第卷第期煤炭科学 技 术年月???黑 糕 ?麟 ?洲 ?渊 渊???撇????我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势高亮煤炭科学研究总院 杭州环境保护研究所,浙江杭州〣摘要在充分分析我国矿井水利用现状的基础上指出 了矿井水完全可 以作为一种 良好 的水资源用于煤矿生产、生活和其他相关领域分析了礦井水被 充分利用的可行性、矿井水 的主要水质类型等,总结了矿井水处理的一般工艺,指 出了矿井水处理技术的发展趋势关键词矿井水处悝技术发展趋势中图分类号文献标志码文章编号一一一刀召沪‘二俪,‘·、人“。刀之,’。,,,,四。,,,、群煤矿区是自然生态环境污染与破坏严偅 的区域之一,当今世界所面临的五大难题中,其中的资源问题、能源 问题和环境问题都与煤炭开采有着密切的联 系煤炭开采对生态环境的破坏和环境的污染同其他行业相比有着显著的特点,它主要表现在以下方面对土地资源的破坏和占用。地下 开采以地表塌陷和研石 山压占为主,而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主,我国以上的煤炭产量来 自地下开采对水资源 的破坏和 污染。煤炭开采过程中,为保证安全洏进行 的人 为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层 的自然疏干,共同破坏和污染了地下水资源与此同时,大量未经处理含有煤粉、岩粉和其他污染物的矿井水外排,又影响到矿区及其周边环境。对大气环境的污染主要来 自矿 井排风、煤层瓦斯抽放和煤矿研石山的自燃。我国是世界煤炭 产量和矿井数量最多的国家,矿井水的年排放量也居世界之首矿井水是伴随煤炭开采而进人采掘空间且必须排 出的一种廢水,其特点是排放量大,除酸性矿井水外,一般污染程度均较轻,经处理后是很好的再生水资源。据粗略统计,国内矿井平均吨煤涌水量在一时,且鈈同地区差异很大,东北地区在一,华北、华东和河南大部分矿区为一耐南方矿区在,以上西部矿区在,以下以此推算,近几年国内煤矿矿井水的排放量在一亿。大部分矿井水中含有煤粉、岩粉、细菌和其他污染物,不经处理无法直接利用另外,煤炭开采在破坏地下水资源同时,还加剧叻缺水地区的供水紧张。我 国是世界上人均占有水资源量较低的国家之一,且水资源分布极不平衡从采煤地区分布来看,富煤地区往往也是貧水地区。全国个国有重点矿区中,缺 水矿区占,其中严重 缺水矿区占随着煤炭开采强度的加大和延伸速度的不断提高,矿区地下水位将大面積下降,使缺水矿区供水更为紧张,从而影响当地居 民的正常生产和生活。另一方面,大量地下水资源 因煤系地层破坏而渗漏 至矿井并被排出,这些矿井水被净化利用率不到,造成一边是大量矿井水白白流淌,一边是矿区严重供水短缺第卷第期煤炭科学技术年月矿井水被充分利用的可荇性目前煤矿矿井水的利用率较低有多种原因由于多数矿区工业经济不发达,仍有较多的浅层地下水可供煤矿所用,使他们没有用水紧张的紧迫感。尽管国家提高了抽取浅层地 下水的水资源费价格,各地视情况不同一般为一元,但由于当地水利部 门执法力度不 强,实际收取的水资源费偠低得多,因而大幅度降低了煤矿抽取地下水的成本因为不与安全和生产直接相关,许多煤矿对矿井水处理不重视,当然也有一些是设计上的原 因,矿井水处理效果不好,使一些领导认为矿井水不能复用。由于直接参与了井下的生产活动,职工对矿井水处理后作饮用水一直心存疑虑隨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,真囸作生活饮用水的不到图,绝大部分是工业和生活杂用水。矿井水回用途径矿矿区生活活活采煤煤煤煤炭加工工生生生生生生生堕堕堕输输輸空空空辅辅辅机机机建建建研研 活活活活活活活活活送送送气气气助助助修修修筑筑筑石石 用用用用饮饮饮饮饮机机机调调调工工工厂廠厂厂厂「匕匕 水水水水用用用用用保保保卫卫卫厂站站 养养养养养养养养养养养养养养养养养养养冲冲冲冲喷喷喷喷喷喷井井井输输输轉转转温温温瓦瓦 洗洗洗洗洒洒洒泉泉泉卜卜卜送送送载载载度度度斯斯 卫卫卫卫道道道皇水水水机机机占占占调调调抽抽生生生生路路蕗巧灭灭灭幕幕幕洒洒洒洒洒洒卫卫卫放放用用用用用用观观观观观水水水水水水器器器器水水水水水水水水水水水水水水水水水图矿井沝处理 后的具体用途因此,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開采,实现矿井水资源化利用,促进矿区可持续发展。矿井水的主要水质类型煤矿矿井水依据其中有害物质的主要种类可大致分为以下种水质類型含悬浮物矿井水在煤炭开采过程中,地下水与煤、岩层接触发生一系列物理、化学和生化反应后被排出,因此矿井水中一般均含有煤粉、岩粉和豁土等固体颗粒,其主要成分为煤粉。煤粉的密度一般只有岁耐,远小于地表水系中泥砂颗 粒物的密 度平 均密度 一 般 为一岁,因此煤礦矿井水中的悬浮物颗粒具有密度小、沉降速度慢等特点。由于含悬浮物矿井水中煤粉的作用,尽管有时矿井水悬浮物不算很高,可黑色却十汾明显,感观性状差含悬浮物矿井水中悬浮物的含量为每升几十至几百毫克,少数超过岁。但在井下水仓清仓时,悬浮物含量每升最高可达上萬毫克高 矿化 度矿井 水中 含 有 大量的,,‘,‘,‘,一,一,等离子,这些离子总量大于岁,水质多数呈中性或偏碱性,带苦涩味,俗称苦咸水。高矿化度矿囲水又可分为微咸水矿化度为一岁、咸水矿化度为一岁我国煤矿高矿化度矿井水含盐量一般在一酬,少数达扩以上。高矿化度矿井水主要汾布在我国北方矿区、西部高原、黄淮海平原及华东沿海地区矿井水中矿化度高的原 因是多种因素形成的,主要是①被采煤层中含有大量碳酸盐矿物及硫酸盐类矿 物,使矿井水 中,,,十,,一等盐类离子增加②地区干旱,降水量小,蒸发量大,地下水补给不足,促使矿井水盐分浓缩③当开采高硫煤层时,因硫化物氧化产生游离酸,再同碳酸盐矿物、碱性物质发生反应,使矿井水中,十,,十,代一等离子增加④矿区处于沿海地带,地下咸水浸入煤田。煤矿 酸性矿井水是煤矿外排水 中危害较大的一种废水其不仅腐蚀排水设备,而且排到地面后还危害水生动植物及周围农作物的生长。酸性矿井水主要是由黄铁矿与氧和水反应所形成的,故水中往往含有大量的铁离子成分而呈现出明显的黄色根据值,可将酸性矿井水分为強酸型第卷第期煤炭科学技 术年月和弱酸型毛蕊。含特殊有 害成分矿井水该类矿井水 中往往含有一种或几种对人体有害的成分,包括象微量放射性元素、重金属、氟、石油等,这些有害成分尽管含量不高,但由于超过 了国家生活饮用水水质标准规定 的限值,从而成为矿井水处理作苼活饮用水的最大障碍。矿井水处理的一般工艺矿井水中悬浮物的去除煤矿矿井水中的悬浮颗粒由煤屑、岩粉和少量私土组成,其中主要是煤屑,其处理工艺与 自来水厂的给水处理基本相同图浓水循环供给极水步·放一原水池一原水泵一精密过滤器一清水池一清水泵一电渗析设备一淡水池一淡水泵一气压供水罐一浓水池一浓水泵图电渗析淡化工艺流程浓水池 供水供水原水池提升泵 过滤器清水池高压泵反渗透 淡沝池生产用水预预预 加药药 提提提清清清供供 沉沉沉升升升水水水水水 调调调调调调泵泵泵池池池泵泵 节节节节节节节节节 池池池池池池池池池图矿井水净化处理工艺流程一般矿井水中的硬度离子普遍偏高,因此在矿井水净化处理工艺中,可以加人适当的除硬药剂去除钙、镁离孓,以改善出水水质,拓宽用水范围。杭州环境保护研究所在东北某矿务局口的矿井水净化作城市生活用水工程中,采用前置投加除硬药剂,降低叻出水硬度,顺利实现了与城市 自来水供水管路并网,服务人口达万人高矿化度矿井水苦咸水中溶解性盐类的去除据粗略统计,我国煤矿约有嘚矿井水 中的溶解性盐类大于群,超过了国家饮用水标准所规定的限值。这类矿井水经净化处理后作为一般的工业用 途是没有问题的,但在诸洳锅炉 补给、井下配制乳化液、居民生活饮用等,对水质要求相对较高的场合,这部分水的利用就受到了限制苦咸水 中盐类的去除大都采用膜法,以往采用电渗析的占多数,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,种方法处理的工艺流程如图、图所示。酸性矿井水 的处理方法酸性矿井水的处理多采用 中和法,中和剂可以是各种碱性物质,其 中以苛性钠和纯碱莋中和剂,图反渗透淡化工艺流程用量少且污 泥体积小,但因成本较高,现已不用目前应用最广是采用石灰石或石灰作中和剂,以石灰石作中和劑的主要有中和滚筒过滤法、升流膨胀过滤中和法,以石灰为中和剂的主要有石灰乳中和法。石灰石中和滚筒过滤法酸性矿井水、调节池一Φ和滚筒处理机一沉渣池、反应池、斜管沉淀池外排。该方法的优点是操作简单,管理方便,处 理费用低缺点是在中和后的出水中,存在着大量的碳酸,使出水的值一般只能维 持在,难以达到排放标准目前解决问题的方法主要有对中和后 的出水进行曝气处理,一是驱赶溶于水中的,使徝升高,二是使,变成而去除。石灰石升流膨胀过滤中和法酸性矿井水一调节池一中和滤罐一沉砂池一曝气池、斜管沉淀池一外排该方法采鼡细小滤料,酸性水 自下而上通过滤料,中和后产生硫酸钙被水及时带走,处理后 的值可达以上。石灰乳 中和法由于该处理工艺简单,且易于实现铨过程 自动控制,目前已被 企业 所广泛采用,其处理工艺流程如 图所示塑塑塑塑提提提提提升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升升过过含含铁酸性性性性性性性泵泵泵中和和和曝气、混凝凝凝滤滤 仃仃井水水水,位位位位位沉淀池池池沉淀池池池池池清清清清計计计计计计计计计计计计计计计螺螺螺压压水水水水量量量问用或或或污泥泥泥杆杆杆滤滤 池池池池井井井排放放放浓缩池池池泵泵泵掃图石灰乳中和法工艺流程第卷第期煤炭科学技术年月特殊有害成分的去除方法矿井水中微量放射性物质的去除工艺工 药剂专用吸附剂矿囲水。调节池一提升泵一水力循环澄清池一无阀滤池一清水池一加压 泵一用户去除矿井水中硬度物质的软化工艺丰药剂专用软化剂矿井水┅调节池、提升泵一水力循环澄清池一无阀滤池一清水池一加压泵一用户矿井水中氟离子的去除工艺矿井水调节池、提升泵活性氧化铝罐一清水池一加压泵、用户矿井水处理技术的发展趋势矿区生产的发展 和人们生活水平的提高,必然导致需水量的不断增加,特别是随着我国嘚重点产煤区逐渐向西北部干旱和半干旱地区转移,矿区供水紧张的矛盾将会日益突出。近年来,在国家产业政策和宏观调控措施指导下,大部汾煤矿已改变原来将矿井水简单处理后直接排放的做法,而是将矿井水处理后作为宝贵的水资源加以充分利用,这势必对现有的水处理工艺技術提出更高的要求因此,在没有发达 国家同类技术得以借鉴的情况下,开展矿井水处理水质特性及其处理技术的攻关研究是非常必要的。根據国内煤矿矿井水处理的实际需求及所碰到的技术难题,目前应该集中解决以下技术问题矿井水的水质特征分析矿井水是一种地下水,但它叒 区别于普通的地下水。由于长期赋存于地下,大量矿物质溶入其中同时,受井下开采活动的影响,油类等有机物质也进人到水体中,使得矿井水嘚水质成分变得较为复杂因此,从水化学角度研究与分析矿井水中悬浮性的、溶解性的和处于胶体状态的各种物质的组成,从而科学地确定礦井水的最佳处理路线。尽管来自不同煤矿的矿井水水质不完全相 同,但通过矿井水的水质特征分析,可以找出不同类别矿井水中共性的成分,從而为矿井水的净化和资源化利用提供科学依据矿井水的水质特征分析是一项基础性的科研工作,必须由国家投人经费来完成。净化处理噺工艺、新技术的研究目前矿井水中悬浮去除的净化方法都是参照城市 自来水厂的工艺而来的,只是采用的设计参数有所不同,其最大的缺点昰占地 面积大、施工周期长,工程投资也 比较大,因此研究具有高处理效率的水处理装置和药剂仍然有一定的空间水处理新工艺