崔玉川，楊云龍，謝鋒
太原理工大學，太原　030024

　　摘要：針對礦井水特點，對現代煤炭礦井水處理利用技術中的懸浮物處理、高礦化度礦井水處理和酸性礦井水的處理技術，進行了簡要介紹。
　　關鍵詞：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，決定于礦井水的性質和處理后的用途。從水質成份上看，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。因此，對其處理方法，可按城市給水凈化工藝、工業給水純化工藝以及廢水處理工藝進行。根據目前掌握的水處理技術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標準和要求。主要的問題是經濟上是否合理可行。因此，研究更有效、更經濟、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課題。

1　對懸浮物的處理

　　構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，其出水水質即能達到生產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的變化適應性很強，其去濁率比硫酸鋁有明顯優勢。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的研究與應用方面，前蘇聯起步較早，全蘇煤礦環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工作方式，循環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、電物理綜合作用下，使礦井水雜質顆粒、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。此法可使雜質團粒的沉淀速度提高數倍，并對排除乳化于水中的石油產物和其污物有效。
　　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，兗州礦務局南屯煤礦采用混凝劑和助凝劑復合配方，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，且能滿足工業用水要求。平頂山礦務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，不僅減少了對環境的污染，而且取得了明顯的經濟效益。徐州礦務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，并在水溝內設置若干阻流柵條，或在水溝底部鋪設一些大卵石，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，用作礦區的工業用水。鮑店煤礦用化學沉淀法，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凈化工藝，使處理后的井下水作為礦區飲用和使用水。

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工藝去除懸浮物和消毒外，其關鍵工序就是脫鹽。降低礦井水含鹽量的方法，主要有以下幾種。
2.1　化學法
　　離子交換法是化學脫鹽的主要方法，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時比較經濟，可用作高礦化度水經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。前蘇聯煤炭環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能力為100m³/h的絕熱蒸發式淡化裝置，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垢。
2.3　膜分離法
　　電滲析和反滲透技術均屬于膜分離技術，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已有不少應用實例和經驗。
　　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，使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。含鹽原水經過電滲析器后，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時用此法較為經濟。
　　前蘇聯1991年已在頓涅茨等煤礦應用電滲析法淡化礦井水，取得很好的效果。我國大同礦務局同家梁礦從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→井口預沉池→加藥混合→水力循環澄清池→重力式無閥濾池→調節池→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年采用電滲析技術作為脫鹽工藝，投資65萬元?電滲析器本體及輔助設備占52.95％?建立了一座日產淡水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的工藝，水回收率為60％～70％。
　　電滲析除鹽法的優點是：不需再生，可連續出水；工藝系統簡單，設備少；與離子交換法串聯使用可制取純水等。此法的主要問題是：水回收率低(一般為50％左右)，采用濃水循環工藝雖可使水回收率提高，但其循環方法及控垢藥劑的投加，目前尚少成熟經驗；易發生極化結垢。另外，必須對其進水進行深度預處理，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濟。此法與電滲析法相比，其優點是：產品水回收率高，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，設備較復雜，對進水水質要求高等。反滲透脫鹽技術，目前在國內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比較復雜，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。選擇何種中和劑取決于中和劑的反應性、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用的最為廣泛。另外，前蘇聯曾利用冶金廠高爐渣作中和劑，價格便宜，生產費用低，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，從而使中和反應沿著流線方向連續不斷地進行的一種處理方法。其出水再經沉淀后即可外排。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生中和反應，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，還可避免包固現象(中和反應產物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，然后經沉淀、過濾后，出水可達到排放標準。
3.2　生物化學處理法
　　生物化學處理法處理含鐵酸性水是目前國內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，以實現酸性礦井水的中和及除鐵。此法的優點是：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液；處理后的沉淀物可綜合利用；利用生物轉盤工藝是可靠的，日本于1976年已建成兩座這種處理站。其缺點是：反應器體積大，投資高；煤炭礦井水成份復雜，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　濕地生態工程處理法
　　此法是近年來迅速發展起來的一種污水處理技術，具有投資省、運行費低、易于管理等突出的優點，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，在混合肥料上種植香蒲(一種植物)。酸性礦井水流經人工濕地后，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，積累了不少經驗。但由于煤炭礦井廢水成份的復雜性和地域的特點等因素。所以，現有的處理與回用工藝技術還不夠完善和成熟。因此，針對不同的水質情況和回用的具體要求，開發研究工藝簡單、技術可靠、管理方便、經濟合理的新工藝、新設備和新藥劑，仍是礦井廢水處理和利用的重要課題。

參考文獻：
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　?[3]?胡主容．煤礦礦井水處理技術[M]．上海同濟大學出版社，1996.9．
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作者簡介： 崔玉川（1935－），男，教授，系全國給水排水學會給水委員會委員、工業給水排水委員會委員。