煤礦礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)

郭旭 陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司

一、礦井水的化學(xué)特性

礦井水主要是通過(guò)煤層和巷道附近的地下水產(chǎn)生的，有時(shí)可能會(huì)通過(guò)地面裂縫滲入。水文地質(zhì)可以決定礦井水的水質(zhì)、水文動(dòng)態(tài)、地質(zhì)化學(xué)、采礦條件。在開(kāi)采過(guò)程中，地下水接觸煤和巖石礦床以及人類生產(chǎn)的影響有一系列物理、化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)。地下水的質(zhì)量與普通地表水大不相同，具有煤炭工業(yè)的特點(diǎn)。根據(jù)污染物的特點(diǎn)，礦井水可以分為四類：含有懸浮物質(zhì)、高礦質(zhì)礦井水、含有特殊污染物的酸和礦井水。

二、煤礦礦井水處理技術(shù)

1.礦井水酸性。礦井水小于5.5的pH礦井水是酸性。各區(qū)域酸性礦山水的物理化學(xué)性質(zhì)差別很大，但ph值通常介于3.0至5.5之間。礦井水酸性的出現(xiàn)是二氧化硫的氧化，主要是黃鐵礦。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e2+和SO2-4的濃度較高，明顯呈黃色。酸性礦井水對(duì)環(huán)境非常危險(xiǎn)在演化過(guò)程中，不僅周圍巖石具有腐蝕性，而且二氧化碳2+、Mg2+，而且重金屬，如As、Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、co、CD，在水體沉積巖重金屬中富集，對(duì)環(huán)境構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。目前，最廣泛使用的酸性礦山水處理方法是中值法和法國(guó)法，在這兩個(gè)國(guó)家，酸性礦山用水中添加堿性試劑，產(chǎn)生中性反應(yīng)是氫氧化物或碳酸鹽礦床可以降低pH成本平衡值，屬離子濃度降低。中和方法可分為石灰乳、滾筒式、曝氣流化床、升流膨脹過(guò)濾、硫化—石灰中和法等、法國(guó)產(chǎn)中、硫化熱中和中、熱、鈣、渣中石灰或石灰石通常使用。此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且易于管理的設(shè)備。缺點(diǎn)是很大噪音，產(chǎn)生了很多中性污泥，存在二次處理問(wèn)題此外，酸性礦山的水由硫酸鹽還原菌和人工濕地處理。SRB法利用硫酸還原細(xì)菌降低硫化氫，更好地對(duì)重金屬作出反應(yīng)，導(dǎo)致金屬硫化物低溶解度，從而提高pH值，消除重金屬離子。這種方法成本低，適宜，但有H2S擴(kuò)散的危險(xiǎn)。人工濕地的方法是利用土壤、植物和微生物的生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)，通過(guò)過(guò)濾、吸收、沉積、交換離子、植物吸收和天然微生物分解來(lái)凈化水。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于低投資，低成本運(yùn)營(yíng)、方便管理，但速度慢，停留時(shí)間通常為5至10天，需要土地占用量大。

2.含有懸浮的礦井水。采煤過(guò)程中，煤粉和石粉引入地下水（主要是煤粉），礦井水中懸浮含量增加，感官質(zhì)量下降，懸浮顆粒尺寸小，自然沉積緩慢。含有懸浮物質(zhì)的礦井水每升含有幾十至幾百毫克，有些大約超過(guò)1000毫克/升，但其他物理化指標(biāo)一般飲用水符合標(biāo)準(zhǔn)。含有懸浮物質(zhì)的礦井中的水通常采用預(yù)加熱-調(diào)整-冷凝-沉淀-過(guò)濾-消毒的組合工藝處理。其中水處理混凝過(guò)程的部分最重要。不同礦井水的懸浮物質(zhì)濃度不同，使用的混凝劑也不同。過(guò)多或過(guò)低的濃度會(huì)影響礦井水處理效率。根據(jù)礦井水的使用情況，有時(shí)可以簡(jiǎn)化含有懸浮物質(zhì)的礦井水的處理。當(dāng)含有懸浮物質(zhì)的礦井的水用于景觀環(huán)境時(shí)，懸浮物質(zhì)的濃度要求并不十分嚴(yán)格。它們可用于經(jīng)冷凝和沉淀處理或明確過(guò)濾后的景觀灌溉。此外，磁絮凝技術(shù)是一種去除水中懸浮的新技術(shù)。通過(guò)手動(dòng)將磁性物種添加到水中，懸浮在水中的物質(zhì)可以在混合劑和絮凝劑的同時(shí)作用下凝結(jié)到磁性物種表面，形成高密度、高速的磁性體，從而去除懸浮在水中的物。

3.高礦化礦井水。高礦化礦井水是指含有1000mg/L以上無(wú)機(jī)鹽的礦井水，其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4、HCO3含量較高，水硬度較高，苦澀水質(zhì)，含水中性或堿性較強(qiáng)，酸度較低。礦井水的高礦化度是若干因素造成的，例如大量碳酸鹽和硫酸鹽溶解于水和干旱地區(qū)蒸發(fā)導(dǎo)致礦井鹽濃度增加，地下水侵入沿海地區(qū)。高礦化礦井水可能導(dǎo)致土壤鹽堿化，不能用于農(nóng)田灌溉。當(dāng)混凝土用作施工用水時(shí)，其質(zhì)量也會(huì)受到影響。高礦化礦井的主要水處理技術(shù)是海水淡化。目前最常見(jiàn)的處理方法是反滲透方法是通過(guò)壓力差的驅(qū)動(dòng)力將溶劑從溶液中分離出來(lái)。其滲透方向與自然滲透方向相反，因此稱為反滲透。具體處理方法：調(diào)節(jié)（預(yù)沉）-冷凝-過(guò)濾-吸附或超濾活性碳-反滲透脫鹽-消毒。為了防止膜處理單元、懸浮物、尖銳顆粒、微溶性鹽、微生物、氧化劑、有機(jī)物、有機(jī)物等中膜的降解和污染。必須通過(guò)預(yù)處理來(lái)處理油類和其他污染物。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作成本低、純度高、回收率高，并能有效地清除水中的病毒和細(xì)菌；缺點(diǎn)是作業(yè)壓力大，水質(zhì)高，如果濃縮水處理不當(dāng)，可能造成二次污染。此外，電滲析法也適用于高礦化礦井的水處理，但它消耗大量能源，較低水凈化純度凈，不能使用因此，這種方法逐漸被反滲透所取代。

4.含有有毒和有害成分的礦井水。含有有毒和有害成分的礦井水是含有氟、鐵、錳、銅、鋅、鉛、鈾、鐳等元素的水。含氟礦井的水主要來(lái)自含氟量高的地下水。長(zhǎng)期使用高氟水可能導(dǎo)致氟中毒、氟化物中毒等。鐵錳礦井水多為Fe2+、Mn2+、這意味著水柱處于還原性環(huán)境，溶解氧含量低。銅、鋅、鈀等重金屬以及鈾和鐳等放射性元素主要來(lái)自煤和巖石。

為應(yīng)對(duì)礦山水質(zhì)日益復(fù)雜和需求不斷增加的問(wèn)題，技術(shù)儲(chǔ)備需要加強(qiáng)。加強(qiáng)對(duì)礦山水物理化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)研究，作為改進(jìn)處理礦山水技術(shù)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。應(yīng)加強(qiáng)水技術(shù)的利用研究，重點(diǎn)是自主創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)關(guān)鍵技術(shù)研究，如研究處理礦井水最佳工藝的新技術(shù)。