮物后，进入超滤系统去除水中的有机物，保证超滤出水SDI小于1.0，超滤出水经保安过滤器及高压泵进入反渗透机组，并在保安过滤器前加入阻垢剂，防止钙镁在反渗透膜前沉淀结垢。因此，顾桥矿矿井水深度处理设计如图1。

其反渗透脱盐率大于95%，最终出水TDS为24.94mg/L，浊度小于1.0NTU，可满足国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的水质要求。

深度处理出水水质较好，可回用于[1]矿区生产生活用水及生态用水，如锅炉补充水、厂区绿化用水和周边生态恢复用水，亦可通过管道输送作为工业园区企业生产用水及城市市政用水。

2 高矿化度矿井水处理与利用新模式

2.1 井下处理，就地复用

矿井水井下处理，就地复用凭借其矿井水升井量少，节约成本及建设用地等优势成为矿井水处理与利用新的发展方向。现有的井下处理技术主要有：采空区矿井水处理技术，反渗透废水井下处理技术，废水井下处理系统技术及井下超磁分离技术等[9]。其中超磁分离技术凭借其磁分离速度快，混凝药剂投加量少，设备占地面积小，处理水量大及外排污泥浓度高等诸多有点成为矿井水处理与利用新技术[10]。

超磁分离技术[11]多选用稀土永磁体作为磁种，将其与混凝剂、助凝剂混合后投加值超磁分离混凝系统，悬浮物快速形成以磁种为载体的“微絮团”。微絮团在磁盘所产生的大于重力640倍的磁力作用下快速实现固液分离。分离出的煤泥在磁分离磁鼓中分散，吸附回收其中的磁种，循环利用，磁种回收率高达99.4%。山西潞安漳村煤矿[12]选用超磁分离技术，井下矿井水通过预沉池、格栅去除粒径0.2mm以上的悬浮颗粒后，与井下生产用水一同进入超磁分离系统进行处理，可去除水体中97%以上的悬浮物质及部分COD，其工艺流程如图2。

在高矿化度矿井水的井下处理与回用中，应考虑分质供水。超磁分离系统出水满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383-2006）井下消防洒水水质标准，可直接回用。为满足采煤机、液压支架用水的水质要求，可在超磁分离系统后增设深度处理装置，对部分超磁分离系统出水进行脱盐处理。

2.2 零排放

现阶段，煤炭开发逐渐向大型煤炭基地集中，为满足其用水需求及排放限值，实现矿井水的零排放[13]是现实的选择。深度处理过程中产生的浓水，悬浮物含量低，盐含量高，TDS高达10000～30000mg/L，浓水的处理与回用是实现零排放的重点与难点。现阶段，可首先对浓水进行浓缩处理，得到TDS高达60000～80000mg/L的高浓盐水后进一步蒸发结晶，彻底固化高矿化度矿井水中的溶解性固体，离心分离得到工业产品级别的硫酸钠和氯化钠，以及少量经过鉴定后可以作为一般固废或者危废填埋处理的杂盐。

3 结语

（1）高矿化度矿井水的井上处理与回用技术与设备已经较为成熟，可分为预处理、净化处理、深度处理三个处理模块。净化处理及深度处理出水可以依据水质标准按需回用于矿区的生产、生活。

（2）超磁分离技术应用于矿井水井下处理可快速高效的的去除水中的悬浮颗粒物，未来可将超磁分离技术作为净化处理单元应用于高矿化度矿井水的处理，并逐步实现矿井水井下分质供水。

（3）矿井水处理与回用的最终目标是实现“零排放”。对于高矿化度矿井水而言，其深度处理中排放的高浓盐水可增设浓缩、蒸发、结晶处理后达标排放或回用，并回收工业盐。

参考文献

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