煤矿矿井水处理工程存在的问题及对策

煤矿矿井水处理工程存在的问题及对策

马锦辉

湖南涟邵建设工程（集团）有限责任公司湖南长沙410001

摘要：水是人类赖以生存的重要资源之一，我国又是水资源严重紧缺的国家，人均拥有水量仅是世界人均水量的1/4。煤矿矿井水是一类重要的非常规水资源，指在采煤过程中所有渗入井下采掘空间的地下水。伴随着煤炭开采，大量矿井水产生并未经处理直接外排，不仅破坏地下水系，矿井水中所含煤粉和盐分还会对周围环境产生严重污染。我国西部地区，特别是山西、内蒙、陕西和新疆，煤炭储量占全国总量的80%以上，但水资源只占20%左右，属于严重缺水地区。为了实现西部矿区可持续发展，处理利用矿井水，实现矿井水资源化具有重大的环境和社会效益。

关键词：煤矿矿井；水处理工程；问题及对策

1高矿化度矿井水处理

1.1膜法脱盐

矿井水经过预处理后首先经过保安过滤系统，进一步脱除水中的悬浮物，使其达到反渗透系统的进水标准。经过保安过滤系统的水先进入中间水池缓冲，然后进入反渗透系统进行脱盐处理。为了保证脱盐后的回用水率，反渗透系统分为低压反渗透和高压反渗透两级，缓冲池的水先经过低压反渗透系统产生达标的回用水和一级浓盐水，回用水直接进入清水仓备用，一级浓盐水继续进入二级反渗透系统进一步脱盐浓缩，产出的浓盐水进入地下水库封存，清水进入清水仓备用。

1.2热法脱盐

低温多效蒸发是目前使用较广泛的一种热法脱盐技术，在海水淡化方面应用广泛。低温多效蒸发是将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热得到多次利用，从而提高热能利用率。蒸发器工作原理为高浓度含盐水由加热器顶部进入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动，在管内被加热汽化，被汽化的蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经汽－液分离得到浓缩液。浓缩液经结晶或喷雾干燥就可以实现矿井水处理零排放。这种处理方式特别适合有坑口电厂的煤矿使用，利用电厂的废弃蒸汽作为热源，可有效降低处理成本，实现高矿化度矿井水的高效低成本处理。

1.3蒸发结晶技术

蒸发结晶是高矿化度矿井水中溶解性总固体彻底固化的最终方法，主要有MED工艺和机械压缩蒸发（MVＲ）工艺。MED利用蒸汽加热物料，之后再利用物料产生的二次蒸汽加热后一效的物料，依次循环，一般三效蒸发具有较高的性价比，同时可以分别控制各效温度，有利于分盐操作；MVＲ相当于一效蒸发器产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力和饱和温度，增加热焓后，再送入蒸发器作为热源，替代生蒸汽循环利用，从而达到节能目的，但是存在蒸汽压缩机完全依靠进口，投资较高，以及无法单独实现分盐操作等缺点。

1.4深度处理技术

矿井水深度处理技术相对成熟，以BWＲO为主的超滤（UF）反渗透工艺和传统多介质+活性炭过滤的反渗透工艺最为广泛。前者适合净化处理效果较好，管理水平较高的煤矿，UF回收率可以达到95%以上，出水浊度≤1NTU，污染指数（SDI15）≤5，为反渗透处理提供较好的进水条件；后者适合净化处理效果一般或者铁、锰、油类较高的矿井水，操作略为复杂，自动化水平不高，但是抗水质波动能力较强，可恢复性高，出水浊度≤3NTU，SDI15≤10。二者对于难溶物质结垢的抑制主要通过药剂阻垢实现，在保证较低运行费用的前提下实现尽可能高的回收率，根据矿井水水质不同，回收率最高可以达到75%。传统电渗析与电驱离子膜（EDM）工艺原理类似，都是在电场作用下实现带电离子的分离，前者利用异相膜实现正负离子的迁移，其发展较早，近十年随着反渗透成本降低，应用较少；后者利用均相膜实现正负离子的迁移，属于新兴技术；但是二者都存在维护复杂、回收率不高、脱盐率较低等问题，在矿井水深度处理方面应用较少。

2煤矿矿井水处理工程问题分析

2.1调节池设置不当

煤矿生产中，不同时间段矿井排出的水质与水量存在较大差别，其中用电低峰期排出的水量大，持续时间长，为3h~4h，无疑给调节池提出较高要求。然而事实上，部分煤矿的调节池设置存在一些问题，例如，调节池的容积不足，无法满足水处理要求，排泥通畅性较差，给调节池的调节与预沉作用的发挥产生较大不良影响。

2.2净水器运行效果差

煤矿矿井水处理工程中应用一体化净水器，具有操作简单、能耗小、造价低等优点。但实际应用中一些煤矿未根据实际情况，对排出水的水质进行研究，导致净水器设计与相关参数的设置无法针对性，净水器的运行效果较差。研究发现，部分煤矿的净水器处理效果仅为设计水量的50%。

2.3消毒系统重视不足

煤矿矿井水处理工程中，对排出水进行消毒是重要的环节，然而部分煤矿单位认为煤矿开采并未产生一些化学或有毒物质，而且处理后的水多数用作工业用水，没必要进行消毒处理，并未按照要求设置消毒系统。

2.4污泥脱水效果欠佳

污泥处理中脱水是煤矿矿井水处理的重要内容，目前离心脱水机、带式压滤机、板框压滤机等在污泥脱水处理中较为常用，但这些设备存在不同程度的问题。例如，离心脱水机脱水污泥含有较高水分，运输难度大；带式压滤机虽然污泥处理效果好，但价格昂贵，一定程度上限制了其推广应用；板框压滤机具有投入成本低等优点，但污泥处理效率低，而且操作较为繁琐。

2.5不注重运行管理

煤矿矿井水处理中对管理人员的专业水平要求较高，需要管理人员对各种设备性能有个充分的了解，并能够熟练操作。但一些煤矿管理人员专业知识缺乏，煤矿单位未组织开展专业的技术培训，技术水平较低，给矿井水处理工作的开展造成不良影响。另外，一些煤矿未成立专门部门对水质情况进行深入分析，以设计合理的水处理系统，应用对应的水处理设备，导致设备利用率较低，性能未能充分发挥。

3矿井水井下处理的解决措施

与传统的矿井水地面处理相比，由于受到井下特殊环境的限制，井下处理还需解决一些关键技术问题，主要包括井下空间布置利用、设备安全防爆防腐、药剂扩散污染和系统自动控制等。

3.1井下空间布置利用

井下处理与地面处理的显著差别之一就是井下空间的有限性，井下处理设备的安装通常选择在废弃巷道，一般巷道的宽度为5m，高度为4m，很难容纳常规地面处理设备。为了满足处理设备在井下安装运行，除了选择高效小型化的模块处理设备，合理设计布置处理设备外，还需对巷道进行拓宽加固，对相关硐室进行改造。

3.2设备安全防爆防腐

煤矿对井下生产设备有特殊要求，必须满足防爆、防潮、防水、防尘和防电技术，因此必须对井下处理设备和相应的电气系统进行特别设计，以满足井下安全要求。井下环境较为潮湿，对铁质设备和管路腐蚀性较大，必须对关键设备进行防腐设计，采用钛等材料替换核心设备的关键部件。对管路和阀门等辅助系统进行严格的防腐处理，或采用玻璃钢等防腐蚀材料，运行期间定时检查设备及管路，及时更换受损部件。

3.3药剂扩散污染

目前矿井水去除悬浮煤粉和岩粉时，都需要加入PAC、PAM作为混凝剂。由于矿井涌水量变化较大，缓冲池容量有限，为满足沉降效果，药剂加入量往往过量。部分过量的药剂会随污泥和反渗透废水重新回到矿井水和地下水系，造成地下水污染。为了防止残留药剂污染地下水，开发无药剂的直滤系统，如陶瓷膜直滤系统，或采用采空区过滤技术，减少药剂使用量。

3.4系统自动控制

由于矿井水涌水量和水质变化较大，目前井下处理系统还无法实现地面水处理系统的自动控制。通过采空区过滤，煤矿地下水库对矿井水过滤和存储，实现矿井水水质水量稳定。同时采用地面处理自动控制系统，实现矿井水井下处理水质、水量监测，自动加药、排泥、警报等功能。

总之，煤矿开采是污染较为严重的工作，与当前环保理念违背，因此，煤矿单位应提高认识，做好煤矿开采各个环节的优化，尤其为避免水资源的浪费与污染，提高水资源利用率应做好矿井水处理工作。

参考文献：

［1］郦建强，王建生，颜勇．我国水资源安全现状与主要存在问题分析［J］．中国水利，2011（23）：42－51．

［2］顾大钊，张勇，曹志国．我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展［J］．煤炭科学技术，2016，44（1）：1－7．