浅谈矿井水现状及处理技术

目前，我国煤矿井下年排放矿井水达45亿立方米，利用率为43.8%，远低于发达国家80%左右的标准，大量排放的矿井水不仅造成环境污染，也造成了水资源的浪费。矿井水的主要来源是大气降水，还有一部分来源于地表水、断层水、含水层水、采空区水，那么如何让这些水资源变废为宝？本文就矿井水资源现状以及矿井水处理技术做一浅谈。

一、矿井水资源的种类

矿井水的基本水质与当地地下水水质相同，但由于流经采掘工作面，而使其发生变化，基本符合饮用水标准的，我们称之为洁净矿井水，除此之外我们习惯上将需要进行处理的矿井水分为4类：

（1） 含悬浮物矿井水。水中有较多的悬浮物，其主要成分为煤粉，但由于煤粉比重小所以导致此类矿井水多呈黑色，长期外排影响周边农作物及水生动植物的生长。（2） 高矿化度矿井水。水中含有 SO42- 、Cl―、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 等离子，水质多数呈中性和偏碱性，少数呈酸性。带苦涩味，俗称苦咸水。此类矿井水不利于作物生长。（3） 酸性矿井水。pH值小于5.5的矿井水。酸性矿井水的成因主要是由于当开采含硫煤层时，硫经过氧化与生化作用产生硫酸，硫酸溶于水呈酸性。（4） 含有害有毒元素矿井水。这类矿井水主要指含氟、铁、锰、铜、锌、铅及放射性元素铀、镭的矿井水。

二、矿井水的处理方式

（1）含悬浮物矿井水的处理方式。A混凝、沉淀。悬浮物的主要成分是粒径极为细小的煤粉和岩尘，自然沉淀法无法将其很好的除去，所以需要一定量的混凝剂，但煤粉颗粒相差悬殊，比重轻，与一般无机混凝剂亲和力较弱，不易形成密实矾花，因此混凝剂的选择及反应水力条件（GT值）影响着处理效果及运营成本。聚合氯化铝（PAC）是目前矿井水混凝处理中应用最多和效果较好的一种混凝剂，根据矿井水中悬浮物特性，其投加量一般在 20 ～ 60 mg/L。目前国内针对矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水多采用混凝、沉淀、过滤、消毒的工艺。处理完成后出水水质即可达到生产使用和生活饮用标准。B调节预沉池与相互冲洗滤池。由于井下排水中煤泥量很大悬浮物含量也较大，水质水量变化较大，所以应该在矿井谁处理工艺和设施中考虑耐符合冲击能力，在常规处理工艺前加设幅流式预沉池，沉淀效果良好。水处理常用的过滤池主要有无阀滤池和普通快滤池，但是出水水质差或不稳定。新型相互冲洗滤池利用传统虹吸滤池的相互冲洗方式，利用专门的反洗阀门，结合现代自控技术，实现了滤池之间的相互冲洗，不需要专门冲洗设施，达到了冲洗效果，保证了出水水质。

下图为多数煤矿矿井水处理工艺流程。

（2）高矿化度矿井水的处理方法。A蒸馏法脱盐。煤矿在开采过程中可以产出可利用的低热值燃料煤矸石，但目前每年的利用率较小，所以可以考虑煤矸石作为廉价燃料用蒸馏法淡化矿井苦咸水。蒸馏法主要有两种方式。一种是以煤矸石作为沸腾炉燃料生产蒸气来淡化苦咸水。另一种方式是将煤矿与热电厂联合起来，采用背压发电机组产生的余热作为热源加热淡化苦咸水。B电渗析（ED）法脱盐。ED法是在外加直流电场力的作用下利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。对钙、镁、氯化物等溶解性无机盐类的去除率达75%―93%，可以满足苦咸水淡化需求。但电渗析法对硅的去除基本无作用，对SO42- 去除率很难超过65%。C反渗透（RO）法脱盐。借助于半透膜，在压力作用下进行物质分离的方法。它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌。目前反渗透膜与组件的生产已相当成熟，膜的脱盐率高于99.3%，透水通量增加，抗污染和抗氧化能力不断提高。

（3）酸性矿井水的处理。A 中和法。近些年，用轻烧镁粉处理酸性矿井水表现出色，轻烧镁粉的主要成分是活性氧化镁，即使用量过多，溶液的pH值也不会超过9。用轻烧镁粉中和硫酸，通常无沉淀物生成，也不会发生结垢问题，中和产物是硫酸镁，可以作为一种含硫酸镁的肥料加以利用。B生物化学法。利用氧化亚铁硫杆菌，在酸性条件下将水中Fe2+氧化成Fe3+，然后再用石灰石进行中和处理，以实现酸性矿井水的中和及除铁。C湿地生态工程法。使矿井水流入人工湿地后pH值可上升，并且除去其中50%以上的污染物，但此法处理速度慢，占地面积大，处理效果并非很理想，所以有待进一步研究。

（4）含特殊有害元素矿井水的处理。这类矿井水主要指含氟、铁、锰、铜、锌、铅及放射性元素铀、镭的矿井水。含重金属矿井水主要指含有Cu，Zn，Pd等元素的矿井水，这些元素的浓度符合排放标准，但超过生活饮用水标准，所以不宜直接饮用，这类矿井水首先应进行悬浮物去除，然后对其中的污染物进行有针对性的处理。

我国人口众多，淡水资源贫乏且水污染日趋严重，根据国家发改委、能源局规划， 2015年，我国矿井水排放量将达7l 亿m3，计划利用率为75%、利用量54亿m3，因此，研发矿井水处理新工艺就迫在眉睫，如何让矿井水处理工艺简单可靠、污染小、成本低、管理方便，就成为矿井水处理和利用的重要课题。