矿井水处理及利用现状
1.前言
煤炭是我国重要的基础能源和原料,在国民经济中具有重要的战略地位,在我国一次能源结构中,煤炭占到70%以上,建国57年来,共生产煤炭超过372×108吨,为我国的国民经济和社会发展做出了巨大的贡献。在煤炭开采的过程中不可避免地大量排放矿井水和破坏水资源,目前,全国煤矿矿井水排放量约为42亿m3,约占整个采矿业(有色冶金、黄金、化工等矿山)的80％,而利用率约为26％。我国大部分富煤地区就是贫水地区,在“十一五”规划建设的十三个超亿吨煤炭基地建设中,有十个就是缺水地区[1]。这些矿区用水短缺十分严重,许多煤矿生产用水十分紧张,甚至使用不合格的生产用水,水资源的短缺已严重制约了这些煤矿区经济发展和人们生活水平的提高。
2.高浊矿井水处理利用现状及存在的问题
2.1高浊矿井水的水质特征
(1)煤矿高浊矿井水的悬浮物含量高,感官性状差。
(2)煤矿高浊矿井水悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢。
(3)煤矿高浊矿井水混凝过程中矾花形成困难,沉降效果差。
2.2高浊矿井水的利用现状
高浊矿井水净化处理通常采用混凝剂,矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合,其中水泵混合较常采用。矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式沉淀、斜管(板)沉淀,其处理能耗小,但存在处理设施占地面积大,沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅等缺点。机械加速澄清池、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施,水力循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和操作方便等优点。机械加速澄清池占地面积较小,但处理能耗大、设备维护工作量大,实际应用中处理效果不如水力循环澄清池好。
矿井水处理常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂,反冲洗操作繁琐;重力式无阀滤池能自动反冲洗,操作简便,管理和维护方便,但处理效果不太稳定。滤池通常采用无烟煤和石英砂双层滤料。
2.3高浊矿井水利用存在的问题
(1)矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物,具有加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等特点。许多含悬浮物矿井水处理工程,投入运行后,设计水量和水质达不到设计要求,主要是因为反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值不合理所致。
(2)不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大,决定了投加混凝剂种类和数量不尽相同。由于混凝药剂选择和投加不当,使得一些煤矿矿井水处理后达不到预期效果。由于不能及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控,许多矿井水处理工程只有水泵和简易的加药装置,因此,矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。
(3)煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油,油类物质进入矿井水中,采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。
3.高铁锰矿井水处理利用现状及存在的问题
3.1高铁锰矿井水的水质特征
煤矿含铁、锰矿井水主要是地层中含铁、锰地下水渗透形成的,矿井水中铁、锰是以二价铁或二价锰形式存在的,由于煤矿开采过程的影响,造成煤矿含铁、锰矿井水又具有不同于含铁锰地下水质的特点。
3.2高铁锰矿井水的利用现状
目前矿井水处理工程上主要采用天然锰砂作为除铁、锰的滤料,其成熟期至少在一个月以上。而且,尽管其对锰有一定的去除效果,但经其过滤后的出水,仍不能完全满足回用水的水质要求。
3.3高铁锰矿井水利用存在的问题
煤炭行业对含铁锰的矿井水处理参照地下水除铁除锰技术进行设计,存在不少的问题。
4.高矿化度矿井水处理利用现状及存在的问题
4.1高矿化度矿井水的水质特征
高矿化度矿井水是地下水与煤系地层中碳酸盐类岩层及硫酸岩层接触,该类矿物溶解于水的结果。使矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-增多,有的酸性矿井水与碳酸盐类岩层中和,导致矿化度增高。也有的矿区气候干旱,年蒸发量远大于降水量,地层中盐分较高,地下水矿化度相应增高,少数矿区处于海水与矿井水交混分布区,因而矿井水盐分增多。
4.2高矿化度矿井水的利用现状
以前在工程中常用电渗析法,但电渗析不能去除水中的有机物和细菌,设备运行能耗大,使其在高矿化度矿井水淡化工程中的应用受到局限,因而原有电渗析装置在高矿化度矿井水淡化方面逐渐被反渗透装置所取代。4.3高矿化度矿井水利用存在的问题反渗透膜污染问题是一个亟待解决的问题,它严重的影响了高矿化度矿井水的处理与利用。
5.酸性矿井水处理利用现状及存在的问题
5.1酸性矿井水的水质特征
不同地区的酸性矿井水的物理和化学性质有较大差异,但共同的特征是PH值较低,一般在2～5之间。由于酸性矿井水是由硫化物,主要是黄铁矿(FeS2)氧化产生,所以水中的Fe、SO42-的浓度很高。总铁含量一般在300～800mg/L之间,有些矿井水超过1g/L,其中Fe2+含量一般在200～300mg/L;SO42-含量在几百至上万mg/L,有时高达15g/L,大大超过饮用水250mg/L的上限标准。酸性水在演化过程中,对围岩的溶蚀作用导致水中Ca2+、Mg2+离子的含量增加,从而使水的总硬度偏大。黄铁矿、煤和围岩中所含重金属,如As、Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Cd等,也在酸性条件下溶入水体,以毒性更强的离子状态存在。由于水中含有大量的煤粉和开采过程中人为活动的影响,导致酸性矿井水的COD值通常很高。
5.2酸性矿井水的利用现状
我国酸性矿井水基本上是采用中和化学法处理,投加碱性药剂或以石灰石、白云石为虑料进行过滤中和。此外,人工湿地生态工程处理法处理酸性矿井水是近年来迅速发展起来的一种处理技术,具有很好的推广前景。
5.3酸性矿井水利用存在的问题常用中和法的设备比较庞杂,噪声大,环境条件较差,二次污染严重。反应产物CaSO4、Fe(OH)3与过剩的石灰石混杂在一起,处理困难。
6.结语
综上所述,目前各种类矿井水处理都存在这样那样的问题,有必要对各种类矿井水进行深入的研究,探讨相应的处理新方法,提高矿井水的资源化利用率,解决制约煤矿企业发展的“瓶颈”问题。
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