礦山廢水處理技術現狀

李建華 張 超 蔡貝珊

(1.中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司，陜西榆林 719315; 2.龍巖安居住宅建設有限公司，福建龍巖 364000)

煤炭在我國能源結構中占70%以上，支撐著國民經濟的發展［1］。煤礦開采是一個地面與地下的復雜過程，采礦過程無疑會對礦區水資源造成破壞，可能引發井泉干涸、地表巖溶塌陷等現象。同時由于礦井水排放過程經過一系列的物理、化學等反應，水質具有了以下部分特征:含懸浮物、高礦化度、含重金屬、含有機物、含酸性等。若礦井廢水未經處理直接排到江河湖泊，必將嚴重污染水資源，對飲水水源造成嚴重的威脅。據相關報道，煤炭采掘對水資源的破壞相當嚴重，產生的廢水量很大。每挖1 t煤，就會破壞2.48 m3的水資源［2］。全國煤礦每年排放礦井水約45 億 m3，利用率僅為43.8%［3，4］。因此，煤礦廢水的資源化研究，具有重大實際意義。

1 我國煤礦廢水現狀

煤礦廢水不同于城市工業廢水，煤礦廢水包括礦井涌水、煤場和矸石場淋溶廢水等，礦井廢水在外排過程中受到物理、化學等反應，水質往往達不到排放或利用標準，必須經過必要的工藝，處理和利用礦井水［5］。

1.1 水質特征

我國礦井廢水的特點是排放量大，但毒性一般較小或無毒性，多呈中性，污染物以懸浮物(巖粉和煤粉)為主［1］。礦井廢水由于與土壤、礦石有著直接接觸，地質環境對其有著巨大的影響。比如，北方煤礦多為單一高懸浮物水質，而與之相對西南地區煤礦廢水，不僅具有懸浮物含量高的特點，CODCr也相對較高［6］。從水處理的角度來看，可以將其分為酸性礦井廢水和非酸性礦井廢水。若按照對環境的影響程度以及作為生活飲用水水源的要求，又可將礦井水按水質特征分為含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水以及含有毒有害物質礦井水(如高氟礦井水、含重金屬礦井水、含放射性污染物礦井水、含有機污染物礦井水)等。此外，還有特殊資源價值的礦泉水和高溫礦井水。

具體來說，高懸浮物礦井水是指礦井的廢水在外排中對作業區物理沖刷，攜帶了大量的煤粉和巖粉等懸浮顆粒，造成了礦井廢水中含有大量的懸浮物(SS)，另外這類水體中細菌較多，CODCr也偏高;高礦化度礦井水是指礦井廢水在煤礦作業區流出過程中，土壤及巖石中可溶出易溶物質。因此，礦井廢水也具有高礦化度特性，而這些物質的種類和數量多為在飲水水質標準中嚴格控制的;酸性礦井水是指對于開采高硫煤的礦井，由于煤礦及其煤矸石中伴生有硫化礦物(如FeS2)，隨著硫化礦物的氧化分解，往往水質呈酸性或高鐵性［7］。由于巖石中含氟礦物，重金屬和放射性物質以及有機物，在地下水的浸溶作用下溶解出來，也由此產生了高氟礦井水、含重金屬礦井水和含放射性污染物礦井水等水體［3］。

1.2 礦井水處理及利用現狀

隨著環境問題越來越受重視，我們不難發現我國現行的飲用水國標GB 5749-2006對于以上幾類物質的要求控制的更加嚴格。針對我國煤礦廢水大多未經處理就直接排放以及低利用率的現狀，應著眼采取技術工藝的改進以及加強監督管理［8］。

礦井水的水量相對穩定，同時我國大部分礦井水主要問題是含高懸浮物，處理比較容易。同時產礦區的水資源不足也促使加快充分利用礦井水［9］。隨著社會效應、經濟效應、環境效應的影響，礦井水資源的資源化利用不僅能夠緩解產礦區水資源短缺和解決水污染問題，對提高飲水質量，實現水資源的可持續發展都有巨大的作用。減少直接排放，增加回收利用才是有效解決水資源短缺和污染問題的有效方法。相關研究已經開始探討這一利用模式的實際應用。岱莊煤礦通過對礦井水和生活污水的深度處理，使處理后水質達到礦區工業生產、生活用水或其他回用水的水質標準，實現礦井廢水綜合利用，為礦區礦井水的處理和可持續利用提供合理的模式［10］。

2 煤礦廢水處理工藝

針對目前各個地區煤礦廢水的水質特征，因地制宜，從經濟、適用等角度選擇處理工藝。筆者簡單介紹了目前煤礦廢水中常見的含高懸浮物、高礦化度、酸性廢水、重金屬、微有機物這五類煤礦廢水的處理工藝技術。

2.1 高懸浮物礦井水處理工藝

在我國煤礦，據相關報道含懸浮物礦井水約占礦井排水量的60%，其水質簡單，易于處理，其處理技術和處理效果在我國礦井水資源化方面具有十分重要的地位［3］。目前來說，對于這一類水質，早已經有了豐富的實際運行經驗，煤礦廢水通過混凝、沉淀、過濾以及消毒工序流程之后，即可達到生產使用和生活飲用水源的要求。目前，國內各個煤礦礦井廢水的處理，根據水質的具體參數，對不同方案組合進行優化，強化現有的常規工藝等手段出發，從而達到節約成本的目的［1，11，12］。

2.2 高礦化度礦井水處理工藝

高礦化度礦井水又稱為礦井苦咸水。因此，在常規的混凝、沉淀工藝之后還需經過更進一步的深度處理。目前，常用的技術工藝有:離子交換法、膜分離工藝等。所謂的離子交換法，是指通過離子交換固體吸附水中的離子，從而降低水中的含鹽量［3］。目前，膜分離法在礦井水處理應用較多的是反滲透(RO)和電滲析(ED)這兩個分離技術方法。RO通過壓力差，能夠有效去除溶解的鹽類物質，而ED則通過直流電的驅動下，去除礦物鹽類以及其他帶電物質。相關研究不僅研究了RO在實際運行中的可行性，并對其所涉及的問題提供了探討，提出運用RO裝置的關鍵在于預處理以及日常的維護［2，13］。

2.3 酸性礦井水處理工藝

煤礦酸性廢水由于其分布范圍廣，水質復雜，污染時間長，危害作用嚴重，處理比較困難。因此，這也成為了相關研究者研究的熱點［3，7，10］。目前，國內常見的處理工藝主要有:中和法、人工濕地法、吸附—中和法等。所謂的中和法，就是通過投加石灰、石灰石、白云石，堿性廢渣等堿性物質，對煤礦廢水進行中和。人工濕地法，則是通過人工修建人工塘，在塘內填充土壤或砂、卵石、礫石、煤渣等單介質和混合物，酸性廢水通過流過這些介質，發生一系列物理、化學、生化反應，從而達到凈化水質的作用［11］。相關研究表明，與傳統的石灰中和、硫化物沉淀等酸性礦山廢水處理方法相比較，人工濕地處理具有作用時間長、處理能力強、效率高、成本低等優點。

2.4 含重金屬礦井水處理工藝

重金屬隨著食物鏈遷移，可以在人體中積累，對人體具有嚴重的危害。由于重金屬無法分解破壞，通常采用轉移的方式，改變其形態，從而達到消除危害的目的。例如，通過混凝沉淀工序，溶解的離子態的重金屬變成化合態的難溶物質，從而達到收集處理的目的;或者通過離子交換法，可以將重金屬離子轉移等。就目前來說，常見處理含重金屬廢水的方法有中和法、硫化法、氧化法、離子交換法、活性炭吸附法、反滲透法等［3］。相關研究表明，人工濕地作為一種經濟、社會、環境效應相結合的方法，利用過濾、吸附、沉淀、離子交換，植物吸收和微生物分解多重過程，能夠有效地實現對礦井廢水的凈化［15-17］。

2.5 含有機物礦井水處理工藝

由于煤礦廢水受到人類活動的影響，難免含有微量的有機物。目前，礦井水處理中許多地方采用了膜分離技術，而膜材料對于處理水質的要求是十分嚴格的，必須對水中的有機物進行處理，從而解決污染膜材料，同時也是對飲水水質的保障。目前，針對此狀況采取的方法主要是:混凝沉淀法、生物預處理、吸附法、膜分離、生物氧化塘等［3］。由于煤礦廢水中有機物含量不高，并不是主要的去除對象。因此，多作為其他處理前的預處理工序，具體處理工藝可以參考工業廢水處理方法［18］。

3 結語

通過針對煤礦廢水處理的探討，得出如下結論:

1)隨著水資源的緊缺，廢水排放標準以及飲水回用標準等要求越來越嚴格，現階段煤礦廢水低處理效率側面反映出了煤礦廢水的再生利用具有極大的潛力，是解決礦產區用水緊缺的切實可行的方法。

2)煤礦廢水由于其排放過程的復雜性，地質條件等對其有巨大影響，因此不同地區的煤礦廢水的水質可能存在較大的差異，這就需要因地制宜采取合適的處理工藝處理廢水。并且，隨著技術的發展，除了追求高效的處理效果，同時人們也將目光關注在對環境的影響問題，如何將經濟、社會、環境三方效應相結合成為了眾多研究者關注的研究熱點。

3)應對的工藝技術日趨完善，對舊有處理工藝進行優化，增強某個處理工序的處理能力，諸如改善混凝劑、絮凝劑的優化，以及多功能處理工藝的相互組合成為實用性工藝處理技術的研究點。總之，煤礦廢水巨大的潛在威脅，伴隨著巨大的潛在價值，這都將促使更多的相關研究繼續投入。

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