陕北矿井水处理技术

摘要：随着陕北能源化工基地开发和建设，煤炭产量实现大幅增长，矿井水排放量也随之增长。根据陕北矿井水的水质特征，经过处理后是很好的再生水资源。因此，提出陕北矿井水一般的处理技术。

关键词：矿井水处理方法；悬浮物；精细过滤；膜分离法

Abstract: With the development and construction of the energy and chemical base of Northern Shaanxi coal output to achieve substantial growth, also will increase the mine water emissions. According to the characteristics of the water quality of the mine water in northern Shaanxi, treated renewable water resources. Therefore, the proposed northern Shaanxi the general mine water treatment technology.Key words: mine water treatment methods; suspended solids; fine filtration; membrane separation

中图分类号：TD175文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

0引言

陕北侏罗纪煤田煤炭资源丰富、煤质优良，已探明储量1600多亿吨，居全国第3位。随着我国西部大开发战略的实施，被确定为部级能源化工基地，是我国21世纪的能源接续地。随着陕北能源化工基地开发和建设，煤炭产量实现大幅增长，矿井水排放量也随之增长。陕北地区，水资源缺乏。因此对矿井水进行处理并加以利用，不但可防止水资源流失，避免造成环境污染，而且对于缓解矿区供水不足，对煤炭可持续发展具有重要意义。陕北矿区矿井水一般污染程度均较轻，经过处理后是很好的再生水资源。研究表明，榆神矿区矿井吨煤富水系数介于0．93～4．23m3/t之间，一般1．2m3/t[1]。据此推算，陕北矿区矿井水的排放量在2～3亿m3/a。

1矿井水的利用的可行性

随着煤矿区工农业生产的发展和人们生活水平的提高，特别是煤矿配套选煤厂、电厂和煤炭深加工项目的大量投产，矿区的用水量将会大幅度增加。即使是现在的一些富水矿区，将来也会逐渐成为缺水矿区。另外，矿井水利用途径十分广泛，主要可用作以下几个方面①井下工业用水②煤炭加工③矿区生活用水④其他用途用水，如图1所示。矿井水利用原则应为先井下，后井上，先工业后生活，最后是农业。从煤矿水的用途来看，真正作生活饮用水的不到20%（图1），绝大部分是工业和生活杂用水。

因此，煤矿完全可以通过分质供水来充分利用净化后的矿井水。将矿井水处理利用并取代地下水，可以减少地下水的超量开采，实现矿井水资源化利用，促进矿区可持续发展[2]。

图1矿井水处理后的具体用途

2矿井水的主要水质类型

陕北矿井水主要来源于第四系萨拉乌苏组地下水，其次有侏罗系基岩裂隙水，再次就是煤层及开拓巷道附近的地下水。由于受到当地地质年代、地质构造、各种煤系伴生矿物成分等因素的影响，还有流经采煤工作面时带入的煤粉等悬浮颗粒，还受到井下生产的影响，矿井水的水质具有明显的煤炭行业特征。陕北矿井水的水质成分主要是悬浮物和可溶性无机物。按照矿井水化学性质，可以分为含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水(苦咸水)。

3矿井水处理技术

3.1悬浮物矿井水处理

矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘。因此，靠自然沉淀去除是困难的，必须借助混凝剂，常用的混凝剂为铝盐和铁盐混凝剂。采用混凝沉淀的处理方法以实现对悬浮物的去除。目前，对于矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水的处理，有较成熟可行的经验，目前生产中常采用混凝、沉淀(或浮升)以及过滤、消毒等工序（图2）。其出水水质可满足生产、景观等用水水质标准。如果在此工艺加入精细过滤工艺，则其出水水质能达到生活饮用标准的要求。例如混凝-微滤膜分离组合工艺对含悬浮物矿井水进行处理，该工艺出水水质稳定，所测项目达到国家生活饮用水水质标准(GB5749-85)[3]。

图2矿井水处理一般工艺流程

3.2高矿化度矿井水处理

高矿化度矿井水是指矿化度大于1000mg/L的矿井水，陕北矿井水一般不属于高矿化度矿井水，但有少数矿井水矿化度超过1000mg/L。随着下部层煤的开采，由于地层沉积时代变老，地下水运动速度变慢，交替不畅，矿井水受地下水的影响矿化度会越来越高，所以有必要通过净化处理使高矿化度矿井水成为饮用水和生产用水。当前高矿化度矿井水采用离子交换法脱盐、膜分离(包括反渗透法和电渗析法)浓缩蒸发、稀释排放法以及消耗利用等方法。

3.2.1化学法

离子交换法是化学脱盐的主要方法，即利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。此法用在进水含盐量小于500mg/L时比较经济，可用作高矿化度水经膜分离法处理后的进一步除盐工序。

3.2.2热力法

使用高温(蒸馏)和低温(冷冻)的处理过程均属热力法淡化。蒸馏法是对含盐水进行热力脱盐淡化处理的有效方法。此法以消耗热能为代价，一般适用于含盐量超过3000mg/L矿井水的处理。

3.2.3膜分离法[4]

电渗析和反渗透技术均属于膜分离技术，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法。尤其是前者在我国煤矿系统已有不少应用实例和经验。近年来随着反渗透技术的成熟及其投资和运行成本的降低，反渗透法已后来居上，大有替代电渗析法的趋势。

电渗析是在外加直流电场的作用下，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。含盐原水经过电渗析器后，便可得到淡化水和浓缩液(浓水)。一般淡化水量为总进水量的50%～70%。当进水含盐量小于4000mg/L时用此法较为经济。

电渗析除盐法的优点是:不需再生，可连续出水；工艺系统简单，设备少；与离子交换法串联使用可制取纯水等。此法的主要问题是:水回收率低(一般为50%左右)，采用浓水循环工艺虽可使水回收率提高，但其循环方法及控垢药剂的投加，目前尚少成熟经验；易发生极化结垢。另外，必须对其进水进行深度预处理，并使铁化合物含量不超过100μg/L。

反渗透法是借助于半透膜在压力(一般为30～70kg/cm2)作用下进行物质分离的方法。它可有效地去除无机盐类、低分子有机物、病毒和细菌等。适用于含盐量大于4000mg/L的水的脱盐处理较经济。此法与电渗析法相比，其优点是:产品水回收率高，脱盐率和水的纯度高，投资费用低，无污染等。缺点是:操作压力高，能耗大，设备较复杂，对进水水质要求高等。反渗透脱盐技术，目前在国内仍处于深入研究和试用阶段。

4结束语

陕北是缺水的地区, 对矿井水的处理与回收利用对于改善当地的生态环境和人民的生活水平具有重要的意义。因此，针对矿区水质和回用要求，进一步发展和开发新型的矿井水处理技术和工艺, 是目前急需完成的工作。

[1] 范立民，王双明，刘社虎，申涛.榆神矿区矿井涌水量特征及影响因素.西安科技大学学报[J]，2009，29（1）：7～11

[2] 高亮.我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势.煤炭科学技术[J]，2007，35（9）：1～5

[3] 王平.国内煤矿矿井水处理技术研究现状[J].同煤科技，2008，115（1）：1～7

[4] 崔玉川，杨云龙，谢锋.煤炭矿井水处理利用技术进展[J].工业用水与废水，2000，31(2)：1～5

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。