煤矿矿井水处理工艺问题分析与优化

煤矿矿井水处理工艺问题分析与优化

郭英春

国电建投内蒙古能源有限公司

摘要：随着我国经济的发展，煤炭作为我国的主体能源，开采量巨大。伴随着煤炭开采及采煤人工干预过程对地质条件变化的影响，使地下水、煤层、岩层和微生物之间相互接触，发生一系列复杂的介质间物理、化学和生化反应，继而产生极具煤炭行业特色的矿井水。很长一段时间以来，由于未充分认识到矿井水资源的重要性，我国对矿井水资源疏于管理，矿井水往往未经处理直接外排，不仅对地表水、地下水造成严重的污染，还会导致矿区周边土壤性质发生变化，对当地环境产生不利影响。同时，我国煤矿矿区水资源结构单一，大多过度依赖地表水和地下水，矿井水的肆意排放加剧了矿区的缺水现状。研究矿井水的资源化，在缓解缺水、优化矿区水资源利用结构及防控环境的污染中发挥重要作用。

关键词：煤矿；矿井水处理；工艺问题；优化

引言

随着煤炭资源开采需求的提高，煤矿矿井水产出量不断增加。矿井水所含杂质较多、成分复杂，不经处理进行排放，不但会威胁煤矿周围的生态环境及自然环境的安全，而且也会造成大量水资源的浪费，现已引起了各界的广泛关注。相关研究表明，矿井水经过处理之后能够获得水质良好的水资源，既能够井下生产再利用，又能够用于井上生产和生活的杂水，缓解矿井区域的水资源不足，节约地下水的用量。不同地域的矿井水所含所含有害物质的成分和浓度存在较为明显的差异，使得相同的水处理工艺不能全部得到较为理想的再利用水，因此应因地制宜的设计矿井水处理工艺。基于某煤炭企业现有矿井水处理工艺，分析其存在的问题，开展工艺改进工作具有重要意义。

1煤矿矿井水处理工艺问题现状

结合煤炭企业实际矿井水产量和工艺现状，分析了当前水处理工艺存在的问题，表现在一下方面：第一是水处理工艺最初的处理能力为2200m3/d，虽经过了改造扩建，也不能满足当前要求4500m3/d的处理能力，部分经过粗沉淀之后直接排入了河流；第二是继续扩建场地受限，还要更换水处理设备，存在较大困难；第三是污泥池内的煤泥脱水效率较低，水仓底部淤积大量煤泥，使得水仓蓄积清水的能力不足，该工艺进行水处理需要完成2次/a~3次/a的清淤工作，清淤过程需要半月左右。综上所述，当前矿井水处理工艺存在一系列弊端，包括投资大、占地面积多、处理能力不足等，因此，引进新的处理技术，提高水处理能力和质量，对于降低煤矿井下生产和井上生活用水的风险意义重大。

2煤矿矿井水处理工艺问题的优化措施

2.1方案设计

煤炭企业相关统计结果显示，矿井水的最大涌水量为500m3/h，正常的涌水量为414m3/h，根据井下实际的水仓流入量计算得知，当前矿井水处理工艺不能满足井下实际矿井水涌出总量的要求，必须开展矿井水处理工艺改进。根据煤矿企业实际调研结果、整体布局和矿井排水布置等情况，确定了以下两种改进方案，分别如下：方案一是采用原来的矿井水处理工艺，扩建原有的水处理设施；方案二是在原有工艺原理的基础上引进新技术，提高现有水处理工艺的处理能力。分析上述两种方案可以发现，方案一进行改建需要征集地皮，更新水处理设备装置，同时，不会依然需要进行2次/a~3次/a的水仓清淤工作，需要投入大量的人力、物料和财力，还有就是改扩建之后会产生更多的煤泥，无处搁置；第二种方案是引进超磁分离净化技术，能够很好的解决上述方案一存在的不足，因此，最终确定采用方案二进行矿井水处理工艺改进。

2.2高矿化度矿井水

高矿化度矿井水主要由于地下水与含煤地层顶部岩层中碳酸盐类岩层及硫酸岩层长时间接触导致部分矿物溶于水，从而造成矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3－、CO2－3、SO2－4含量增多。南方部分煤矿是由于酸性矿井水与碳酸盐类岩层接触发生中和反应，导致矿化度增高;西北地区部分煤矿由于气候干旱，水分年蒸发量远大于降水量，造成地下岩层的盐分较高，地下水矿化度也比较高;沿海地区部分煤矿由于海水与矿井水发生混合，造成矿井水盐分增多。高矿化度矿井水净化处理的主要目标为脱除水中的无机盐(脱盐)，目前常用的处理方法包括蒸发法、离子交换法、膜分离法等方法。膜分离法主要包括电渗析(ED)法和反渗透(ＲO)法2种，此为目前高矿化度矿井水净化处理主流的工艺方法。①ED法是在外加直流电场力的作用下利用离子交换膜对溶液中离子选择透过性作用，从而使无机盐与水发生分离。近年来，使用ED法处理矿井水时存在净化程度低、水回收率低、能耗高等问题;②ＲO法是借助于半透膜、在压力作用下进行物质分离的方法。ＲO法的净化效果比较好，其优点是脱盐效果好、净化水的回收率高;缺点是操作压力高，对进水水质要求高，后续需要对浓盐水进行处置。早期部分煤矿采用蒸发塘技术对矿井水进行蒸发脱盐处理，该技术投资较低，处理成本也比较低。由于蒸发塘占地面积大、蒸发效果受季节性影响大和易发生渗透污染地下水等问题，现在使用该技术的企业较少。高矿化度矿井水主要的处理流程包括预调沉淀、渗透浓缩和蒸发结晶等，经渗透膜处理后的水可直接回用，膜浓水需再进行蒸发结晶富集无机盐。

2.3酸性矿井水的处理

pH值小于7的矿井水即为酸性，处理此类矿井水的方法一般有中合法、生物化学法及湿地生态工程处理法等。中合法处理中，由于石灰这一物质本身具备较强碱性且价格低廉，被广泛用于酸性矿井水的处理中。石灰、石灰石及大理石这类含有氧化钙成分的物质，一般情况下都可作为中和剂使用，而在处理酸性矿井水时使用最广泛的便是石灰石。生物化学法处理中，通过氧化亚铁硫杆菌的运用，在酸性条件下能氧化水中的Fe2+使其转变为Fe3+，紧接着通过石灰石的运用开展中和处理，即可中和酸性矿井水，并达成除铁的目标。湿地生态工程处理法中，该方法无需投入较高的资金，且运行中也不会支出太多的成本，加之具备便捷化管理的特点，其应用与发展前景相当可观。在应用该方法进行处理时，首先需要落实湿地中人工浅沼池的建造，用石灰石铺满池底部，用有机质填充在石灰石上，并选择具备净化作用的香蒲等植物种植在有机质上。矿井水在湿地生态工程处理后，会呈现出趋于7的pH值，能吸收水中部分污染物并再次投入工业生产中循环使用。

2.4高悬浮物矿井水处理

处理高悬浮物矿井水时通常选择反应混凝、静置沉淀、过滤去除沉淀物、消毒处理的流程，经处理后的矿井水可在生活生产中再利用。混凝中，需以悬浮物类型为根据合理调整混凝剂，并酌情考虑水利条件、使用剂量与效果。聚合氯化铝属于常用的一种混凝剂，具体应用中以水利条件及悬浮物类型为根据，通常确定为20mg/L~60mg/L的使用剂量。沉淀中，可结合预沉池处理高沉淀物矿井水。预沉池的制定是以煤矿行业特殊性为根据进行的，对矿井水不同排水量及耐负荷冲击予以充分考虑，该方法能取得可观的沉淀效果。过滤中，多选择普通滤池或无阀滤池。普通滤池因反冲洗系统缺乏的缘故，难以取得较高的过滤效率；无阀滤池虽然在水力的作用下反冲洗，但冲洗效率稳定性不高，无法保证水质。而以这两种滤池缺陷为根据研发的智能化新型冲洗滤池，既可为水质提供稳定性保障，又能省去反冲洗系统的安置，过滤效率显著。

结语

总之，对煤矿矿井水处理技术与利用现状进行分析，有利于促进煤矿矿井水处理工艺技术的不断优化提升，提高对煤矿矿井水的利用率。同时为我国煤矿生产中对矿井水的处理技术选择及其综合利用产业发展决策提供一定的参考和有效的保障，具有十分积极的作用和意义。

参考文献

[1]李福勤，李硕，何绪文，等.煤矿矿井水处理工程存在的问题及对策[J].中国给水排水，2012，28（2）：3.

[2]许晓云，王峰.煤矿矿井水处理工程存在的问题及对策[J].中小企业管理与科技，2020（1）：2.

[3]张振宇.煤矿矿井水处理工程存在的问题和解决对策[J].山西化工，2021，37（4）：3.