煤礦礦井水深度處理工藝設計要點

劉丹

摘 要：隨著我國煤礦開采規模的不斷擴張，煤礦開采深度也在不斷加大，在煤礦開采工作過程中對煤礦礦井水的處理工作非常關鍵。本文有效結合我國某地區一處煤礦開采工作案例展開分析和研究，對本次煤礦礦井水體深度處理工藝設計工作要點進行深入分析和研究，通過采取高效混凝沉淀、氯氧化、錳砂過濾超濾以及反滲透等水體處理工藝方法，對煤礦礦井水展開深度處理，水體處理工作完成之后滿足生活飲用水衛生控制工作標準，反滲透系統的產水率可以控制在65%左右，達到了預期的水體處理工作指標，為后續煤礦礦井水處理工作開展提供必要的參考和借鑒。

關鍵詞：煤礦開采礦井水深度處理工藝設計

Key Points for Design of Advanced Treatment Technology of Coal Mine Water

LIU Dan

（Tangshan Mining Branch of Kailuan Group （Co.， Ltd.，） Tangshan， Hebei Province，063000 China）

Abstract： With the continuous expansion of the scale of coal mining in my country， the depth of coal mining is also increasing. The treatment of coal mine water is very important in the process of coal mining. This article effectively combines the analysis and research of a coal mining work case in a certain area of ??my country， and conducts in-depth analysis and research on the key points of the design of the coal mine water advanced treatment process. By adopting high-efficiency coagulation sedimentation， chlorine oxidation， manganese sand filtration and ultrafiltration As well as reverse osmosis and other water treatment techniques， advanced treatment of coal mine water is carried out. After the water treatment is completed， it meets the sanitary control standards for drinking water. The water production rate of the reverse osmosis system can be controlled at about 65%， reaching the expected water body. The treatment work index provides necessary reference and reference for the subsequent development of coal mine water treatment work.

Key Words： Coal mining; Mine water; Advanced treatment; Technology; Design

在煤礦開采工作過程中需要排放出大量的礦井水，大量的礦井水如果沒有進行處理直接排放，不但會造成大量的水資源浪費，同時也會對周圍的環境形成不同程度的污染問題。對此，在煤礦開采工作過程中，必須要對礦井水進行綜合處理同時進行循環使用，有效降低水體資源的消耗量，同時避免礦井水對周圍的生態環境造成嚴重的污染和影響，有效解決礦區內部供水不足問題，進一步改善煤礦開采區域的生態環境條件，最大限度上滿足礦井生產工作要求，實現煤礦開采工作單位更高的經濟效益以及環境保護效益。

1項目概況

結合我國某礦業開采工作案例進行分析和研究，本次煤礦井下用水量大約為4000t/d，現階段在經過簡單的沉淀處理工作之后，水體少量回收和使用，大部分直接進行排放。該礦井現階段的日供水量為冬季5000t，夏季4000t，在煤礦開采工作過程中，由于受到外部水體資源供應條件問題的影響和限制，礦井自身在開采過程中，所產生的礦井水體資源并沒有得到有效循環和使用，進而造成礦井現階段生活用水供應有所缺乏，并且隨著一些高標準綜采機械設備的大量投入使用，井下生產設備在經過簡單處理之后，礦井水很容易出現結垢情況，進而對設備的正常工作和運行造成了不同程度的影響。

2煤礦礦井水深度處理工藝選擇分析

2.1總體設計工作方案

根據水體質量控制工作指標要求，其中SS主要是基于物理方法來進行處理，鐵和錳主要是通過氧化和過濾的方法來進行處理，而COD、硫酸根、硝酸根、總硬度以及氯化物和細菌等物質，可以通過深度處理工作方法來進行去除。在本次礦井水深度工作方案設計工作當中，使用的是混凝沉淀加過濾加深度處理工藝方法^[1]。

2.2混凝沉淀工藝設計要點分析

礦井水體當中的SS主要是基于常規的混凝、沉淀工藝方法來進行去除，當前比較常用的混凝沉淀設備，主要包含煤泥水凈化器設備、高效混凝反應沉淀池以及水力循環澄清池等幾種常用的處理設施。本次煤礦開采工作項目，位于北方一處比較寒冷的地區，為了有效保證水體處理工作效果，在礦井水處理工作過程中需要將水處理構筑物設置在室內，或者是直接在地下環境當中來進行搭設，高效混凝反應沉淀池在使用過程中具有體積更小、占地面積更少、對水體的凈化處理工作效率更高，出水之后的水體質量更高、操作流程比較簡單等多方面優勢，更加適于在室內環境下來進行設置和使用。因此，在本次礦井水處理工作當中使用混凝沉淀工藝，使用高效混凝反應沉淀池技術來進行處理^[2]。

2.3過濾工藝技術

天然錳砂屬于一種相對較強的氧化劑材料，可以對水體當中的鐵離子起到強烈的氧化作用，通過使用天然二氧化錳砂，有效去除水體當中的鐵，錳砂材料表面具有一層相對較強的氧化作用材料，錳砂自身具有反鐵催化的作用和效果，可以將礦井水當中的二價鐵，直接催化氧化生成三價鐵，然后再將三價鐵直接附著在錳砂材料的表面，以此可以起到良好的鐵離子去除工作效果。天然的二氧化硅將其氧化成三價鐵之后，通過沉淀的方式進行過濾處理，保證水體過濾之后更加潔凈，二氧化錳在水體當中溶解，可以氧化成7價錳的氧化物，7價錳再加上水體當中的二價鐵直接氧化成三價鐵，因此可以達到除鐵除錳的作用和效果，同時錳砂還具有強烈的過濾和滲透功能效果，可以有效去除水體當中大量的懸浮物以及膠體顆粒物質。在本次項目工程設計工作當中，通過使用錳砂過濾器設備，在去除鐵錳的過程中可以進一步去除水體當中的懸浮顆粒物質^[3]。

3礦井水深度處理工藝技術

在本次項工程前段使用的施混凝沉淀處理和錳砂過濾處理工作方法，在出水的混濁度小于1，錳含量小于0.1mg/L，但是水體當中的硫酸根、硝酸根、總硬度以及氯化物等各項水體控制指標仍然沒有達到標準的生活飲用水衛生標準。硫酸根、硝酸根、氯化物等屬于金屬鹽類物質硬度，主要指的是水體當中的鈣離子、鎂離子、硫酸根以及碳酸根等所形成的沉淀物質。通過使用混凝沉淀和過濾的常規處理工作方法，無法對其進行凈化處理，因此必須要對其進行深度處理，有效去除這些鹽類物質，主要包含藥劑軟化處理法、離子交換處理法以及膜處理法3種不同的方式。

3.1藥劑軟化處理法

第一，可以通過使用加石灰和純堿的處理工的方式，保證水體當中的鈣離子鎂離子形成沉淀，進而可以達到去除水體硬度的工作效果和目標。在本次礦井水處理工作過程中，除了需要去除水體的總硬度還需要去除其中的硫酸根、硝酸根以及氯化物等，如果所使用的藥劑軟化法，只能作為深度處理的一種技術組成部分，還必須要結合使用離子交換法，或者是膜深度處理工的方法來繼續使用，有效提高水體的處理工作效果。

第二，離子交換法。離子交換法在使用工作中，主要是使用離子交換機設備，對礦井水進行處理，通過使用交換機與水溶液當中可交換的離子之間形成可逆性交換，會出現水質改善的二離子，交換機結構性質方面沒有出現變化，同時對水體的處理效果也比較明顯。離子交換法在實際使用過程中，存在的主要問題是對離子交換劑進行再生處理，整個再生功能流程相對比較復雜，因此會消耗一定量的時間和精力^[4]。

3.2膜分離處理工作

膜分離處理工的技術在使用工作過程中，主要包含電滲析法、超濾法、鈉濾法以及反滲透過濾法等。

3.2.1電滲析法處理工作方法

主要指的是在外部施加直流電場的作用環境條件下，通過使用陰離子交換膜與陽離子交換膜的選擇透過性，保證礦井水當中一部分的離子直接通過離子交換膜，轉移到另一部分的水體當中，以此來保證一部分的水體完全淡化，另一部分的水體進行濃縮。電滲析處理工作方法無法去除水體當中所含有的有機物以及細菌等，設備運行過程中的能耗量相對較高，因此在一些高礦化度的礦井水淡化處理工作中應用效果并不是非常普遍，會存在比較明顯的技術局限性。

3.2.2超濾法

超濾法主要是使用一種壓力活性膜，在外界推動力的作用條件下，對水體當中的膠體顆粒分子量相對較大的物質進行節流處理，而水和一些直徑相對較小的溶質顆粒，會直接透過膜的分離工作進行處理，超濾膜的孔徑范圍通常在5～100nm之間。當被處理的水體通過借助外界壓力作用條件下，以特定的流動速率經過膜表面時，水體當中的水分子以及分子量小于500的溶質透過膜，而超過過濾孔的微顆粒大分子等，由于篩分的作用直接被截留，使得水體可以得到充分的凈化和處理。

3.2.3納濾處理

納濾屬于一種介于反滲透與超濾之間的一種壓力驅動膜分離處理工作過程，納濾膜的孔徑范圍通的情況下在幾個納米左右，而對于2價或者是多價離子，以及分子量在200～500之間的有機物去除效率相對較高。

3.3.4反滲透處理反滲透處理技術

主要指的是在膜的原水一側，增加比溶液滲透壓力更大的外部壓力作用，原水可以直接透過半透膜，只允許水透過，而其他的雜質和大分子物質則不能直接通過，會被直接截留在膜體的外部，實現對水體的凈化處理。反滲透處理工作方法，屬于精密程度相對較高的液體分離處理技術方法，通過將溶劑和其他大分子溶質進行分開處理，可以有效過濾其中大部分的溶解性鹽類物質，只允許其中的水溶劑通過，可以有效去除水體當中大部分的懸浮物質，膠體材料以及有機物和鹽分等反滲透過濾膜，需要將其制定成特定形狀，然后直接用于水處理過程當中截斷。在膜的構造形式方面主要包含平板式膜、管式膜、卷式膜以及中空纖維式膜結構。整體而言，在反滲透納濾超濾水處理技術的工作原理相對比較類似，主要是所使用的膜不同，但是反滲透對于水體當中的鹽類物質去除效率相對較高，反滲透膜可以有效處理口徑超過0.1nm以上，可以從水體當中過濾去除90%以上的溶解性鹽類物質，以及去除身體當中99%以上的膠體微生物以及各種有機物等物質。根據上述分析之后，對礦井水深度處理工藝設計工作方案進行確認，現階段可以穩定可靠的水體除鹽工作方法，使用的是膜分離技術方法，有效結合本次煤礦開采工作，礦井水深度處理工作要求，通過使用反滲透工藝對礦井水進行深度處理^[5-6]。

4設計處理工藝

通過對各種不同水處理工藝的對比和分析，在本次礦井水處理工作當中，處理工藝設計選用的是高效混凝沉淀、氯氧化、錳砂過濾、超濾反滲透處理工藝方法，其中罐裝水工以增加臭氧消毒和灌裝系統。在工藝流程方面，在井下排水管的過程中需要先通過井下泵直接打入調節水池進行礦井水量調節，然后再使用泵提升到高效的混凝反應沉淀池當中，向其中加入PAC混凝劑材料 、PAM助凝劑材料，混凝反應沉淀池處理工作完成之后，水體經過中間水池直接傳輸到水泵，然后再提升到錳砂過濾器當中進行除錳工作，再經過后續的水體深度處理，對其中的鹽類物質以及水體硬度進行去除與控制。水體深度處理設備，主要是通過超濾設備和反滲透裝置所組成，在經過深度處理工作之后，水體一部分直接進入到罐裝線的生產裝置當中，主要用于生產桶裝水和瓶裝水，剩余部分則直接進入到清水池當中，經過消毒處理之后主要用于礦井生產和生活用水。由于選煤廠所使用的水體質量要求相對較低，濃水部分直接用于生產補充用水，高效混凝反應沉淀池在使用過程中，可以通過煤泥重力作用直接流入到選煤廠的污泥濃縮池當中，然后再通過選煤廠的煤泥壓濾系統對其進行統一處理。

5結語

綜上，本次礦井開采工作過程中擬建一處新的礦井水處理工作廠，設計礦井水處理工作能力達到4000m?/t，并且要求礦井水出工作完成之后，出水需要達到生活飲用水的衛生控制標準。煤礦井開采工作當中的生產和生活用水提供保障，同時其中存在10t/d達到桶裝飲用水的衛生標準，供井下工作人員日常飲用。

參考文獻

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