崔玉川，楊云龍，謝鋒
太原理工大學(xué)，太原　030024

　　摘要：針對礦井水特點，對現(xiàn)代煤炭礦井水處理利用技術(shù)中的懸浮物處理、高礦化度礦井水處理和酸性礦井水的處理技術(shù)，進行了簡要介紹。
　　關(guān)鍵詞：煤礦；礦井；水處理；懸浮物
　　中圖分類號： X752
　　文獻標識碼： A
　　文章編號： 1009－2455(2000)-02－0001－03

Technical Development in The Treatment and Utilization of Coal Mine Water
CUI YU-chuan YANG Yun-long? XIE Feng

　　Abstract： A brief introduction is made to the treatment technology for suspended matters highly-mineralized mine water and acidic mine water in the treatment and utilization of modern coal mine water in AccorDAnce with the characteristics of the mine water．
　　Key words:?coal mine;?mine;?water treatment;?suspended matter

　　礦井水的處理工藝技術(shù)，決定于礦井水的性質(zhì)和處理后的用途。從水質(zhì)成份上看，礦井水既具有地下水及地面水的特點，又具有天然水體原水與污廢水的性質(zhì)。因此，對其處理方法，可按城市給水凈化工藝、工業(yè)給水純化工藝以及廢水處理工藝進行。根據(jù)目前掌握的水處理技術(shù)對不同類型的礦井水進行處理，都可達到不同使用目的的水質(zhì)標準和要求。主要的問題是經(jīng)濟上是否合理可行。因此，研究更有效、更經(jīng)濟、更適用的礦井水處理回用方法，仍是非常實際和重要的水處理技術(shù)課題。

1　對懸浮物的處理

　　構(gòu)成礦井水懸浮物的主要成份是粒徑極為細小的煤粉和巖塵。因此，靠自然沉淀去除是困難的，必須借助混凝劑，采用混凝沉淀的處理方法以實現(xiàn)對懸浮物的去除。目前，對于礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水的處理，有較成熟可行的經(jīng)驗，一般采用混凝、沉淀（或浮升）以及過濾、消毒等工序處理后，其出水水質(zhì)即能達到生產(chǎn)使用和生活飲用標準的要求。
　　所用混凝劑一般為硫酸鋁和聚合氯化鋁。采用聚合氯化鋁鐵，對礦井水進行處理實驗結(jié)果表明，這種無機高分子混凝劑對礦井水的水溫及pH的變化適應(yīng)性很強，其去濁率比硫酸鋁有明顯優(yōu)勢。而對于聚丙烯酰胺這類有機高分子劑，由于其價格昂貴和毒性，在礦井水作生活飲用水源處理中較少采用。
　　在處理回用工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，前蘇聯(lián)起步較早，全蘇煤礦環(huán)保研究院研制了用壓力氣浮法凈化礦井水，采用凈化水部分循環(huán)工作方式，循環(huán)水在壓力箱中剩余壓力作用下充滿空氣，較好地形成輕浮選劑。前蘇聯(lián)采煤建井和勞動組織研究所研究的電絮凝法，是以直流電通過金屬電極處理礦井水，在電化學(xué)、電物理綜合作用下，使礦井水雜質(zhì)顆粒、水和微氣泡形成松散團粒，凝聚后漂浮在水面上，形成一層泡沫后用刮板排除。此法可使雜質(zhì)團粒的沉淀速度提高數(shù)倍，并對排除乳化于水中的石油產(chǎn)物和其污物有效。
　　我國煤礦礦井廢水處理與回用研究起步較晚，且處理率較低。近幾年，中國統(tǒng)配煤礦總公司所屬各礦對礦井水的處理，尤其是深度處理方面的工作才逐步展開，環(huán)保工作者積極研究礦井水處理和合理利用的有效方法，兗州礦務(wù)局南屯煤礦采用混凝劑和助凝劑復(fù)合配方，使廢水中懸浮物在普通煤泥沉淀池中沉淀，處理后可達排放標準，且能滿足工業(yè)用水要求。平頂山礦務(wù)局七礦把低礦化度的礦井水處理到飲用水標準，建成了一座日處理能力3萬T的凈化廠，其工藝采用混凝、沉淀、過濾、消毒，不僅減少了對環(huán)境的污染，而且取得了明顯的經(jīng)濟效益。徐州礦務(wù)局重點研究了混凝劑的配方及用量，采用在井下處理的方案，在水溝處(距水倉入口處5 m)投加堿式氯化鋁或聚硫酸鐵，并在水溝內(nèi)設(shè)置若干阻流柵條，或在水溝底部鋪設(shè)一些大卵石，使水與藥劑均勻混合，在水倉入口處斜坡段投加聚丙烯酰胺，可使懸浮物含量由1 040 mg/L降至400 mg/L，用作礦區(qū)的工業(yè)用水。鮑店煤礦用化學(xué)沉淀法，利用中央水倉處理礦井水也取得了良好的效果。另外，北京門頭溝煤礦、山西潞安五陽煤礦、四川威遠煤礦等也都是采用給水處理的傳統(tǒng)凈化工藝，使處理后的井下水作為礦區(qū)飲用和使用水。

2　高礦化度礦井水的處理

　　高礦化度礦井水是指含鹽量大于1000 mg/L的礦井水，我國煤礦高礦化度礦井水的含鹽量一般在1000～3000 mg/L之間，少量礦井達4000 mg/L以上。因這類礦井水的含鹽成份主要是源于Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-等離子，其硬度往往較高，既不適用于生活飲用，更不適宜作鍋爐用水。
　　對高礦化度礦井水的處理工藝，除采用給水凈化傳統(tǒng)工藝去除懸浮物和消毒外，其關(guān)鍵工序就是脫鹽。降低礦井水含鹽量的方法，主要有以下幾種。
2.1　化學(xué)法
　　離子交換法是化學(xué)脫鹽的主要方法，即利用陰陽離子交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。此法用在進水含鹽量小于500 mg/L時比較經(jīng)濟，可用作高礦化度水經(jīng)膜分離法處理后的進一步除鹽工序。
2.2　熱力法
　　使用高溫(蒸餾)和低溫(冷凍)的處理過程均屬熱力法淡化。蒸餾法是對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。此法以消耗熱能為代價，一般適用于含鹽量超過3000 mg/L礦井水的處理。前蘇聯(lián)煤炭環(huán)保研究院曾試驗研究出一種供礦井水淡化處理的蒸餾裝置，用于含鹽量超過5 g/L的礦井水處理，其出水可供煤礦生活和生產(chǎn)用，淡水成本為50戈比/m³。捷爾諾夫斯克礦井建成的絕熱式蒸發(fā)器，可將礦化度為7800～9000 mg/L含鹽量降至25～200 mg/L。波蘭杰別尼斯卡礦井建成一套生產(chǎn)能力為100m³/h的絕熱蒸發(fā)式淡化裝置，可將原料水含鹽量從100 g/L降至100 mg/L。蒸餾法的主要問題是需防止熱交換表面結(jié)垢。
2.3　膜分離法
　　電滲析和反滲透技術(shù)均屬于膜分離技術(shù)，是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。尤其是前者在我國煤礦系統(tǒng)已有不少應(yīng)用實例和經(jīng)驗。
　　電滲析是在外加直流電場的作用下，利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過程。含鹽原水經(jīng)過電滲析器后，便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。一般淡化水量為總進水量的50％～70％。當進水含鹽量小于4000 mg/L時用此法較為經(jīng)濟。
　　前蘇聯(lián)1991年已在頓涅茨等煤礦應(yīng)用電滲析法淡化礦井水，取得很好的效果。我國大同礦務(wù)局同家梁礦從1974年開始利用電滲析法處理礦井水，積累了較豐富的經(jīng)驗。甘肅阿干煤礦礦井水含鹽量為1000～2000 mg/L，于1987年建成一座日產(chǎn)水量1200 m³的礦井水淡化處理站，其工藝流程為：礦井水→井口預(yù)沉池→加藥混合→水力循環(huán)澄清池→重力式無閥濾池→調(diào)節(jié)池→壓力式過濾器→電滲析器→紫外線消毒器→生活用水。該水處理站共投資63萬元，1992年的噸水成本為0.30元。徐州張集煤礦于1988年采用電滲析技術(shù)作為脫鹽工藝，投資65萬元?電滲析器本體及輔助設(shè)備占52.95％?建立了一座日產(chǎn)淡水1500 m³的高礦化度礦井水淡化處理站，該礦井水含鹽量1600 mg/L左右，總脫鹽率為70％。該礦采用了部分濃水循環(huán)的工藝，水回收率為60％～70％。
　　電滲析除鹽法的優(yōu)點是：不需再生，可連續(xù)出水；工藝系統(tǒng)簡單，設(shè)備少；與離子交換法串聯(lián)使用可制取純水等。此法的主要問題是：水回收率低(一般為50％左右)，采用濃水循環(huán)工藝雖可使水回收率提高，但其循環(huán)方法及控垢藥劑的投加，目前尚少成熟經(jīng)驗；易發(fā)生極化結(jié)垢。另外，必須對其進水進行深度預(yù)處理，并使鐵化合物含量不超過100 μg/L。
　　反滲透法是借助于半透膜在壓力(一般為30～70 KG/cm2)作用下進行物質(zhì)分離的方法。它可有效地去除無機鹽類、低分子有機物、病毒和細菌等。適用于含鹽量大于4000 mg/L的水的脫鹽處理較經(jīng)濟。此法與電滲析法相比，其優(yōu)點是：產(chǎn)品水回收率高，脫鹽率和水的純度高，投資費用低，無污染等。缺點是：操作壓力高，能耗大，設(shè)備較復(fù)雜，對進水水質(zhì)要求高等。反滲透脫鹽技術(shù)，目前在國內(nèi)仍處于深入研究和試用階段。
　　總之，高礦化度廢水的處理方法還不是很成熟，各種方法都有一些缺點，且處理成本較高。因此，研究高礦化度廢水處理的新方法，并降低處理成本，是水處理技術(shù)的一個重要課題。

3　酸性礦井水的處理

　　我國的煤礦酸性水主要分布在南方，又因酸性礦井水水質(zhì)比較復(fù)雜，若將其處理成生活用水，噸水成本很高，所以目前酸性水一般經(jīng)處理達標后即予以排放。對酸性礦井水的處理，主要有以下幾種方法。
3.1　中和法
　　中和法是目前煤礦酸性水常采用的處理方法，適合作中和劑的有石灰石、大理石、白云石、石灰等堿性物質(zhì)。選擇何種中和劑取決于中和劑的反應(yīng)性、適用性、價格及運輸是否方便等因素。其中尤以石灰石及石灰中和劑應(yīng)用的最為廣泛。另外，前蘇聯(lián)曾利用冶金廠高爐渣作中和劑，價格便宜，生產(chǎn)費用低，勞動條件得到改善。
　　石灰石中和法的處理裝置有三種型式，即中和滾筒法、升流膨脹過濾法及曝氣流化床處理方法。
　　石灰石中和滾筒法是指利用石灰石為中和劑，酸性水在滾筒中被石灰石所中和的處理方法。其出水再經(jīng)沉淀可外排。山東省的淄博西河煤礦就是采用這種處理方法；石灰石升流膨脹過濾中和法是以細小石灰石顆粒(D≤3 mm)為濾料，酸性水自濾池底部進入濾池，使濾料膨脹，從而使中和反應(yīng)沿著流線方向連續(xù)不斷地進行的一種處理方法。其出水再經(jīng)沉淀后即可外排。此法目前較多使用；石灰石曝氣流化床處理方法是我國開發(fā)研究的一種新工藝。酸性水進入流化床，與床中石灰石填料產(chǎn)生中和反應(yīng)，生成的H₂CO₃在來自空壓機空氣的曝氣作用下，迅速分解成CO²和H₂O，使酸性水得到中和處理。其出水再經(jīng)沉淀后即可排放。曝氣的目的除了溶氧和散除CO²外，還可避免包固現(xiàn)象(中和反應(yīng)產(chǎn)物CaSO₄和Fe(OH)₃包在石灰石顆粒表面)。
　　石灰中和法是目前煤礦酸性水普遍采用的中和處理方法。例如福建省永定礦務(wù)局瓦窯坪煤礦就是這種方法。它將氧化鈣含量為67％～81％的石灰制成含活性氧化鋁5％～10％的石灰乳，加入中和氧化池中，同時進行充分機械攪拌，然后經(jīng)沉淀、過濾后，出水可達到排放標準。
3.2　生物化學(xué)處理法
　　生物化學(xué)處理法處理含鐵酸性水是目前國內(nèi)外研究比較活躍的處理方法。在美國、日本等國已進行了實際應(yīng)用。其原理是：利用氧化亞鐵硫桿菌，在酸性條件下將水中Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再用石灰石進行中和處理，以實現(xiàn)酸性礦井水的中和及除鐵。此法的優(yōu)點是：對二價鐵具有很高的氧化率；二價鐵氧化細菌無需外界添加營養(yǎng)液；處理后的沉淀物可綜合利用；利用生物轉(zhuǎn)盤工藝是可靠的，日本于1976年已建成兩座這種處理站。其缺點是：反應(yīng)器體積大，投資高；煤炭礦井水成份復(fù)雜，常含有一些不利的重金屬(如Pb、Zn等)，對微生物具有抑制作用。
3.3　濕地生態(tài)工程處理法
　　此法是近年來迅速發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)，具有投資省、運行費低、易于管理等突出的優(yōu)點，引起人們的極大興趣。美國一些煤礦一直在嘗試用人工濕地處理酸性礦井水。從70年代開始，美國科學(xué)家在濕地上建造人工淺池沼，在其底部鋪上碎石灰石，其上填入混合肥料或其他一些有利于根系生長的有機質(zhì)，在混合肥料上種植香蒲(一種植物)。酸性礦井水流經(jīng)人工濕地后，pH值可上升，并可去除50％以上的污染物(如鐵可降低80％左右)。但此法處理效果并非很理想，有些酸性礦井還需要進行其他化學(xué)處理。
　　總之，世界上不少國家在礦井廢水的處理和利用方面，進行了廣泛的研究和實踐，已取得了許多成果，積累了不少經(jīng)驗。但由于煤炭礦井廢水成份的復(fù)雜性和地域的特點等因素。所以，現(xiàn)有的處理與回用工藝技術(shù)還不夠完善和成熟。因此，針對不同的水質(zhì)情況和回用的具體要求，開發(fā)研究工藝簡單、技術(shù)可靠、管理方便、經(jīng)濟合理的新工藝、新設(shè)備和新藥劑，仍是礦井廢水處理和利用的重要課題。

參考文獻：
　?[1]?崔玉川等．煤炭礦井水處理回用工藝技術(shù)[Ｊ]．太原工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1992.3．
　?[2]?B·A·高爾什可夫[蘇]著，胡益之等譯．煤炭工業(yè)企業(yè)廢水的凈化及利用[M]．太原：山西科學(xué)教育出版社，1987.3．
　?[3]?胡主容．煤礦礦井水處理技術(shù)[M]．上海同濟大學(xué)出版社，1996.9．
　?[4]?白添中．煤炭加工的污染與防治[M]．太原：山西科學(xué)教育出版社，1989.3．

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作者簡介： 崔玉川（1935－），男，教授，系全國給水排水學(xué)會給水委員會委員、工業(yè)給水排水委員會委員。