矿井水处理工艺的应用研究

任学彬

（山西焦煤集团华晋焦煤吕梁有限公司，山西 吕梁 032300）

引言

煤炭在开采过程中会产生大量的矿井水，目前对矿井水的处理较为简单，甚至会直接排放，严重影响了煤矿开采区域的环境，随着“绿色开采”计划的不断推进及对环境保护要求的不断提升，对矿井水的处理要求更加严格，要求排放的矿井水可满足地表水环境质量Ⅲ类标准。由于不同区域的煤炭环境差异性大，所开采处的矿井水类别多样，在进行净化的过程中主要采用了混凝+沉淀的处理模式，无法对水中的有害物质进行祛除，难以满足新时期的矿井水排放要求。

为了提高矿井水的处理效率和经济性，本文对常见矿井水进行了分类，针对各种矿井水的特性，提出了针对性的净化处理方案，不仅有效提升了对矿井水的净化处理效率，而且能够最大限度的降低成本。根据实际分析表明，新的矿井水分类处理工艺，为指导矿井水的快速、高效处理，降低对环境的污染奠定了基础，具有极大的应用推广价值。

1 矿井水分类

矿井水是指在矿井水抽排、洗煤等过程中产生的废水，根据矿井水水质的特性主要可以分为含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水及酸性矿井水[1]。矿井水的污染主要是指抽采及排放时候导致的地表水或者地下水的污染、底板塌陷等，特别是以矿井水排放导致的地表水污染为主，矿井水内含有大量的重金属物质，长期排放到地表后会导致排放区域或者河流内的重金属物质超标。目前采用的混凝+沉淀的处理模式仅能对矿井水进行初始过滤，难以满足祛除矿井水内的有毒有害物质的需求。矿井水分类结果，如图1所示。

图1 矿井水分类结果示意图

2 含悬浮物矿井水处理

含悬浮物的矿井水主要是指在煤炭开采过程中产生的含有粉尘、岩粉或者其他颗粒的污水，水中含有大量的悬浮颗粒物及其他有害物质，是煤矿开采过程中产出量最大的矿井水，占矿井水总数的59%以上。通过对该类型矿井水的分析，其矿化度一般小于1.2 g/L，水质主要呈中性。由于水中的悬浮颗粒数量较多，微粒表面带有较多的负电荷，因此各个颗粒间具有明显的相互排斥性，难以通过静置沉淀的方式进行聚集，是胶体特性和悬浮物特性的结合体。

针对含悬浮物矿井水的特性，提出了一种新的矿井水超磁分离技术[2]，先在水中加入一定量的磁种介质和微絮悬浮药物，将矿井水中的具有箱体特性的磁种介质结合形成大的絮团，然后再通过在水中加入磁场，在磁力的作用下进行快速的分离。矿井水超磁分离技术原理，如图2 所示。

图2 矿井水超磁分离技术原理示意图

采用矿井水超磁分离技术具有占地面积小、成本低、效率高的优势。根据在煤矿的实际应用，对质量浓度为400 mg/L 的20 L 矿井水进行处理，4 min 处理完成，处理后的悬浮物质量浓度小于8 mg/L，对悬浮物的祛除率达到了98%，处理后的矿井水可以用于生活供水，即保障了生活区域的供水，又降低了污水排放对环境的污染，取得了极好的经济和生态效益。

3 高矿化度矿井水处理

高矿化度矿井水是指水质中含盐量大于0.9%的矿井水，水质中的钠离子、钙离子、硫离子等的含量较高，其水质主要偏碱性，水的平均矿化度达到了3 500 mg/L。高矿化度矿井水占矿井水总数的59%以上，高矿化度矿井水排放后会直接导致土壤盐碱化、影响地面植被生长。对高矿化度矿井水的处理主要是祛除里面的盐分，目前常用的处理方案时离子交换法和膜分离法[3]。

离子交换法，主要是在溶液内添加离子交换剂，然后通过和溶液中的离子之间发生交换反应来进行盐分的置换，该方案主要用于处理盐分不超过600 mg/L的高矿化度矿井废水，其处理原理，如图3 所示[4]。

图3 离子交换法原理图

膜分离法，是指以人工合成的高分子膜核心，通过在膜两侧施加一个压力差，推动大分子或者透过性差的分子留在膜的一侧，进而实现对矿井水中盐分的分离，具有工艺流程简单、可重复利用，净化处理效果好、效率高的优点，主要用于处理盐分超过600 mg/L的高矿化度矿井废水，其处理原理，如图4 所示[5]。

图4 离子交换法原理图

4 酸性矿井水处理

酸性矿井水主要是指在开采高硫煤层时产生的矿井水，水质含有较多的硫离子、铁离子、锰离子等，其水质呈酸性，酸性矿井水占矿井水总数的8%以上，直接排放后会导致植物枯萎、地表水污染等，主要的处理方案包括了生物法及化学法[6]，生物法是利用硫酸盐还原菌构建硫酸盐生物群来对酸性矿井水进行处理，但其对菌群的生存环境要求高，应用范围较小，因此目前常用的主要是化学法。

化学法是指在水中加入氢氧化钙或者碳酸钙等碱性物质，来对矿井水内的酸性物质进行中和，同时使水中的重金属离子或者硫酸根形成沉淀物后从水中祛除，化学法祛除矿井水内的酸性离子原理，如图5 所示[7]。

图5 化学法处理酸性矿井水原理图

根据在煤矿的实际应用，对矿井水内的酸性离子祛除率可达97.4%，处理后的矿井水满足地表水环境质量Ⅲ类标准，可直接用于生活用水或者灌溉，也可直接排放进河流内，对减少水污染，提高矿井水处理经济性具有十分重要的意义。

5 结论

为了解决传统矿井水处理方案单元，效率低、经济性差的不足，对矿井水的分类和主要成本进行了分析，针对性的提出了不同的处理方案，对提升矿井水处理效率和经济性具有十分重要的意义，根据实际应用表明：

1）矿井水水质的特性主要可以分为含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水及酸性矿井水；

2）超磁分离技术具有占地面积小、成本低、效率高的优势，对悬浮物的祛除率达到了98%；

3）离子交换法主要用于处理盐分不超过600 mg/L的高矿化度矿井废水，膜分离法主要用于处理盐分超过600 mg/L 的高矿化度矿井废水；

4）在水中加入氢氧化钙或者碳酸钙等碱性物质对酸性矿井水进行处理的方案，对矿井水内的酸性离子祛除率可达97.4%。