煤礦礦井水的處理與綜合利用
摘 要： 文中闡述了礦井水的來源和水質特征，及不同類型礦井水的一般處理方法，分析 了礦井水綜合利用的意義，提出了綜合利用的多種途徑和應用實例。
關鍵詞：礦井水 ；處理方法 ；綜合利用
前言
煤炭在開采和利用過程中產生的環境問題是十分嚴重的，其中水污染是突出的環境問題之一。缺水問題，影響了礦區居民的生活及煤礦的正常生產，制約了煤炭工業持續穩定地發展。據調查，北方煤礦70％缺水，40％為嚴重缺水，入均生活用水量不足0．06 ／d。即只有正常用水指標的1／2。隨著我國煤礦產業的進一步發展，缺水間題將越來越突出。
在煤炭開采過程中，要排放大量的礦井水。在排放過程中，由于受到煤粉、巖粉、有害物質及其它雜物等的污染，而成為污水。如果直接排放，會污染礦區環境。在煤礦水資源極為匱乏的條件下，礦井水直接排放，也是水資源的極大浪費。為此，實現礦井水處理后綜合利用是解決煤礦缺水和礦井水污染環境的最佳選擇，達到社會、環境和經濟三個效益的統一。
1 礦井水的特征和類型
井下涌出的礦井水主要來源于地下水，包括地面滲透水和巖石裂隙水等。礦井水的特性取決于成煤的地質環境和煤系地層礦物化學成分，其中井田水文地質條件及充水因素對礦井水的水質、水量有決定性的影響。
礦井水可分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水等五種類型。它具有地下水的特征，但由于受到人為的污染，又具有地表水的一些特點。
礦井排水量受礦區水文地質條件的影響較大，各地相差懸殊。據統計，每生產一噸原煤，井下排水量約為0．5-10m3， 平均涌水量約3 m3。礦井廢水的污染程度較其他工業廢水輕，有機污染物很少，一般不含有毒物質，只是經常在酸度、懸浮物、濁度、硬度、礦化度、硫酸鹽、氟化物等方面超標。適于作回用水水源 。
2 礦井水的處理方法
2．1 潔凈礦井水
此類水是未受污染的地下水，可直接用于生活和生產。通過對煤礦各含水層進行多次細致的采樣分析，采取井下清污分流，使潔凈礦井水從專設管路排出，這是煤礦最簡便、最經濟的利用礦井水的供水方式。
2．2 含懸浮物礦井水
此類水分布較廣，全國大多數礦井排水均屬此類型。懸浮物含量高主要是地下水受開采影響而帶人的煤塵和巖粉，除懸浮物和細菌外，其余物理化學及毒理指標都符合生活飲用水的標準。此類礦井水經井下水倉初沉后排至地面，采用常規水處理工藝，即可得到合乎標準的生活和生產用水。
2．3 商礦化度礦井水
高礦化度礦井水也稱含鹽礦井水，主要含有s -、Cl-、Ca2+、M 、K 、Na+、HCO3-； 等離子可溶性固體總含量大于1 000 mg／L，水質多數呈中性和偏堿性，且帶苦澀味，因此也稱苦咸水。此類水主要因含鹽量高而不宜飲用。處理高礦化度礦井水時，除了要進行混凝、沉淀等預處理外，其關鍵步驟是脫鹽。脫鹽的方法有很多，如離子交換法、蒸餾法、電滲析法和反滲透法等。其中電滲析法是目前處理礦井水較為成熟也較為經濟的一種方法，是我國目前處理高礦化度礦井水的主要方法。
2．4 酸性礦井水
礦山廢水中，酸性水的危害程度最大。目前，國內煤礦酸性水的處理方法主要是中和法。此外還有近年來新興的生物化學處理方法和人工濕地法。
2．4．1 石灰石中和法
(1)基本原理
采用石灰石作中和劑與酸性礦井水進行中和反應，產生微溶的鈣鹽和易分解的碳酸，其反應式為：
CaCO3+H2S04=CaS04 +H2CO3--H2O+CO2
由于濾料處于不斷滾動和摩擦狀態，不斷產生新的反應表面使反應能夠連續進行。
(2)工藝流程
目前，國內以石灰石作為中和劑的主要有2種工藝流程：
①石灰石中和滾筒法。石灰石置于滾筒內，由滾筒的旋轉擴大酸性水石的接觸面，使中和反應繼續下去；
②升流膨脹中和法。將細顆粒石灰石(d≤3．0 mm)裝塔，水流自上而下通過濾料，發生中和反應。
2．4．2 石灰中和法
(1)基本原理
利用石灰中的fiaO與酸性水中的硫酸產生反應：
Ca0+H2SO4=CaSO4+H2O
(2)工藝流程
目前，煤礦酸性水主要采用石灰中和劑進行處理，某煤礦采用石灰中和法處理酸性水的工藝流程如圖1所示。
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中和法是一種比較成熟的方法，可處理任何濃度、任何性質的酸性廢水，中和劑一般多采用石灰石或石灰，由于來源廣、價格低，再加上中和法操作簡單，管理方便，工作環境好和處理費用低等優點，已成為處理酸性礦山廢水中最為普遍的方法。但是，處理后生成的硫酸鈣渣較多，且脫水難，堆存處理易造成水系統流域的二次污染。
2．4．3 生物化學處理法
該方法是目前國內外研究比較多的處理方法在美國、日本等國家已進行了實際應用。其原理是利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將水中的 Fe2+氧化成Fe3+，以實現酸性礦井水的除鐵。氧化亞鐵硫桿菌能從Fe2+ 的氧化反應中獲取自身生存和繁殖所需的能量，無須加任何營養液。
2．4．4 濕地處理酸性礦井水
目前處理酸性礦井水所需費用較高，也存在石灰渣的二次污染間題。因此在煤礦塌陷區的沼澤地帶應盡量推行濕地處理技術，其原理是通過濕地植物、泥炭基質以及細菌對酸性水中的金屬離子(Fe2+、Mn2+等)進行吸附、交換、絡合和氧化還原作用，在酸性水中和的同時除去金屬離子。該方法操作管理簡便、處理費用低，效果良好。
2．5 特殊礦井水
特殊礦井水是指含有特殊污染物的一類礦井水，如含氟礦井水、含鐵及重金屬離子的礦井水、含油礦井水及含放射性物質的礦井水。目前這類礦井水發現量還不多。此類礦井水根據所含污染物的不同，分別有與其相對應的處理方法。如含氟礦井水可采用離子交換法、吸附、膜處理、電滲析、反滲透等方法處理；含油礦井水可采用氣浮法處理。這類礦井水在作為飲用水水源來考慮時，目前的處理技術能否適用還需要深入研究。
3 礦井水綜合利用
目前礦井水綜合利用方向主要有兩個，即生產用水和生活用水。其中生產用水又分為工業用水和農業用水。生產用水對水質要求不高，一般礦井水經簡單凈化處理即可滿足要求。礦井水利用時，主要考慮以下幾方面用水：
3．1 礦區井下用水
煤礦井下用水一般不需要作凈化處理，只需經簡單的混凝、沉淀、過濾、消毒等即可直接供井下使用，滿足生產需要。防火灌漿是煤礦主要的防火方法之一，此法經濟實用，操作簡單，使用較普遍。防火灌漿對水質無特殊要求，只要PH值在6—8范圍即可。因此，煤礦防火灌漿應主要考慮利用井下廢水作為水源。只在水量不足時，用很少一部分生活水作為補充用水。此外，把多余的礦井水回灌到地下，補充了地下水資源，降低了采煤引起的地表沉陷。
3．2 礦井水用于選煤廠補充水
井下水在井底儲水倉中停留時間一般不小于8 h，在井底水倉中投加絮凝劑可使其充分沉淀，沉淀后井下水懸浮物濃度一般小于400 mg／L(選煤補充水的懸浮物濃度要求小于400 mg／L)，在PH=6～8的范圍內，完全可滿足選煤補充水的要求。沉淀煤泥可用礦車運至地面與選煤廠煤泥進行統一處理，作為低發熱量煤供鍋爐房或電廠用。處理后井下廢水作為選煤廠補充水，多余部分可直接排放或做為農業灌溉用水。窯街礦務局海石灣礦井選煤廠及華亭硯北煤礦選煤廠等均考慮用井下廢水經簡單處理后作為選煤補充水。
3．3 利用水質較好的水作為生活用水
礦井在掘進過程中，往往會碰到斷層，在斷層處一般有裂隙承壓水涌出。經過長期觀測后，確定其補給來源，再決定是否有利用價值。如果裂隙承壓水未受污染，出水穩定，水質理化指標能夠滿足飲用水標準，只需進行簡單的消毒處理，達到國家標準后，就可作為生活水源，從而解決礦井缺水的問題。在井下裂隙水涌出地，就近建井下水倉及水泵硐室，將井下水提升后送人地面儲水池，在水池人口處投加消毒劑，經消毒處理后作為礦井的生活用水。
3．4 礦井水經常規處理后作為礦井非飲用水源
在一些礦井附近，礦井浴室、井下灑水、礦區綠化及鍋爐房等生產、生活用水如果依靠井下廢水來解決，將會大大減少飲用水的用量。
總的來說，井下水的處理和利用還未形成一個較系統的處理流程和方法。由于井下水量變化大，水質不穩定，因此可根據井下水不同的水質、水量，因地制宜加以處理和充分利用。礦井水的處理及利用，隨著我國煤炭工業的發展，有著十分廣闊的前景，其處理方法及流程也將不斷發展完善。
3．5 礦井水綜合利用實例
大屯礦區下屬4個礦井根據循環經濟理念，運用新技術、新工藝和新裝備大力發展礦井水資源化利用工程，并做出了具體規劃，先后在姚橋煤礦、孔莊煤礦、徐莊煤礦和龍東煤礦建成了現代化礦井水處理廠，其中姚橋煤礦礦井水處理工程已列為全國礦井水資源化利用的樣板工程。礦區每年可利用凈化礦井水800萬rn，，回收大量煤泥，減少排污費，年獲經濟效益390萬元。不僅使大屯礦區礦井水資源得到充分、合理利用，而且可大幅度降低現有供水成本，獲得了豐厚的經濟回報。
4 結束語
煤礦礦井水既是一種具有行業特點的污染源，又是一種寶貴的水資源。因此，將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業用水、生活用水及其它用水，不僅解決了礦區缺水問題，而且充分利用了礦井水水資源，節省了地下水資源，具有明顯經濟、環境和社會效益，有利于煤炭產業和礦區經濟的可持續發展。
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