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前言
水是社会文明、经济建设和人类赖以生存必不可少的自然资源, 但我国是一个严重缺水的国家, 人均占有的淡水资源在全世界排第84 位,而且水资源分布极不均衡。煤炭在我国能源结构中占70%以上, 一方面,我国的煤炭绝大部分蕴藏在北方缺水地区; 另一方面, 随着煤炭产量的不断增长, 又进一步加速了北方地区的缺水。如何把井下排水作为一种水资源加以开发利用, 已引起煤炭行业的广泛重视。因此, 加速矿井水资源的开发和利用, 寻求先进而又经济可行的工艺和技术处理矿井水作为生产和生活用水, 已成为保证煤矿正常生产经营, 提高企业综合效益, 实现可持续发展的必由之路。
1 煤矿矿井水水质及分析
煤矿矿井水是指煤炭开采过程中地下地质性涌渗水涌渗到巷道里被排出的自然地下水。另外, 井下采煤生产过程中的洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水也是矿井水的一部分。因此, 它既具有地下水特征, 但又受到人为污染。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分, 其中水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。
2 煤矿矿井水分类及处置
矿井水的水质一般可分为含悬浮物矿井水、酸性矿井排水、高矿化度矿井排水几类。
( 1) 含悬浮物矿井水。主要是指含有一般悬浮物的矿井水,水质的pH 一般为中性, 总硬度和矿化度不高，其构成矿井悬浮物的主要成分是粒径极为细小的煤粉、岩尘、粉等悬浮物，一般呈黑色。对于此类矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水, 有较成熟可行的工艺和经验。一般采用传统给水处理净化工艺, 混凝、沉淀( 气浮) 、过滤、消毒等工序处理, 其中混凝是水处理工艺中十分重要的环节。选用混凝剂的原则是产生大、重、强的矾花，常用的混凝剂为铝盐和铁盐混凝剂，其净水效果好，出水水质能达到矿区生产用水标准的要求，在经过过滤和消毒处理后也可达到饮用水标准。
( 2) 酸性矿井水。一般把pH 小于6 的矿井水称为酸性矿井水, 主要原因是由于采煤活动将原来的还原环境变为氧化环境, 与煤共生或伴生的硫铁矿发生氧化, 形成硫酸, pH 值下降, 水呈酸性。酸性水容易腐蚀矿井设备与排水管路，并且危害工人健康。如不妥善处理任意排放, 不但影响矿井安全生产, 排出地面后还会对地表水造成极大危害，造成的主要危害有: 影响土壤酸碱度导致土壤板结和作物枯萎，而且使地表水酸度上升，间接的影响了水生生物的生存。对环境与生态会造成重大的损害。对于此类矿井水的处理, 目前常用的处理工艺为石灰石中和法、湿地生态工程处理法、微生物处理、粉煤灰处理等方法。
( 3) 高矿化度矿井水。高矿化度矿井水是指无机盐总含量大于1 000 mg/L的矿井水, 我国煤矿高矿化度矿井水的无机盐总含量在1 000 mg/L～3 500mg/L 之间, 少量矿井达4 000 mg/L, 这类矿井水含盐成分主要是源于S0i2-，Ca2+, Mg2+, Na+, K+, SO42- , HCO3- , Cl- 等离子, 其硬度往往较高，水质多数呈中性或偏碱，带苦涩味，少数有酸性。 高矿化度矿井水不利于作物生长，会使土壤盐渍化。用作锅炉用水，容易结垢，作建筑用水，会影响混凝土质量，人们长期饮用，将引起腹泻和消化不良，尤其对心脏和肾脏病患者影响更严重。对高矿化度矿井水的处理工艺, 除采用给水净化传统工艺去除悬浮物和消毒外, 其关键在于进行脱盐处理, 以降低矿井水含盐量的方法。通常采用离子交换法、热力法、电渗析、反渗透。以前多采用电渗析法用于脱盐处理, 其相对设备简单, 不需再生, 对预处理及管理要求低。现在随着科技的进步, 反渗透法逐渐代替电渗析法成为脱盐工艺的主流。反渗透法以其出水水质好、原水回收率高、脱盐率大于97%、自动化程度高、技术成熟等优势在各行业给水领域均得到充分的应用。
3 煤矿矿井水资源化综合利用实例
在水资源日益缺乏的今天, 煤矿矿井水的综合利用是煤矿企业循环经济的战略思想的重要体现。矿井水资源化, 不但可减少废水排放量, 还能提高水资源的利用率。某煤矿是国有中型煤矿, 年生产能力150 万t, 该矿区正常生活用水量为4000 t/d, 工业用水量约为6000 t/d, 目前矿井排水为2000t/d, 该矿井水属于高矿化度矿井水, 该水水质主要指标为浊度80mg/L, 总硬度1400 mg/L, 总溶解固体含量为2600 mg/L。该企业新建一座矿井水处理站, 采用混凝+沉淀+过滤+超滤+反渗透工艺处理该矿井水, 建成后, 其产生能力为1200t/d 饮用水、800 t/d 杂用水( 主要用于煤厂喷淋及冲厕用水) , 总投资为600 万元, 处理实际成本仅1.8 元/t, 其中1200 t 饮用水水质优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749——2006）, 实现了水资源的有效利用。具体水质指标见下表1。
表1 东山煤矿矿井水水质指标
项目 水量（t/d） 浑浊度（NTU） 总硬度（mg/L） 溶解性总固体（mg/L） 备注
矿井水 2000 10 1400 2600
处理后产生的饮用水 1200 0.18 16 61 生产及生活用水
处理后产生的杂用水 800 ﹤3 — — 煤厂喷淋及冲厕用水
矿井水处理站建成后每年可以节约用水72 万t, 不仅解决了矿区严重缺水的现状, 同时缓解了城市供水压力, 也使水资源的利用更加经济合理。实现了经济、环境、社会效益的统一。
4 结束语
总之, 污水资源化已越来越受到国家的重视, 煤矿矿井水资源化处理回用有着广泛的发展前景, 并已取得许多成功的经验。同时由于煤矿矿井水成分受地域及煤层影响等特点, 因此, 针对不同的水量及水质情况和回用要求, 开发研究出工艺简单、技术可行、管理方便、经济合理、高效低耗的矿井废水净化处理工艺, 是我们所有的研究工作者和设计工作者共同努力的方向。
水是社会文明、经济建设和人类赖以生存必不可少的自然资源, 但我国是一个严重缺水的国家, 人均占有的淡水资源在全世界排第84 位,而且水资源分布极不均衡。煤炭在我国能源结构中占70%以上, 一方面,我国的煤炭绝大部分蕴藏在北方缺水地区; 另一方面, 随着煤炭产量的不断增长, 又进一步加速了北方地区的缺水。如何把井下排水作为一种水资源加以开发利用, 已引起煤炭行业的广泛重视。因此, 加速矿井水资源的开发和利用, 寻求先进而又经济可行的工艺和技术处理矿井水作为生产和生活用水, 已成为保证煤矿正常生产经营, 提高企业综合效益, 实现可持续发展的必由之路。
1 煤矿矿井水水质及分析
煤矿矿井水是指煤炭开采过程中地下地质性涌渗水涌渗到巷道里被排出的自然地下水。另外, 井下采煤生产过程中的洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水也是矿井水的一部分。因此, 它既具有地下水特征, 但又受到人为污染。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分, 其中水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。
2 煤矿矿井水分类及处置
矿井水的水质一般可分为含悬浮物矿井水、酸性矿井排水、高矿化度矿井排水几类。
( 1) 含悬浮物矿井水。主要是指含有一般悬浮物的矿井水,水质的pH 一般为中性, 总硬度和矿化度不高，其构成矿井悬浮物的主要成分是粒径极为细小的煤粉、岩尘、粉等悬浮物，一般呈黑色。对于此类矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水, 有较成熟可行的工艺和经验。一般采用传统给水处理净化工艺, 混凝、沉淀( 气浮) 、过滤、消毒等工序处理, 其中混凝是水处理工艺中十分重要的环节。选用混凝剂的原则是产生大、重、强的矾花，常用的混凝剂为铝盐和铁盐混凝剂，其净水效果好，出水水质能达到矿区生产用水标准的要求，在经过过滤和消毒处理后也可达到饮用水标准。
( 2) 酸性矿井水。一般把pH 小于6 的矿井水称为酸性矿井水, 主要原因是由于采煤活动将原来的还原环境变为氧化环境, 与煤共生或伴生的硫铁矿发生氧化, 形成硫酸, pH 值下降, 水呈酸性。酸性水容易腐蚀矿井设备与排水管路，并且危害工人健康。如不妥善处理任意排放, 不但影响矿井安全生产, 排出地面后还会对地表水造成极大危害，造成的主要危害有: 影响土壤酸碱度导致土壤板结和作物枯萎，而且使地表水酸度上升，间接的影响了水生生物的生存。对环境与生态会造成重大的损害。对于此类矿井水的处理, 目前常用的处理工艺为石灰石中和法、湿地生态工程处理法、微生物处理、粉煤灰处理等方法。
( 3) 高矿化度矿井水。高矿化度矿井水是指无机盐总含量大于1 000 mg/L的矿井水, 我国煤矿高矿化度矿井水的无机盐总含量在1 000 mg/L～3 500mg/L 之间, 少量矿井达4 000 mg/L, 这类矿井水含盐成分主要是源于S0i2-，Ca2+, Mg2+, Na+, K+, SO42- , HCO3- , Cl- 等离子, 其硬度往往较高，水质多数呈中性或偏碱，带苦涩味，少数有酸性。 高矿化度矿井水不利于作物生长，会使土壤盐渍化。用作锅炉用水，容易结垢，作建筑用水，会影响混凝土质量，人们长期饮用，将引起腹泻和消化不良，尤其对心脏和肾脏病患者影响更严重。对高矿化度矿井水的处理工艺, 除采用给水净化传统工艺去除悬浮物和消毒外, 其关键在于进行脱盐处理, 以降低矿井水含盐量的方法。通常采用离子交换法、热力法、电渗析、反渗透。以前多采用电渗析法用于脱盐处理, 其相对设备简单, 不需再生, 对预处理及管理要求低。现在随着科技的进步, 反渗透法逐渐代替电渗析法成为脱盐工艺的主流。反渗透法以其出水水质好、原水回收率高、脱盐率大于97%、自动化程度高、技术成熟等优势在各行业给水领域均得到充分的应用。
3 煤矿矿井水资源化综合利用实例
在水资源日益缺乏的今天, 煤矿矿井水的综合利用是煤矿企业循环经济的战略思想的重要体现。矿井水资源化, 不但可减少废水排放量, 还能提高水资源的利用率。某煤矿是国有中型煤矿, 年生产能力150 万t, 该矿区正常生活用水量为4000 t/d, 工业用水量约为6000 t/d, 目前矿井排水为2000t/d, 该矿井水属于高矿化度矿井水, 该水水质主要指标为浊度80mg/L, 总硬度1400 mg/L, 总溶解固体含量为2600 mg/L。该企业新建一座矿井水处理站, 采用混凝+沉淀+过滤+超滤+反渗透工艺处理该矿井水, 建成后, 其产生能力为1200t/d 饮用水、800 t/d 杂用水( 主要用于煤厂喷淋及冲厕用水) , 总投资为600 万元, 处理实际成本仅1.8 元/t, 其中1200 t 饮用水水质优于《生活饮用水卫生标准》（GB5749——2006）, 实现了水资源的有效利用。具体水质指标见下表1。
表1 东山煤矿矿井水水质指标
项目 水量（t/d） 浑浊度（NTU） 总硬度（mg/L） 溶解性总固体（mg/L） 备注
矿井水 2000 10 1400 2600
处理后产生的饮用水 1200 0.18 16 61 生产及生活用水
处理后产生的杂用水 800 ﹤3 — — 煤厂喷淋及冲厕用水
矿井水处理站建成后每年可以节约用水72 万t, 不仅解决了矿区严重缺水的现状, 同时缓解了城市供水压力, 也使水资源的利用更加经济合理。实现了经济、环境、社会效益的统一。
4 结束语
总之, 污水资源化已越来越受到国家的重视, 煤矿矿井水资源化处理回用有着广泛的发展前景, 并已取得许多成功的经验。同时由于煤矿矿井水成分受地域及煤层影响等特点, 因此, 针对不同的水量及水质情况和回用要求, 开发研究出工艺简单、技术可行、管理方便、经济合理、高效低耗的矿井废水净化处理工艺, 是我们所有的研究工作者和设计工作者共同努力的方向。