煤矿井下疏干水处理与回用技术

煤矿井下疏干水处理与回用技术

吕雄

国电建投内蒙古能源有限公司

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，煤矿行业在我国发展十分迅速，煤矿井下疏干水主要指煤炭开采过程中井下地质性涌渗水到巷道，为安全生产而排出的自然地下水和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废水。煤矿井下疏干水排水量和矿区地理位置、煤田水文地质条件及充水因素、采煤方式等有关。对煤矿井下疏干水进行处理并加以综合利用，不但可以避免对水环境造成污染，还可以防止水资源浪费。处理后的水可回用于矿区生产、绿化、防尘等，还可以作为矿区周边企业的工业补充用水，矿区周边农田灌溉用水等，经深度处理甚至可作为居民生活用水水源。对于缓解矿区水资源不足、改善矿区生态环境、最大限度地满足生产和生活用水需求有着重大意义。

关键词：煤矿；疏干水；达标排放；井下回用

引言

疏干水是在煤炭开采过程中开拓巷道打破含水层屏障时产生的涌水，由于能源需求激增，疏干水量将伴随着大规模采煤而逐年增长。全国煤矿开采总涌水量约42亿m3/a，而利用率仅为26%，其余水量往往会直接外排，不仅在一定程度上浪费了地下水资源，而且由于其较差的水质也会对生态环境产生负面影响。我国煤炭资源具有西多东少、北多南少的分布特征，与水资源在空间上呈逆向分布，一大部分煤矿都分布在水源匮乏、生态环境脆弱的西北干旱和半干旱地区。针对这些区域，在减少煤矿疏干水产生危害的同时合理使其资源化利用显得尤为重要，这不仅有利于煤炭行业清洁生产与循环经济的发展，而且可以缓解水资源供需矛盾，改善生态环境。

1疏干水的水质特点

矿井疏干水普遍具有水源水质复杂、多变，含盐量、硬度(主要为永久硬度)、铁、铝、锰等的含量均较高的特征，表1是某一时间某矿井疏干水水质情况。矿井水样具有的特点:含盐量高;酸度高;硬度组成全部为非碳酸盐硬度，且钙离子和镁离子浓度均高;COD含量高;氨氮、悬浮物、细菌等指标也偏高;铁、锰、Al含量极高;含有Ba，Sr等特殊元素。

2煤矿井下疏干水处理与回用技术

2.1除氟处理工艺

某煤矿进行了1200m3／h疏干水除氟工艺改造。该工艺与常规处理工艺比较，主要增加了气浮除油和除氟滤池单元，其中除氟滤池采用的是活性氧化铝吸附法。含氟水经过比表面积较大的活性氧化铝吸附过滤层，设计滤速为6~10m／h，在合适的pH值（＜7．0）条件下，水中氟离子被吸附生成难溶解的氟化物而被除去，吸附剂失效后，用氢氧化钠溶液进行再生，以恢复其吸附能力。运行结果表明，该工艺出水氟化物指标满足GB3838—2002Ⅲ类水质标准中小于1mg／L的要求，处理后的出水排入附近地表水系或回用于矿区绿化、防尘。但该工艺存在如下几个问题：①工艺流程长，中间提升次数多，动力消耗大；②精密滤池采用传统石英砂过滤，污堵造成处理水量不足；③酸碱调节繁琐。活性氧化铝吸附氟离子在酸性条件效果较好，而伊金霍洛旗受地质环境影响，疏干水基本呈弱碱性，运行过程需要加酸调节pH值，处理后的出水需要重新加碱以满足排放要求；④吸附饱和后的活性氧化铝需加碱再生，整个过程药剂耗费量大，操作复杂。此工艺方案在解决疏干水氟化物超标问题上有一定的借鉴意义，但需要在设计时充分利用势能差，减少提升次数及能耗。此外，开发和使用适用于弱碱性环境的高效氟离子吸附剂将为该工艺的推广提供技术支撑。

2.2回用水水质

矿井疏干水主要来自煤矿开采过程破坏煤系上覆含水层后所形成的井下涌水，初始流入井筒的涌水因未受到污染而较为清洁，在煤矿开采过程中才受到污染。根据对小纪汗矿井水水质的监测发现，该矿井水属于中性水质，有毒重金属含量低，但硫酸盐、溶解性总固体及总硬度较高，由煤粉所引起的COD量、大肠杆菌数及细菌总数也较高。其中，由水中还原性碳元素所导致的COD随悬浮物去除后会随之去除。根据出水水质及回用水水质相关要求，主要采取反渗透工艺措施进行矿井水处理。

2.3回用于生活饮用处理工艺

由于采煤活动长期抽取地下水，部分矿区出现生活饮用水源不足的问题。疏干水作为受人为扰动的地下水，在生活饮用水源受限的情况下具备作为饮用水源的潜质。该工艺在伊金霍洛旗某煤矿得到应用，取得较好效果。该工艺的特点是：煤矿井下疏干水经井下水仓自然沉淀后进入原水箱，首先进行气浮除油、混凝沉淀，再经过多介质过滤器截留水中细小悬浮颗粒，达到去除水中绝大多数悬浮颗粒和部分大分子有机物、胶体物质、金属络合物等污染物的目的。多介质过滤器出水经消毒后进入中间水箱，部分直接回用于矿区冲厕、洗浴等，部分经增压泵打入RO系统，利用RO膜过滤有效去除水中的溶解盐、胶体、细菌和大部分有机物等杂质。最后，经过进一步消毒处理后出水达到GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》要求。

2.4除重金属单元去除量计算

(1)Al:水中溶解的铝离子，以氢氧化铝沉淀析出，使水中残余铝离子小于0.81mg/L。原水铝离子浓度:672.84mg/L;铝离子残余浓度:小于0.82mg/L;氢氧化铝沉淀生成量:1941.3mg/L;氢氧化钙理论消耗量:2763.9mg/L。(2)Fe:水中溶解的二价铁离子(原水pH2.95，基本不存在三价铁)通过曝气氧化，以氢氧化铁的形式沉淀析出，溶液中残余铁离子浓度小于0.118mg/L。原水中二价铁离子浓度:3385.2mg/L;铁离子残余浓度:小于0.118mg/L;氢氧化铁沉淀生成量:6528mg/L;氧气的理论消耗量:483mg/L;氢氧化钙的理论消耗量:4473mg/L。(3)Mn:水中溶解的2价锰离子，以氢氧化锰的形式沉淀析出，根据氢氧化锰的溶度积推算，溶液中的2价锰离子浓度为3.5mg/L。原水中二价锰离子浓度:90.02mg/L;处理后残余锰离子浓度:3.5mg/L;氢氧化锰沉淀理论生成量:140mg/L;氢氧化钙的理论消耗量:116mg/L。(4)Mg:根据氢氧化镁的溶度积推算，在溶液环境pH为9.4时，水溶液中2价镁离子的饱和浓度为456.5mg/L，因此水中溶解的2价镁离子，在此过程中并不能形式沉淀析出处理后残余镁离子浓度为:403.3mg/L。

结语

疏干水由于矿化度较高，导致其单位处理成本高于取水水价，但这种比较却忽略了供水工程的建设费用。本次研究在考虑不同水源不影响煤化工企业实际生产效益的前提下，综合对比供水工程及疏干水资源化利用项目的投资、运行费用和附加收益，结果显示后者费用更少，并且该项目在为企业节省开支和实现零排放的同时给区域带来社会及生态环境效益。本次研究在具体分析疏干水资源化项目效益时提出并采用各指标进行计算，鉴于不同企业规模及产品不尽相同，今后可依据更为详细的数据分类计算各指标，并结合精准的社会和生态效益计算方法，提升该评价体系的适用性。

参考文献

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