煤矿矿井水的处理与综合利用
摘 要： 文中阐述了矿井水的来源和水质特征，及不同类型矿井水的一般处理方法，分析 了矿井水综合利用的意义，提出了综合利用的多种途径和应用实例。
关键词：矿井水 ；处理方法 ；综合利用
前言
煤炭在开采和利用过程中产生的环境问题是十分严重的，其中水污染是突出的环境问题之一。缺水问题，影响了矿区居民的生活及煤矿的正常生产，制约了煤炭工业持续稳定地发展。据调查，北方煤矿70％缺水，40％为严重缺水，入均生活用水量不足0．06 ／d。即只有正常用水指标的1／2。随着我国煤矿产业的进一步发展，缺水间题将越来越突出。
在煤炭开采过程中，要排放大量的矿井水。在排放过程中，由于受到煤粉、岩粉、有害物质及其它杂物等的污染，而成为污水。如果直接排放，会污染矿区环境。在煤矿水资源极为匮乏的条件下，矿井水直接排放，也是水资源的极大浪费。为此，实现矿井水处理后综合利用是解决煤矿缺水和矿井水污染环境的最佳选择，达到社会、环境和经济三个效益的统一。
1 矿井水的特征和类型
井下涌出的矿井水主要来源于地下水，包括地面渗透水和岩石裂隙水等。矿井水的特性取决于成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对矿井水的水质、水量有决定性的影响。
矿井水可分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和特殊污染型矿井水等五种类型。它具有地下水的特征，但由于受到人为的污染，又具有地表水的一些特点。
矿井排水量受矿区水文地质条件的影响较大，各地相差悬殊。据统计，每生产一吨原煤，井下排水量约为0．5-10m3， 平均涌水量约3 m3。矿井废水的污染程度较其他工业废水轻，有机污染物很少，一般不含有毒物质，只是经常在酸度、悬浮物、浊度、硬度、矿化度、硫酸盐、氟化物等方面超标。适于作回用水水源 。
2 矿井水的处理方法
2．1 洁净矿井水
此类水是未受污染的地下水，可直接用于生活和生产。通过对煤矿各含水层进行多次细致的采样分析，采取井下清污分流，使洁净矿井水从专设管路排出，这是煤矿最简便、最经济的利用矿井水的供水方式。
2．2 含悬浮物矿井水
此类水分布较广，全国大多数矿井排水均属此类型。悬浮物含量高主要是地下水受开采影响而带人的煤尘和岩粉，除悬浮物和细菌外，其余物理化学及毒理指标都符合生活饮用水的标准。此类矿井水经井下水仓初沉后排至地面，采用常规水处理工艺，即可得到合乎标准的生活和生产用水。
2．3 商矿化度矿井水
高矿化度矿井水也称含盐矿井水，主要含有s -、Cl-、Ca2+、M 、K 、Na+、HCO3-； 等离子可溶性固体总含量大于1 000 mg／L，水质多数呈中性和偏碱性，且带苦涩味，因此也称苦咸水。此类水主要因含盐量高而不宜饮用。处理高矿化度矿井水时，除了要进行混凝、沉淀等预处理外，其关键步骤是脱盐。脱盐的方法有很多，如离子交换法、蒸馏法、电渗析法和反渗透法等。其中电渗析法是目前处理矿井水较为成熟也较为经济的一种方法，是我国目前处理高矿化度矿井水的主要方法。
2．4 酸性矿井水
矿山废水中，酸性水的危害程度最大。目前，国内煤矿酸性水的处理方法主要是中和法。此外还有近年来新兴的生物化学处理方法和人工湿地法。
2．4．1 石灰石中和法
(1)基本原理
采用石灰石作中和剂与酸性矿井水进行中和反应，产生微溶的钙盐和易分解的碳酸，其反应式为：
CaCO3+H2S04=CaS04 +H2CO3--H2O+CO2
由于滤料处于不断滚动和摩擦状态，不断产生新的反应表面使反应能够连续进行。
(2)工艺流程
目前，国内以石灰石作为中和剂的主要有2种工艺流程：
①石灰石中和滚筒法。石灰石置于滚筒内，由滚筒的旋转扩大酸性水石的接触面，使中和反应继续下去；
②升流膨胀中和法。将细颗粒石灰石(d≤3．0 mm)装塔，水流自上而下通过滤料，发生中和反应。
2．4．2 石灰中和法
(1)基本原理
利用石灰中的fiaO与酸性水中的硫酸产生反应：
Ca0+H2SO4=CaSO4+H2O
(2)工艺流程
目前，煤矿酸性水主要采用石灰中和剂进行处理，某煤矿采用石灰中和法处理酸性水的工艺流程如图1所示。
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中和法是一种比较成熟的方法，可处理任何浓度、任何性质的酸性废水，中和剂一般多采用石灰石或石灰，由于来源广、价格低，再加上中和法操作简单，管理方便，工作环境好和处理费用低等优点，已成为处理酸性矿山废水中最为普遍的方法。但是，处理后生成的硫酸钙渣较多，且脱水难，堆存处理易造成水系统流域的二次污染。
2．4．3 生物化学处理法
该方法是目前国内外研究比较多的处理方法在美国、日本等国家已进行了实际应用。其原理是利用氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下将水中的 Fe2+氧化成Fe3+，以实现酸性矿井水的除铁。氧化亚铁硫杆菌能从Fe2+ 的氧化反应中获取自身生存和繁殖所需的能量，无须加任何营养液。
2．4．4 湿地处理酸性矿井水
目前处理酸性矿井水所需费用较高，也存在石灰渣的二次污染间题。因此在煤矿塌陷区的沼泽地带应尽量推行湿地处理技术，其原理是通过湿地植物、泥炭基质以及细菌对酸性水中的金属离子(Fe2+、Mn2+等)进行吸附、交换、络合和氧化还原作用，在酸性水中和的同时除去金属离子。该方法操作管理简便、处理费用低，效果良好。
2．5 特殊矿井水
特殊矿井水是指含有特殊污染物的一类矿井水，如含氟矿井水、含铁及重金属离子的矿井水、含油矿井水及含放射性物质的矿井水。目前这类矿井水发现量还不多。此类矿井水根据所含污染物的不同，分别有与其相对应的处理方法。如含氟矿井水可采用离子交换法、吸附、膜处理、电渗析、反渗透等方法处理；含油矿井水可采用气浮法处理。这类矿井水在作为饮用水水源来考虑时，目前的处理技术能否适用还需要深入研究。
3 矿井水综合利用
目前矿井水综合利用方向主要有两个，即生产用水和生活用水。其中生产用水又分为工业用水和农业用水。生产用水对水质要求不高，一般矿井水经简单净化处理即可满足要求。矿井水利用时，主要考虑以下几方面用水：
3．1 矿区井下用水
煤矿井下用水一般不需要作净化处理，只需经简单的混凝、沉淀、过滤、消毒等即可直接供井下使用，满足生产需要。防火灌浆是煤矿主要的防火方法之一，此法经济实用，操作简单，使用较普遍。防火灌浆对水质无特殊要求，只要PH值在6—8范围即可。因此，煤矿防火灌浆应主要考虑利用井下废水作为水源。只在水量不足时，用很少一部分生活水作为补充用水。此外，把多余的矿井水回灌到地下，补充了地下水资源，降低了采煤引起的地表沉陷。
3．2 矿井水用于选煤厂补充水
井下水在井底储水仓中停留时间一般不小于8 h，在井底水仓中投加絮凝剂可使其充分沉淀，沉淀后井下水悬浮物浓度一般小于400 mg／L(选煤补充水的悬浮物浓度要求小于400 mg／L)，在PH=6～8的范围内，完全可满足选煤补充水的要求。沉淀煤泥可用矿车运至地面与选煤厂煤泥进行统一处理，作为低发热量煤供锅炉房或电厂用。处理后井下废水作为选煤厂补充水，多余部分可直接排放或做为农业灌溉用水。窑街矿务局海石湾矿井选煤厂及华亭砚北煤矿选煤厂等均考虑用井下废水经简单处理后作为选煤补充水。
3．3 利用水质较好的水作为生活用水
矿井在掘进过程中，往往会碰到断层，在断层处一般有裂隙承压水涌出。经过长期观测后，确定其补给来源，再决定是否有利用价值。如果裂隙承压水未受污染，出水稳定，水质理化指标能够满足饮用水标准，只需进行简单的消毒处理，达到国家标准后，就可作为生活水源，从而解决矿井缺水的问题。在井下裂隙水涌出地，就近建井下水仓及水泵硐室，将井下水提升后送人地面储水池，在水池人口处投加消毒剂，经消毒处理后作为矿井的生活用水。
3．4 矿井水经常规处理后作为矿井非饮用水源
在一些矿井附近，矿井浴室、井下洒水、矿区绿化及锅炉房等生产、生活用水如果依靠井下废水来解决，将会大大减少饮用水的用量。
总的来说，井下水的处理和利用还未形成一个较系统的处理流程和方法。由于井下水量变化大，水质不稳定，因此可根据井下水不同的水质、水量，因地制宜加以处理和充分利用。矿井水的处理及利用，随着我国煤炭工业的发展，有着十分广阔的前景，其处理方法及流程也将不断发展完善。
3．5 矿井水综合利用实例
大屯矿区下属4个矿井根据循环经济理念，运用新技术、新工艺和新装备大力发展矿井水资源化利用工程，并做出了具体规划，先后在姚桥煤矿、孔庄煤矿、徐庄煤矿和龙东煤矿建成了现代化矿井水处理厂，其中姚桥煤矿矿井水处理工程已列为全国矿井水资源化利用的样板工程。矿区每年可利用净化矿井水800万rn，，回收大量煤泥，减少排污费，年获经济效益390万元。不仅使大屯矿区矿井水资源得到充分、合理利用，而且可大幅度降低现有供水成本，获得了丰厚的经济回报。
4 结束语
煤矿矿井水既是一种具有行业特点的污染源，又是一种宝贵的水资源。因此，将煤矿矿井水处理后作为煤矿工业用水、生活用水及其它用水，不仅解决了矿区缺水问题，而且充分利用了矿井水水资源，节省了地下水资源，具有明显经济、环境和社会效益，有利于煤炭产业和矿区经济的可持续发展。
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