煤礦礦井水是指在採煤過程中，所有滲入井下採掘空間的水，有時也含有少量滲入的地表水。煤礦礦井水處理技術主要有: 中和酸性水、絮凝處理去除懸浮顆粒物、反滲透去除可溶性鹽類等技術以及組合。採取各種方法去除或減少礦井水中的有害物質，使之達到排放標準並滿足受納水體環境質量標準的要求，或者處理到各種需求的目標水質。
基本介紹
- 中文名：煤礦礦井水處理技術
- 外文名：Coal mine water treatment technology
- 學科：礦山工程
- 處理目標：煤炭礦井水
- 實例：懸浮物礦井水處理技術
- 作用：減少污染
介紹,處理方法,技術現狀,懸浮物礦井,高礦化度礦井,礦井水資源化,
介紹
煤礦礦井水是指在採煤過程中，所有滲入井下採掘空間的水，礦井水的排放是煤炭工業具有行業特點的污染源之一，量大面廣，我國煤炭開發每年礦井的湧水量為20多億立方米，其特性取決於成煤的地質環境和煤系地層的礦物化學成分。礦井水流經採煤工作面和巷道時，因受人為活動影響，煤岩粉和一些有機物進入水中，我國礦井水中普遍含有以煤岩粉為主的懸浮物，以及可溶的無機鹽類，有機污染物較少，一般不含有毒物質。因此，對礦井水進行淨化處理利用，將產生巨大大經濟效益和社會效益。煤礦礦井水處理方法根據水質的不同而定。
處理方法
對不同水質類型礦井水採取的處理方法和處理深度為：
(1) 潔淨礦井水。可設專用輸水管道引出給予利用，作生活飲用水時需進行消毒處理。
(2)一般礦井水。採用沉澱法在井下或地面去除懸浮物。一種是利用井下水倉處理，將水倉隔成若干段，礦井水進入水倉前投加絮凝劑，經水倉各段沉澱與溢流，最後達到排放標準。另一種是在地面構築沉澱池，礦井水排放沉澱池中沉澱後排放。這類水供生活和生產使用時，一般採用常規淨化處理工藝 。
礦井水處理量較小時，也有採用組合式淨水器，它是將混凝、沉澱、過濾等工藝集為一體的設備，具有一次投資省、占地面積小、操作方便的特點。
(3)高礦化度礦井水。常用的處理方法主要有蒸餾法、電滲析法和反滲透法等。中國多採用電滲析法，電滲析器必須進行嚴格的前處理，進入電滲析器的水濁度控制在3°以下，並確保Fe、Mn、Cl等符合規定要求。電滲析法耗電較多，處理費用較高。
(4)酸性礦井水。採用中和法，以石灰或石灰石作為中和劑，通常有直接投加石灰法、石灰石中和滾筒法和開流式變濾速膨脹中和法3種工藝流程。直接投加石灰法： 將石灰配製成石灰乳，投入反應溝流入反應池，對水中的Fe2+要進行曝氣氧化，中和生成物Ca-SO4和Fe (OH)3在沉澱池中沉澱後去除。
石灰石中和滾筒法：將石灰石置於滾筒內，由於滾筒的旋轉，石灰石相互撞擊摩擦，破壞其表面生成的難溶性CaSO4膜，擴大酸性水與石灰石的接觸面，使中和反應繼續進行下去，生成的CO2以及水中原有的Fe要在曝氣池曝氣，促使CO2從水中逸出，使Fe離子氧化成Fe3+離子，後者水解後生成沉澱除去。
升流式變濾速膨脹中和法： 用細粒石灰石或白雲石裝入圓錐體形的中和塔，水流自下而上通過濾料，濾速下部快上部慢，中和反應得以充分進行，出水含有CO2經曝氣裝置吹脫後pH值升高，Fe2+離子也被氧化為Fe3離子去除。美國近年來研究酸性礦井水的人工濕地處理系統。濕地系統的介質粘土、礦渣、礫石、土壤對酸性水中溶解性Fe、懸浮物和pH值都有明顯的處理效果，在建造濕地時，最好選擇耐受性能好的植被品種，有香蒲、燈心草、寬葉香蒲等。一般濕地對酸性礦井水中Fe去除率可達80%以上，並且具有穩定持久的去除能力，對調節pH值或去除懸浮物和Mn也有一定的效果。
(5)含有毒有害元素或放射性元素礦井水。首先去除懸浮物，然後對其中不符合目標水質的污染物進行處理。對含氟水，可用活性氧化鋁吸附除去氟，也可在用電滲析法除鹽的同時除氟。含鐵、錳水，通常採用曝氣充氧、錳砂過濾法去除。對含重金屬和放射性元素水，可採用混凝、沉澱、吸附、離子交換和膜技術等處理方法。
實際礦井水大多為複合型水，在設計水處理工藝時必須搞清楚水質和水量，然後考慮水處理單元操作的取捨和最佳化組合，而礦井水或多或少含懸浮物，因而含懸浮物水的處理工藝對於任何類型礦井水都是適用的前處理步驟。
技術現狀
我國將礦井水作為水資源開發利用已經有近40年的歷史，含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水和酸性礦井水的處理工藝基本成熟。含懸浮物礦井水的處理工藝流程一般為：懸浮物礦井水→水量調節池→提升泵→沉澱池（或澄清池） →過濾→消毒→回用[3]。高礦化度礦井水的預處理工藝同常規礦井水相同，在後續工序中增加了除鹽工序，現階段我國常用的除鹽工藝為反滲透技術。酸性礦井水的處理主要是採用石灰或氫氧化鈉加藥進行中和。礦井水處理後要進行充分消毒，目前主要是採用二氧化氯或隔膜電解食鹽產生氯氣等混合氣體的消毒方式。
懸浮物礦井
1、水質特點
含懸浮物礦井水中的主要懸浮物為煤粉顆粒，還包含一部分岩粉和黏土等，顏色為黑色，含量變化較大，從幾十mg/L至數千mg/L不等。由於煤粉粒徑偏小，大小相差懸殊，在投加混凝劑後形成的礬花結構比較鬆散，混凝沉降性能差，沉降速度較慢。同時，煤粉顆粒在水中還受到布朗運動的影響，令懸浮物礦井水不但有懸浮物的特性，還有一些膠體的性質。
含懸浮物礦井水中的主要懸浮物為煤粉顆粒，還包含一部分岩粉和黏土等，顏色為黑色，含量變化較大，從幾十mg/L至數千mg/L不等。由於煤粉粒徑偏小，大小相差懸殊，在投加混凝劑後形成的礬花結構比較鬆散，混凝沉降性能差，沉降速度較慢。同時，煤粉顆粒在水中還受到布朗運動的影響，令懸浮物礦井水不但有懸浮物的特性，還有一些膠體的性質。
2、 處理方法和原理
目前對懸浮物礦井水的處理技術已經比較成熟，只要採取常規的混凝、沉澱、過濾的工藝，出水即可達到工業用水的標準。混凝是通過向廢水中投加混凝劑，使其中的膠粒物質發生凝聚和絮凝，形成較大顆粒或絮凝體，進而將水中懸浮顆粒從水中分離出來以淨化廢水。混凝劑可分為無機鹽類和高分子物質2大類。影響混凝效果的因素有：水溫、pH值、濁度、硬度及混凝劑的投放量等。礦井水在經過混凝反應後通過沉澱池去除大顆粒的懸浮物，實現固液分離。按池內水流方向沉澱池可分為平流式、豎流式和輻流式三種。經沉澱後的礦井水通過設定粒料層進行過濾，濾料一般選用無煙煤和石英砂，常用的過濾設施為快濾池和重力式無閥濾池，經過濾的礦井水可達到工業用水標準。處理後的礦井水如果要作為生活用水使用的話，則在混凝、沉澱、過濾處理後，需要增加吸附工序來去除水中的有機污染。
目前對懸浮物礦井水的處理技術已經比較成熟，只要採取常規的混凝、沉澱、過濾的工藝，出水即可達到工業用水的標準。混凝是通過向廢水中投加混凝劑，使其中的膠粒物質發生凝聚和絮凝，形成較大顆粒或絮凝體，進而將水中懸浮顆粒從水中分離出來以淨化廢水。混凝劑可分為無機鹽類和高分子物質2大類。影響混凝效果的因素有：水溫、pH值、濁度、硬度及混凝劑的投放量等。礦井水在經過混凝反應後通過沉澱池去除大顆粒的懸浮物，實現固液分離。按池內水流方向沉澱池可分為平流式、豎流式和輻流式三種。經沉澱後的礦井水通過設定粒料層進行過濾，濾料一般選用無煙煤和石英砂，常用的過濾設施為快濾池和重力式無閥濾池，經過濾的礦井水可達到工業用水標準。處理後的礦井水如果要作為生活用水使用的話，則在混凝、沉澱、過濾處理後，需要增加吸附工序來去除水中的有機污染。
高礦化度礦井
1、水質特點
地下水與煤系地層中碳酸鹽類岩層及硫酸岩層長期直接接觸，從而導致該類礦物溶解於水，使礦井水中含有大量的ca2+，Mg2+，K+，Na+，SO42-，Cl-，HCO3-等離子，形成高礦化度礦井水。該類礦井水的含鹽量一般在1000-4000mg/L，最高為一萬多mg/L。因含鹽量大，帶苦澀味，一般高礦化度礦井水也稱苦鹹水。高礦化度礦井水主要分布在我國北方礦區、西部高原，以及黃淮海平原和華東沿海地區。
2、 處理方法和原理
目前國內處理高礦化度礦井水的主要方法有藥劑法、離子交換法和膜處理法。現階段較常用的處理方法是膜處理法，其中主要包括電滲析法和反滲透法。目前我國主要採用反滲透法來對高礦化度礦井水進行處理，電滲析法基本淘汰不再使用。反滲透法的原理是通過施加一個大於滲透壓的壓力，藉助於半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，其脫鹽率高達95%以上。為了減小污染對膜系統的影響，就必須在膜工序前增加前處理工藝。前處理工藝一般採用機械過濾器、活性炭過濾器、保全過濾器的三級過濾工藝，也可使用超濾膜來代替三級過濾進行前處理。為了解決膜結垢的問題，則需要在礦井水進入膜系統前投加阻垢劑。阻垢劑的選擇和投加數量的確定，應根據高礦化度礦井水的水質，通過進行阻垢劑試驗來確定。
地下水與煤系地層中碳酸鹽類岩層及硫酸岩層長期直接接觸，從而導致該類礦物溶解於水，使礦井水中含有大量的ca2+，Mg2+，K+，Na+，SO42-，Cl-，HCO3-等離子，形成高礦化度礦井水。該類礦井水的含鹽量一般在1000-4000mg/L，最高為一萬多mg/L。因含鹽量大，帶苦澀味，一般高礦化度礦井水也稱苦鹹水。高礦化度礦井水主要分布在我國北方礦區、西部高原，以及黃淮海平原和華東沿海地區。
2、 處理方法和原理
目前國內處理高礦化度礦井水的主要方法有藥劑法、離子交換法和膜處理法。現階段較常用的處理方法是膜處理法，其中主要包括電滲析法和反滲透法。目前我國主要採用反滲透法來對高礦化度礦井水進行處理，電滲析法基本淘汰不再使用。反滲透法的原理是通過施加一個大於滲透壓的壓力，藉助於半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，其脫鹽率高達95%以上。為了減小污染對膜系統的影響，就必須在膜工序前增加前處理工藝。前處理工藝一般採用機械過濾器、活性炭過濾器、保全過濾器的三級過濾工藝，也可使用超濾膜來代替三級過濾進行前處理。為了解決膜結垢的問題，則需要在礦井水進入膜系統前投加阻垢劑。阻垢劑的選擇和投加數量的確定，應根據高礦化度礦井水的水質，通過進行阻垢劑試驗來確定。
礦井水資源化
將礦井水作為一種水資源加以處理利用，即為礦井水資源化。中國有70%煤礦水資源緊缺，其中有40%煤礦嚴重缺水，北方煤礦尤為突出，已成為影響煤礦職工生活和制約煤炭生產發展的關鍵因素。中國礦井水排放量每年約有22億m，礦井水資源化是解決礦井水污染環境與煤礦供水嚴重短缺這一對矛盾的最佳出路。礦井水資源化的程度要因地制宜，取決於當地煤礦對水資源的具體需求以及技術經濟的可行性。主要考慮的因素有：礦井水水量和水質類型;對目標水質和水量的需求; 水處理工程投資和生產成本;各種處理方案的對比與優選等。礦井水資源化除供煤礦作為生產用水外，還應統籌考慮區域水資源的供水條件，儘可能供給鄰近工礦企業或作為農業灌溉用水。
