矿井水处理及回用技术

矿井水处理及回用技术
摘要：我国煤矿矿井水处理大多数只停留在为排放而治理。

然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，通过深度处理后回用于井下防尘、绿化、电厂冷却水等工业用水，也可以用作生态景观用水，也可以深化处理成饮用水，减少地下水的开采，节约水资源，达到节能减排的目的。

关键词：矿井水、回用
我国煤炭资源丰富，年产量居世界之首，一般情况下，每挖1吨煤，矿坑排水量约0.88m3，但大多数煤矿，每挖1吨煤可排放2-3m3的水，目前，枣庄市煤炭年产量2000多万吨，矿井年总排水量在1000多万吨以上，其再利用率目前还不到20%，水资源浪费惊人。

而在煤炭开采大量破坏和排放水资源的同时，为了维持矿区的正常生产和生活，又必须打深井大量抽取地下水。

随着矿区生产的发展和人口的增加，用水量越来越大，井越打越深，抽取地下水越来越困难，费用也越来越高，矿区工农业用水日益紧张。

因此，加速矿井水资源的开发和利用，寻求先进而又经济可行的工艺和技术处理矿井水作为生产和生活用水，已成为保证煤矿正常生产经营，提高企业综合效益，实现可持续发展的必由之路。

一、矿井废水的产生及特点煤矿矿井废水包括：煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。

因此，它既具有地下水特征，但又受到人为污染。

矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。

因此，对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。

二、矿井废水主要处理技术我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。

煤矿矿井水主要含有极其细小的煤粉和岩尘，靠自然沉降很难去除，通常采用混凝沉淀的方法去除矿井水中的悬浮物，现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。

处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。

􀁺三、再生水回用技术
矿井水处理后达标排放是目前矿井主要的运行方式，造成地表塌下，矿区地下水位下降，水资源匮乏。

然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。

对矿井水深度处理，回用于生产、生活，减少了地下水的开采。

目前，枣庄市煤炭年产量2000多万吨，矿井年总排水量在1000多万吨以上，各个煤矿适应经济发展和环境保护的要求，积极探索矿井水回用的新路子。

1、采用混凝（絮凝）、沉淀（澄清）、过滤将矿井水净化处理后作为工业用水。

枣庄金庄煤矿日处理矿井水13000m3/d,回用于井下防尘，地表绿化、道路洒水、煤场防尘、电厂冷却循环用水，剩余部分达标排放，采用的工艺如下⑴：矿井水从井下提升至污水处理站经过管道加药，进入混凝反应池，进斜板沉淀池，出水进无阀滤池，过滤后清水然后经清水池，清水部分回用，剩余达标排放。

2、根据矿井自身所在的位置和生态环境，构建矿井水生态化利用体系，矿井水回用于生态、景观用水。

山东省枣庄矿业集团滨湖煤矿根据滨临微山湖的地理优势，充分利用周围现有的涝洼地、塌陷地，用矿井水用于湿地用水。

将矿井水处理与景观结合在一起的方式，，将其分为沉淀区、水生植物净化区、水生植物种植区、水生动物养殖区等五部分，集矿井水处理、净化、养殖、种植、景观，又集经济效益、生态效益、社会效益于一体的处理方式。

原则上可以将矿井水进入沉淀坑塘，直接沉淀，然后进入生态处理系统，但是为了确保地表水水质安全起见，首先将矿井水初步混凝沉淀，出水再进入生态净化系统。

水生植物净化区有芦苇、蒲草、菱角等水生植物，发达的根系吸收部分有机物和无机盐，宽阔的水面使水流变缓，植物分泌的胶体促进悬浮物进一步沉淀，出水达到功能区地表水质要求。

随后进入水生植物种植区，人工养殖的莲藕、菱角，争奇斗艳成为社区的休闲景观，下游可以养殖鱼、蟹，人工养殖的莲藕、鱼类均能带来一定的经济收入。

3、将废弃矿井水经过生化深度处理，用作生活饮用水。

原枣庄煤矿北大井开采于1878年，1999年因煤炭资源枯竭而关井。

但在百米井下纵横交错的2万多米巷道中，几年来涌出地下水达4亿立方米，矿井水处理厂将废弃矿井水经过生化深度处理，提高到生活饮用水标准；又经过对部分生活用水的再处理，变成了桶装纯净水。

经枣庄市卫生防疫部门检测，废弃矿井水净化后生成的生活用水和纯净水的各项指标均优于国家标准。

日处理矿井水1万吨，其中90%用于市级供水管网的生活饮用水，10%用于制备桶装纯净水。

生活饮用水处理工艺流程如下：
(1) 矿井水的除硬处理
矿井水用提升泵提升至地面后送入石灰混合池，将含水率80%的膏状石灰制成石灰乳由水泵输送浆液至石灰混合池。

石灰法除硬技术是通过投加石灰来增加水的碱度，使溶解在水中的暂时硬度转变成溶解度很低的碳酸钙和碳酸镁，从水中析出。

其化学反应如下：
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2 CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2→2 CaCO3↓+ MgCO3+2H2O
(2) 矿井水的除浊处理
除硬后水溢流进入混凝剂混合池、絮凝剂混合池，投配器将配置好的混
凝剂、絮凝剂投入池中，加入混凝剂、絮凝剂后的水依次进入反应池、沉淀池。

该法不仅可以去除直径1um以上的悬浮形态的杂质，同时还可去除直径10nm～300nm之间的胶体形态的杂质，处理后的出水浊度在3度以下。

(3) 矿井水的除铁处理
通常水中铁离子是以Fe2+的形式存在，欲除去水中二价铁，首先采用空气氧化将其转化为三价铁，以降低其溶解度使其从水中析出。

由于反应过程有氢离子产生，必须使水保持适当的碱度方可。

其化学反应如下：
4Fe2++ O2+10H2O→4Fe(OH)3↓+8H+
工程采用曝气法氧化除铁后，泵入石英砂过滤器过滤进一步除去其中的细小杂质。

(4) 矿井水的除盐处理
工程采用反渗透法除盐处理技术，该法不仅能去除水中的无机盐类，还能去除水中的有机物质。

(5) 矿井水的消毒处理
使用二氧化氯作为消毒剂进行消毒处理，然后作为生活饮用水进入市级供水管网。

纯净水制备工艺流程：
将中间水箱储存的生活饮用水经增压泵打入二级反渗透装置，然后经灭菌处理后进入纯净水箱，最后进入纯净水罐装线。

纯净水制备工艺流程见图4。

矿井水经上述工艺处理后，出水的水质可达到生活饮用水和桶装纯净水标准。

四、总结
矿井水处理后达标排放是目前矿井主要的运行方式，造成地表塌下，矿
区地下水位下降，水资源匮乏。

枣庄矿区因地制宜，探索适合各自情况矿井水深度处理处理工艺，回用于井下防尘、地面洒水、地表绿化，电厂冷却等生产方面；利用湿地净化功能，又提供生态景观用水，达到经济效益、社会效益、环境效益的高度统一；通过膜渗透深度净化封闭期矿井水，用于生活饮用水解决了矿区地下水位下降，吃水难的问题，减少了地下水的开采，节约水资源，达到节能减排的目的。

参考文献：⑴中煤国际工程集团南京设计研究院《枣庄金庄煤矿矿井水、生活污水处理工程初步设计》2004.3
⑵张安兴《滨湖煤矿矿井水生态化利用》环境保护2010.09期
⑶薛军《煤矿矿井水处理方法废水的研究》环境保护科学2005年第01期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。