煤矿矿井水处理利用实用技术

郭旭 陕西华电榆横煤电有限责任公司

一、矿井水的化学特性

矿井水主要是通过煤层和巷道附近的地下水产生的，有时可能会通过地面裂缝渗入。水文地质可以决定矿井水的水质、水文动态、地质化学、采矿条件。在开采过程中，地下水接触煤和岩石矿床以及人类生产的影响有一系列物理、化学和生物化学反应。地下水的质量与普通地表水大不相同，具有煤炭工业的特点。根据污染物的特点，矿井水可以分为四类：含有悬浮物质、高矿质矿井水、含有特殊污染物的酸和矿井水。

二、煤矿矿井水处理技术

1.矿井水酸性。矿井水小于5.5的pH矿井水是酸性。各区域酸性矿山水的物理化学性质差别很大，但ph值通常介于3.0至5.5之间。矿井水酸性的出现是二氧化硫的氧化，主要是黄铁矿。一般来说，Fe2+和SO2-4的浓度较高，明显呈黄色。酸性矿井水对环境非常危险在演化过程中，不仅周围岩石具有腐蚀性，而且二氧化碳2+、Mg2+，而且重金属，如As、Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、co、CD，在水体沉积岩重金属中富集，对环境构成重大风险。目前，最广泛使用的酸性矿山水处理方法是中值法和法国法，在这两个国家，酸性矿山用水中添加碱性试剂，产生中性反应是氢氧化物或碳酸盐矿床可以降低pH成本平衡值，属离子浓度降低。中和方法可分为石灰乳、滚筒式、曝气流化床、升流膨胀过滤、硫化—石灰中和法等、法国产中、硫化热中和中、热、钙、渣中石灰或石灰石通常使用。此方法具有以下优点：简单、经济且易于管理的设备。缺点是很大噪音，产生了很多中性污泥，存在二次处理问题此外，酸性矿山的水由硫酸盐还原菌和人工湿地处理。SRB法利用硫酸还原细菌降低硫化氢，更好地对重金属作出反应，导致金属硫化物低溶解度，从而提高pH值，消除重金属离子。这种方法成本低，适宜，但有H2S扩散的危险。人工湿地的方法是利用土壤、植物和微生物的生态复合系统，通过过滤、吸收、沉积、交换离子、植物吸收和天然微生物分解来净化水。这种方法的优点在于低投资，低成本运营、方便管理，但速度慢，停留时间通常为5至10天，需要土地占用量大。

2.含有悬浮的矿井水。采煤过程中，煤粉和石粉引入地下水（主要是煤粉），矿井水中悬浮含量增加，感官质量下降，悬浮颗粒尺寸小，自然沉积缓慢。含有悬浮物质的矿井水每升含有几十至几百毫克，有些大约超过1000毫克/升，但其他物理化指标一般饮用水符合标准。含有悬浮物质的矿井中的水通常采用预加热-调整-冷凝-沉淀-过滤-消毒的组合工艺处理。其中水处理混凝过程的部分最重要。不同矿井水的悬浮物质浓度不同，使用的混凝剂也不同。过多或过低的浓度会影响矿井水处理效率。根据矿井水的使用情况，有时可以简化含有悬浮物质的矿井水的处理。当含有悬浮物质的矿井的水用于景观环境时，悬浮物质的浓度要求并不十分严格。它们可用于经冷凝和沉淀处理或明确过滤后的景观灌溉。此外，磁絮凝技术是一种去除水中悬浮的新技术。通过手动将磁性物种添加到水中，悬浮在水中的物质可以在混合剂和絮凝剂的同时作用下凝结到磁性物种表面，形成高密度、高速的磁性体，从而去除悬浮在水中的物。

3.高矿化矿井水。高矿化矿井水是指含有1000mg/L以上无机盐的矿井水，其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4、HCO3含量较高，水硬度较高，苦涩水质，含水中性或碱性较强，酸度较低。矿井水的高矿化度是若干因素造成的，例如大量碳酸盐和硫酸盐溶解于水和干旱地区蒸发导致矿井盐浓度增加，地下水侵入沿海地区。高矿化矿井水可能导致土壤盐碱化，不能用于农田灌溉。当混凝土用作施工用水时，其质量也会受到影响。高矿化矿井的主要水处理技术是海水淡化。目前最常见的处理方法是反渗透方法是通过压力差的驱动力将溶剂从溶液中分离出来。其渗透方向与自然渗透方向相反，因此称为反渗透。具体处理方法：调节（预沉）-冷凝-过滤-吸附或超滤活性碳-反渗透脱盐-消毒。为了防止膜处理单元、悬浮物、尖锐颗粒、微溶性盐、微生物、氧化剂、有机物、有机物等中膜的降解和污染。必须通过预处理来处理油类和其他污染物。这种方法的优点是操作成本低、纯度高、回收率高，并能有效地清除水中的病毒和细菌；缺点是作业压力大，水质高，如果浓缩水处理不当，可能造成二次污染。此外，电渗析法也适用于高矿化矿井的水处理，但它消耗大量能源，较低水净化纯度净，不能使用因此，这种方法逐渐被反渗透所取代。

4.含有有毒和有害成分的矿井水。含有有毒和有害成分的矿井水是含有氟、铁、锰、铜、锌、铅、铀、镭等元素的水。含氟矿井的水主要来自含氟量高的地下水。长期使用高氟水可能导致氟中毒、氟化物中毒等。铁锰矿井水多为Fe2+、Mn2+、这意味着水柱处于还原性环境，溶解氧含量低。铜、锌、钯等重金属以及铀和镭等放射性元素主要来自煤和岩石。

为应对矿山水质日益复杂和需求不断增加的问题，技术储备需要加强。加强对矿山水物理化学性质的基础研究，作为改进处理矿山水技术的基础和出发点。应加强水技术的利用研究，重点是自主创新和知识产权关键技术研究，如研究处理矿井水最佳工艺的新技术。