煤矿污水再利用的研究

许 倩

(山西春成煤矿勘察设计有限公司，山西 太原 030006)

引 言

水是生命之源，是地球上的珍贵自然资源，虽然地球水资源很丰富，但人类可用于生产与生活的淡水资源十分有限，仅仅占到地球水资源的3%，并且其中绝大多数淡水资源均是位于南北极与高山高原区域的冰川、冰帽，难以被人类所用。人类可利用的淡水资源仅占地球总水量的0.2%左右。我国水资源丰富，但由于人口密度大，导致人均水资源占有量只有2 000多m3，远远低于世界平均水平[1]。

我国是煤炭生产与消费大国，在煤矿企业生产过程中会产生大量的污水，据统计我国每年煤矿企业会产生约24亿m3工业污水，5亿m3生活废水，这些污水对矿区生态环境与周边居民的生活造成了巨大影响。比如我国煤炭生产大省山西受煤炭开采的影响，有近2 000个村庄、80万居民出现饮水困难[2]。

矿井水是在煤矿生产过程中的大气降水、地表水、地下水及生产用水涌入矿井形成的，是煤矿工业污水的最大来源，总量达到23亿m3/年，由于我国煤矿开采的粗放性、技术能力相对落后、环保意识薄落等诸多原因导致我国对于矿井污水的资源化再利用率仅为20%左右，远远低于发达国家的80%。

1 矿井水水质分析

矿井水作为煤矿污水最主要的来源，对其水质进行分析可以为污水再利用提供重要的理论与实践基础。影响矿井水水质的主要因素包括煤层与煤质的特征、煤矿企业采用的开采工艺、当地的水源与气象等气候因素，因此导致我国各地区的矿井水水质差异较大，但一般均呈现为黑色中性状态，少数地区pH值为酸性。一般情况下矿井水中的污染物主要是煤炭与岩石形成的粉状悬浮物以及可溶性无机盐，同时也含有各种细菌与少部分有机物，甚至少量矿井水中含有部分重金属等毒性物质。但绝大多数矿井水的地下水特征并未被完全破坏，仍然具有很多地下水的特性。通常依据矿井水的水质将其分为以下五种类别。

1) 洁净矿井水：此类矿井水所受污染极少，且主要是地下水，因此，只需进行较为简单的净化后即可直接用于生产与生活。

2) 含悬浮物矿井水：这是矿井水中最常见的一种，我国大多数矿井水均是该类型。其水质通常为中性，矿化度不超过1.0×103mg/L，且污染物主要是细菌与悬浮物，不含有毒成分，其中悬浮物是煤矿开发过程中产生的煤尘与岩尘。

3) 高矿化度矿井水：此类矿井水又称苦咸水，主要污染离子包含钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子以及碳酸氢根离子，因此其通常表现为中性状态。其矿化度一般在1.5×103mg/L～4×103mg/L范围内，少数情况最大硬度可达1.5×104mg/L。

4) 酸性矿井水：此类矿井水的pH值一般为3左右，其成因主要是由于硫化物经氧化后产生硫酸，且水中的碱性物质含量较低，未能将硫酸完全进行中和导致的。酸性矿井水中的污染物包括各种金属阳离子、酸根阴离子、煤尘、岩尘等，还含有汞、铅、砷等有毒有害重金属离子，因而其具有较高的生化危害性，特别是对人的身体会产生较大的危害。

5) 含特殊污染物矿井水：其主要污染物为氟、重金属离子与部分放射性物质。国家对于含放射性物质的煤矿有极严的管制，因此这一类矿井污水很少。

2 矿井水再利用方法

针对前文所述的5种类型矿井污水，其资源再利用的途径有以下5种。

1) 洁净矿井水的水质较高，主要应避免排水过程导致的二次污染，特别是煤矿井下在出现矿涌情况下的排水，应设置专门的排水通道避免矿井涌水直接排放到井下的水源处，因此一般采取的方法是直接通过井下截流装置后经由专用管道排放到专用蓄水池，再用专用水泵将其汇集至地面专用中央蓄水池。排放出来的污水一般直接用作煤矿生产用水或洗煤厂的选煤用水，少数企业也会将其进行消毒处理，然后直接作为矿区生活用水。

含悬浮物矿井水在煤矿污水中所占比重最大，且其水质特性导致其再利用价值较高，图1为此类煤矿污水再利用的常规工艺流程，主要包含混凝、沉淀、过滤以及消毒杀菌工艺，经过上述过程处理后的矿井水主要用作煤矿井下消防洒水和工业场地生产用水。较大悬浮物在调节水池中依靠自身重力的作用，可以直接沉淀，从而分离出矿井水，而胶体以及小颗粒悬浮物无法自然沉淀，必须采用加药混凝的化学方法将其去除[3]。

图1 含悬浮物矿井水的污水再利用工艺流程

2) 高矿化度矿井水的处理需要先预处理去除杂质，然后再采用电渗析法进行脱盐处理，使得其水质达到国家工业用水水质的要求后用于煤矿井下消防洒水和地面工业用水。

3) 酸性矿井水一般采用中和法将其pH值调节至7左右。常用的中和法有投入混合法与过滤法，前者通常采用将含有熟石灰、电石渣、NaOH、Na2CO3等物质的碱性溶液加入矿井污水中对其进行中和作用，后者是采用块状或颗粒状的石灰石、白云石作为过滤层对矿井污水进行中和处理[4]。此外，经过中和后的矿井水还必须去除其中的铁离子与锰离子。

4) 含特殊污染物矿井水中含放射性污染物的污染最为严重，可采用化学沉淀法、离子交换法和蒸发法[5]等多种工艺方法对其进行有效处理。

3 矿井水再利用效益分析

煤矿生产企业对煤矿污水，尤其是矿井水的再利用，能够获得较大的经济利益、环境效益以及社会效益。经济方面主要表现为不仅降低了企业的用水成本，提高了废水综合利用效率，可节约大量排污费与罚款，同时矿井水经过简单处理后能够用于矿区居民的生活用水和灌溉农业用水，能够降低煤矿生产企业的涌水成本，显著提升煤矿生产企业的经济效益；环境方面，确保了排水不会对环境造成污染，既提升了矿区环境，又保护了矿区及矿区周围的土地、河流、地下水等不受污染；社会效益方面，煤矿污水再利用符合国家环保政策，也是社会与企业自身可持续发展的重要保障，做好此项工作可以有效提升企业的社会形象。

4 结论

本文通过对煤矿污水中占比最大的矿井水水质特性进行分析与分类，并针对5种矿井水指出了相应的污水处理再利用的方法，根据分析表明：

1) 影响矿井水水质的主要因素包括煤层与煤质的特征、煤矿企业采用的开采工艺、当地的水源与气象等气候因素，因此导致我国各地区的矿井水水质差异较大，但一般均呈现为黑色中性状态，少数地区pH值为酸性。

2) 含悬浮物矿井水在煤矿污水中所占比重最大，较大悬浮物在自身重力的作用下会直接沉淀，从而分离出矿井水，而胶体以及小颗粒悬浮物无法自然沉淀，必须采用混凝的化学方法将其去除。

3) 做好煤矿污水再利用工作，能够使得煤矿企业获得巨大的经济、社会与环境效益。