矿区井水资源运用研究

本文作者：李敏 李国兴 银爱君 单位：鄂尔多斯市环境监测站 鄂尔多斯市第二中学

引言

晋陕蒙能源基地位于黄河中游的陕北、内蒙古南部和山西西北部接壤地带，基地煤炭储量占全国的三分之一，是全国重要的能源重化工基地，神府东胜矿区位于该能源基地核心区，地处黄土高原北部和毛乌素沙漠东南缘，地理位置为北纬37°20′-40°16′，东经108°36′-110°36′，探明储量2236亿t，含煤面积31172km2，是世界七大煤田之一[1,2]。这一地区属干旱、半干旱大陆性季风气候区，年降水量平均不足357mm，水资源相对贫乏，生态环境脆弱，水资源和煤炭资源极不平衡。第四系萨拉乌苏组地下水含水层水量相对丰富，是当地主要供水水源。由于该水层直接覆盖于含煤地层上部，煤炭开采将使其大量地下水渗漏到矿井中。一方面，随着煤炭资源的大量开采，缺水现象日趋严重，导致矿区工农业生产和生活用水紧张；另一方面，矿井水如果得不到很好利用，大量的矿井水被白白的排放掉，这样既浪费宝贵水资源，又可能污染环境，甚至破坏生态平衡。因此，对矿井水进行处理并加以综合利用，既防止水资源流失，避免对水环境造成污染，又可缓解矿区供水不足的局面，达到社会效益、环境效益和经济效益的统一。

1矿区可利用的水资源及矿井水开发利用中存在的问题

经过大量的水文地质及矿井水开采资料的分析，神府东胜地区煤矿矿井水是十分可观的水资源，一般大型煤矿的日排水量达到1500~13000m3，有的甚至更大。中型煤矿也有500m3，小型煤矿一般是30~100m3。这些矿井水除悬浮物超标外，其它各项指标基本符合工业用水要求，通过简单的渗滤就可以作为电厂冷却水或生态环境用水，甚至可作为生活饮用水。近年来，随着神府东胜矿区煤炭工业的快速发展，对水资源的需求越来越高，矿井水利用量在逐渐扩大，利用技术水平也有了较大提高。但从总体上来说，神府东胜矿区矿井水综合利用仍没有形成一定规模和达到先进水平，目前矿井水开发利用中仍面临诸多问题[3,4]。（1）矿井水资源利用不充分，处理水平不高。有些矿的矿井水只采取简单沉淀处理后直排地面河流（尤其是中小型煤矿），造成环境污染；（2）矿井水深加工处理能力差，重复利用和循环利用率不高；（3）部分具备了矿井水处理系统的企业，为减少运行费用和排污费用，不运行污水处理设施，或者由于管理和技术因素不能正常运行，矿井水偷排或不达标排放；（4）目前此矿区污水处理系统总体自动化监测和控制水平低。污水处理工作人员知识水平普遍低，只能进行正常操作，非正常情况应变能力及继续学习提高能力有限。不能保证污水处理系统长期稳定运行。目前，神府东胜矿区对于矿井水的深度处理以便生活回用技术有待进一步发展。

2矿井水资源化的处理技术

2.1矿井水水质特征煤矿矿井水中含有各种各样的污染物：当矿井水流经采煤工作面时，将带入大量的煤粉、岩粒等悬浮物；同时由于受到井下矿工的生产和生活活动的影响，矿井水往往含有较多的细菌；对于开采高硫煤层的矿井，由于煤层及其围岩中硫铁矿的氧化作用，使矿井水呈现酸性和高铁性等。通过对神府东胜矿区大柳塔、上湾、补连塔、石圪台、寸草塔、布尔台、纳林庙、弓家塔等煤矿水质资料的收集分析[5,6]，根据矿井水水质情况，从矿井水资源化的角度出发，矿井水可以分为两种类型：（1）洁净矿井水，即没有被污染的地下水，水质基本符合生活饮用水标准，经过澄清、过滤、消毒处理即可饮用；（2）受污染的矿井水，矿井水的主要超标项是色度、浊度、悬浮物、油类、BOD、CODcr和硫化物等，高矿化度矿井水和酸、碱性严重及含氟、铁锰等重金属离子的矿井水、放射性矿井水只分布在一定区域。

2.2矿井水资源化处理技术国外矿井水处理与利用技术的研究与应用起步较早，并已取得许多可喜成果，俄罗斯主要采用中和法、絮凝沉淀法、气浮法净化矿井水，美国处理矿井水方法是中和法与预曝气法相结合，并且研制了抑制铁氧化细菌的生长，美国和欧洲国家先后开展了采用人工湿地处理矿井水，目前逐步应用于生产。英国常采用化学试剂中和处理以及反渗透、冻结法进行脱盐处理。目前，国内矿井水处理主要采用以下工艺：一、混凝（絮凝）、沉淀（澄清）工艺，实现矿井水无害化处理后，达标排放；二、混凝（絮凝）、沉淀（澄清）过滤、杀菌处理工艺将矿井水净化处理后作为工业和生活用水；三、净化处理后的高矿化度矿井水，采用反渗透等膜技术处理进行脱盐淡化，使其达到工业和生活用水标准后回用。通过对神府东胜煤矿区矿井水处理工艺收集的资料进行分析[7]，根据上述矿井水水质特点，神府东胜煤矿区矿井水处理一般采用如下技术：（1）清污分流技术。有些矿区井下未被污染的洁净矿井水与其他受污染的含悬浮物较多的矿井水分开，单独排至地面，直接用于生产和生活饮用水。如神东矿区乌兰木伦矿地面强排孔工程：井下（清）水由地面强排孔排入地面净水厂的供水管道，经净水厂净化处理后进入供水管网，供水能力达到4000m3/d；再如大柳塔井下净水工程：它充分利用井下采空区的蓄水能力，将所蓄清水在井下经过澄清、过滤、消毒处理后，供入矿区自来水管网，设计处理能力达10000m3/d，大大缓解了矿区用水紧张局面。（2）地面净化处理技术。神府东胜矿区多数中型煤矿在地面都有矿井污水处理厂，将受到污染的含悬浮物较多的矿井水在井下水仓汇集后排至地面进行净化处理，根据受污染的矿井水水质特点，主要去除色度、浊度、悬浮物、BOD、COD和硫化物等污染物，有些净化处理后回用工业和生活。根据大柳塔矿、活鸡兔矿等井下水处理厂处理工艺综合分析，神府东胜煤矿区矿井水一般工艺流程如图1。（3）高矿化度水。煤炭行业所指的高矿化度水，一般指微咸水（矿化度1g/L~3g/L）和咸水（矿化度3g/L~10g/L），甚至盐水（矿化度10g/L~30g/L），SO42-在400mg/L~1300mg/L。我国煤炭行业曾经以电渗析除盐应用较多，近几年，随着反渗透（RO）膜技术成熟和价格下降，应用RO除盐成为主要的发展趋势。反渗透几乎能除去水中所有杂质，其中复合膜的脱盐率达到99%以上，系统脱盐率达到97%以上。高矿化度矿井水经混凝沉淀过滤等预处理，再经RO除盐，出水完全能满足回用水各项水质指标。高铁高锰矿井水处理采用混凝沉淀KMnO4浸泡锰砂过滤反渗透除盐工艺，具有启动快，出水水质好的特点。（4）新处理技术的研究。由于神府东胜煤矿区地表广泛覆盖中、细风积砂层及萨拉乌苏组细砂层，考虑到风积砂具有很强的吸附和过滤功能，同时从因地制宜、就地取材和降低成本的角度考虑，有的学者[8]通过实验研究，提出利用自然净化方式处理部分地区矿井水。利用风积砂吸附过滤悬浮物或有机质强的特点，使矿井水自然净化后达到排放或利用标准，这即能减少矿井水资源化的投资，又可避免浪费宝贵的水资源。

3矿井水资源综合利用

3.1矿井水资源综合利用的方向神府东胜矿区矿井水净化处理后一般主要回用于矿区本身，综合利用方面主要有四方面：煤炭生产过程用水、矿区生活用水、生态环境用水和农业等其它用途用水，具体利用途径见图2，矿井水的利用应坚持先井下后井上，先工业后生态、生活，最后为农业的原则。另外，具体矿区矿井水综合利用应视具体情况区别。（1）工业用水。矿区工业用水一般对水质要求较低，矿井水经过简单净化处理后即可满足要求。工业用水主要可以用于以下几个方面：井下灌浆、灭火、除尘和防爆，锅炉用水（需要做专门处理），洗煤厂、电厂及其它附属企业生产用水（需要深度处理）。（2）生态环境用水。矿井水经过简单净化处理后即可满足生态环境用水要求，生态环境用水主要可以用于以下几个方面：园林绿化（需要深度处理）、道路洒水、景观（喷泉等）用水。（3）生活用水。经过矿井水深度净化处理后，如果达到国家饮用水水质标准，可以作为饮用水直接供应矿区用户，弥补自来水供应的不足，如食堂、洗浴。洗衣房等。（4）农业用水。经过对矿井水深度处理后，用于农业灌溉。

3.2提高矿井水资源综合利用的措施神府东胜矿区矿井水综合利用水平随已达到一定程度，但是要建设环境友好型、资源节约型矿区，就需要采取进一步措施：（1）高度重视矿井水资源化利用工作，根据矿井水排水量和水质特点，对现有矿井水处理设施工艺进行改造，提高处理能力和处理效果；（2）根据井下生产变化规律，强化清污分流，提高洁净矿井水的分流量，减轻矿井水处理设施的压力；（3）根据各用水环节的水质和水量要求，采取分质供水，选择不同的处理深度，降低运行费用，全局考虑整个矿区各种水源的用水情况，做到相互补给，物尽其用；（4）实行有偿供水机制，提高矿井水处理的经济效益。

3.3矿井水综合利用的意义神府东胜煤矿区矿井水综合利用，在水资源日益缺乏的今天，是矿区循环经济战略思想的重要体现。矿区水资源化，不但减少废水排放量，免交排污费而且节约水资源费，开辟了新水源，解决矿区缺水状况，解决职工吃水难、用水难的问题，缓解城市供水压力，使水资源得利用更加经济合理，为矿区创造明显的经济效益。矿区水资源化，减除疏干水排放对地表水系的污染，堵住污染源，保护矿区周边环境，保护地表水资源。同时，矿区水资源化，减少了煤矿生产中的涌水源，减少了含水层中压力水头，降低了煤层顶。底板水压力，从而降低了煤矿生产过程中水害发生的几率。实现经济效益、环境效益、社会效益和安全生产的统一。

4结语

实现矿井水的资源化和综合利用，可大大减轻矿区缺水的难题，降低矿井水排水造成的环境污染危害，有效缓解矿区排水与水资源保护之间的矛盾。是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。神府东胜矿区在开发煤炭资源的同时，应更进一步地处理和利用矿井水，使其发挥显著的经济、社会和环境效益，从而促进煤矿区社会经济的可持续发展。