煤矿矿井水处理技术与利用现状浅述

煤矿矿井水处理技术与利用现状浅述

江满意

3203051982101 *** 13 江苏省徐州市 221611

摘要：矿井水指的是矿区所采集到的煤层以及开拓巷道附近的一种地下水，煤矿矿井水是一种重要的水资源，但因为不同矿山的地质条件等的因素各有不同，矿井水的杂质成分也有着很大的一个差异。文章对煤矿矿井水的处理技术现状进行了讲解。

关键字：煤矿开采；矿井水；矿井水处理

1、前言

矿井水水质会因为地区的不同而造成水质有着很大的差异，我国的矿井水水质成分主要是可溶性无机物以及悬浮物。依照我国的矿井水性质区分能够分成五种类型。我国近年来在矿井水的回收利用方面有着较大的成就，以下是对我国煤矿矿井水的回收利用技术以及处理后水的具体情况进行了一个分析。

2、我国矿井水处理技术现状

2.1、矿井水的分类

采用到了国家标准GB/T19223-2003大型煤矿用水的分类方法。根据矿井水中所含的可溶性固形物，大多数正负离子和大多数正负离子具有摩尔分数，并通过分类方法和综合分析对其进行分类。根据矿井水中阳离子化含量和总摩尔分数的比较，将其分为三类：钠水，钠钙水以及镁钙水。根据上述类型和物理组成的不同，矿井水一般分为五类。

2.2、国内矿井水处理技术现状

中国矿井水净化工艺的核心技术始于1970年代后期。目前，在矿井水的后处理过程中，已使用了用于深层净化地下水，河水和小湖水的大多数结构。例如，矿井水净化后的预沉淀可以调节池，收集池（或氧气池），过滤处理器的反应程度等。直接处理后，可利用城市生活用水或此类生活用水标准。净化技术的实现之一包括去沉淀，初始沉降池中的时间沉淀，混凝沉淀过滤处理，反渗透等。在直接处理之后，通常使用各种技术（例如高级堆积或沙滤沉积）处理废气的矿井水。是工厂生产用水或外部水处理，一般来说，采用先进的砂滤沉淀法（一级沉淀池公开响应过滤），然后进行核心技术处理；水处理后，必须再次彻底消毒。一些矿物质含有高含量的水和盐以及悬浮固体。直接处理后用作瓶装水，纯化后必须脱盐。

2.2.1、含悬浮物的矿井水处理技术

这种水包含大量的煤颗粒，岩石，粉末和悬浮液，其中大多数是棕色的，但其总硬度高且铁锰度不高。悬停物体的特征之一是它们悬浮在运动水中，但它们也可以在静止水中完全分离，具有浮力和沉重的特征。根据悬浮物的基本特性，以下用于重工业水净化的处理方法是一次沉淀池沉淀法。选择混凝剂的一般原理是生产大，重，强的疏松絮状物，对家庭净水效果好，对水质和环境无不利影响，价格低廉，供应充足。使用的沙滤器是铝盐和铁盐凝结剂，混合的过程是快速均匀地分配魔法药剂，并将它们在河水中过度分散。应在最短时间内与原水混合均匀，使水中所有溶液中的杂质与试剂有明显的相互作用。溶液中的杂质凝结成较大的明矾颗粒，这些明矾颗粒在蓄水池中被除去。吴强等人对混凝-微超滤膜分离技术在矿山废水处理及回用中的应用进行了技术试验研究。实验设计方法：絮凝-微滤-膜分离组合工艺处理含悬浮液矿泉水，微滤膜运行特性的变化对膜过滤的综合性能有影响，而生产过程中用悬浮液直接处理矿泉水的效果是：考察、研究、试验等，微型超滤膜继续以交替过滤/反曝气模式运行。

2.2.2、苦咸水的处理技术

含铁和锰矿物质超过1000mg/L的矿井水的水质指标大多是中性或碱性的，很少是酸性的。高碳酸盐矿井水对作物的生长无害，会使土壤盐碱化；当用作锅炉设备用水时，很容易结垢；当用作新建工程用水时，会影响砂浆的质量。中国南部缺水矿井的矿井水通常是高盐度的干水。必须有多种方式的即时纯化和脱盐工艺技术将其视为参考水和产品的生产水。目前，高盐度矿井水处理采用标准的阳离子直接交换淡化，水稀释，排放污染和能耗的方法，电渗析和反渗透是目前中国咸淡水脱盐和脱盐中常用的两种方法。ED方法利用离子交换膜在外部DC功率场力的促进下选择性渗透水溶液中的电离，因此完全分离是一个数学，物理和化学时间过程。用盐进行电渗析后，可以获得淡化的海水和冷凝水（浓缩水）。它的最大优点是它不需要再生细胞，并且可以连续排放水。生产过程系统非常简单，使用的设备更少；规模大且回水率低（通常约为50%），这需要对进水进行高预处理。近年来，高盐度尾矿淡化已被反渗透法逐步取代，反渗透是利用半透膜在心理压力下分离所有物质的方法。它能连续有效地去除水中的无机盐、低分子能无机物、病原体、细菌和病毒。其最大的优点是水的总回收率、脱盐率和出水。纯度高，优点是运行方式压力大，水质高，如果浓缩水处理不当，就会产生二次污染物。在反渗透技术的应用中，阻垢剂的应用技术是最重要的。工业生产应用充分证明，反向快速渗透的渗透脱盐率可达97%以上。何旭文等研究了各种反渗透技术和物理原理在小煤矿盐碱水中的应用。该水厂中含盐量为2000 mg/L的微咸水在实验室进行了测试并现场测试，各项指标均严重超标。经过1小时的曝气和1小时的沉淀时间后，将锰砂滤出进行预处理，然后直接进入反渗透系统（膜为CPA）。它们都具有非常清晰的去除效果，并且进水的质量优于瓶装饮用水的国家标准。当运行时间T=30min时，膜通风还可大大去除剥离后表面的泥饼层，减少膜污染，完全恢复膜通量，有效保持膜过滤的综合性能和稳定性；该技术对含悬浮空气的矿井水具有稳定的后续处理效果，系统实现了系统的不稳定，测量对象已能满足国家政府的基本饮用标准。肖丽萍对矿井水一级水池的处理工艺进行了科学研究。对矿井水进行了试验，实际结果证明，聚合三氯化铁与聚丙烯酰胺絮凝剂混合使用效果最好。最佳投加量为5mg/L、0.2mg/L，最佳混凝pH值为7。夏长斌等对煤粉的水分流失对人体表面的表面活性进行了实验研究。结果分析表明，阴离子表面活性剂和阴离子正离子表面非离子表面活性剂可以显着改善煤的过滤和大规模脱水等技术指标。

2.2.3、酸性矿井水的处理技术现状

酸性煤矿开采水是pH值低于5.5的矿井水。pH通常为3至3.5，有些大于3。总高酸非常高。当矿石中含有硫时，硫被氧化，病毒产生盐酸。煤和非金属元素容易在周围的岩石中融化。因此，矿井水中重金属和矿质元素中铁和锰的增加会增加盐度及其硬度。马兰煤矿通过实验和PHREEQC水文地质模拟，以各种方式计算了附着力分析，并科学研究了典型酸浊度中的Pb，Th，Be，Zn，Ni，Co，Cd，Cu，As，Cr，V，Ba等有害物质，研究证实：碱性矿泉水中的SO2-4，Fe，Mn，Al，Pb，th，u，be，Zn，Ni，Co，Cu等正离子的总含量煤矿高，对环境有潜在危害；鈶通过pH值，高含量的Fe Al Mn和水微粒中的各种矿物质的结合来控制元素在弱酸性矿井水中的迁移；随pH值升高的Fe，Al，Mn随着pH值的增加而迅速下降，这控制了极微量阳离子Pb，th，u，be，Zn和Cu的迁移的潜在风险和不道德行为；随着pH值的增加，碱性矿井水中的V不会被去除，但是会有更多的V溶解在水中；对于含硫化合物的矿井水，有必要在后续处理后充分控制水中氧化物含量的比较。到目前为止，大多数的含硫化合物直接处理方法都是根据凝结和积累过程设计的。这也增加了连续随访治疗的负，重用是有害的。因此，对硫化合物的后续处理进行了新的研究，即氧化反应法。所使用的氧化反应包括氯气，纯氧和环境空气。各种氧化性质会将S2-和HS-氧化为S2O32-或SO42-，然后生成其无毒的硫盐和碳酸盐。

2.2.4、含有害有毒元素或放射性元素矿井水

这种矿井水是指含有氟，铁，锰，铜，锌，铅，铀，镭和元素的水。处理含氟矿井水的主要原因是来自含氟量高的浅层地下水区域或煤炭和围岩中的萤石矿物CaF2或萤石方解石区域。喝高氟水很容易引起骨板质地疏松，牙釉质发育等疾病。目前，华南一些矿井水中的氟含量低于1 mg/F50。大多数含铁和锰的深井水是在真正减少含水层的前提下真正形成的，目前处于Fe2和Mn2低成本的状态，具有铁的气味，很容易变浑浊，减少了地表水的快速溶解氧。钙合金矿井水的方面是指含有各种元素（例如铜，锌和钯）的矿井水。许多元素的质量浓度完全符合排放的基本标准，但已达到瓶装饮用水的特定标准，因此不适合饮用。 U，Ra和纯天然放射性核素和放射性核素以及矿井水ra Rn衰变过程的必然结果。对于此类矿井水，在处理不符合中国主要目标水质环境物质的污染之前，应清除漂浮物。

2.2.5、矿井水处理技术研究

在中国南部的高硫矿区，弱碱性水更为普遍。有关设备和排水管道将损害建筑工人的健康；如果将其泵送到水泥地面上，将极大地影响土壤中的pH值，导致表层土壤压实和农作物产量泛黄，而岩层形成水的酸性增加，直接或间接影响木质生物的生存。碱水的后续处理方法有四种，依次为中和法，生化法，湿地生态系统改造工程处理法。赵风华等人研究了水中碱性碱矿中相关元素的迁移特征。利用感应线圈耦合关系和阳离子质谱方法，阳离子液相色谱法和粒子流衍射法对酸性矿山进行了深入研究。水矿床中的理化成分和相组成在一起。姚恩谦等人进行了二氧化钛光催化直接处理尾矿的实验研究，效果良好。最终结果证实，以生物活性炭为载体的后处理过程以二氧化钛为核心，对矿井水进行深度再处理。31mg/L降至8.1mg/L，TOC从原来的33mg/L大大降低至13.2mg/L，采油清洗后的比率为91.8%，总细菌清洗后的比率为95.7%，大肠杆菌的去除率是100%。

2.3矿井水深度处理技术

矿井水深度处理，主要是去除总硬度、硫酸盐和溶解性总固体。硬度是水质的一个重要指标，硬度盐类包括Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等易形成难溶盐类的金属阳离子。硬度又可区分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度，前者在煮沸时易沉淀析出，亦称暂时硬度，而后者在煮沸时不沉淀析出，亦称永久硬度。对大屯煤电公司矿区煤矿矿井水而言，硬度主要是钙离子和镁离子，其它离子含量很小。硬度以永久硬度为主，暂时硬度占的比例较少。目前去除水中的硬度处理主要有下面几种方法：

一是基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物，使之沉淀析出，这一方法称为水的药剂软化法或沉淀析出软化法。

二是基于离子交换原理，利用某些离子交换剂所具有的阳离子(Na⁺、H⁺)与水中的钙、镁离子进行交换反应，达到软化的目的，称为水的离子交换软化法。

三是膜分离原理，电渗析利用离子交换膜的选择透过性，在外加直流电场作用下，通过离子的迁移，在进行水的局部除盐的同时，达到软化的目的；反渗透是在施加压力作用下，使浓水中水分子通过反渗透膜进入淡中水，达到脱盐除硬的目的。

大屯矿区矿井水主要采用反渗透（RO）技术，在压力作用下进行物质分离的方法。它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物。净化处理的矿井水，通过计量泵分别加入絮凝剂、氧化剂，提高活性炭的过滤效果，降低出水浊度、微生物含量。活性炭过滤器出水进入精密过滤器（10μm）、保安过滤器（3μm），同时添加还原剂，满足RO系统进水要求。为了提高RO回收率，防治浓水侧发生盐类沉积，通过计量泵加入一定比例阻垢剂。RO出水进入产生池，由供水泵送至煤矿生产、锅炉房使用。

3、常规矿井水处理技术

传统的矿山工业污水处理技术是去除水中的空气悬浮物。由于煤矿水中的漂浮物其次是粒径很小的矿渣和石粉，它们进入水体时呈深灰色，水质指标普遍较高，仅采用不可避免的沉淀法很难去除水中的漂浮物。去除化学物质的目的是利用它自己。添加化学药剂后的采矿悬浮物的去除，可通过无土地、无沉淀物、过滤、彻底消毒等方法实现，煤矿水处理的常规过程包括凝结，积累和过滤。迄今为止，药物制剂的方面是铝盐和铁盐。最常见的絮凝剂是聚合的硫化钠和聚合的硝酸铝。助凝剂的选择通常是聚丙烯酰胺。PAM是一种无机高分子材料试剂。它对室内温度和矿井水的pH值变化具有很强的适应性，最终价格昂贵，加药成本低，因此得到了广泛的应用。凝结后，矿井水必须沉淀一段时间，以除去悬浮的固体，申报池可分为两类：污泥空气悬浮型和污泥循环不良型。到目前为止，一种方法是使用污泥循环过程式开放式反应池。水循环过程净化由于其强大的承受新冲击和大负荷的能力以及易于维护的设施而被广泛使用。通常，在过滤掉废水之后，常用方法的过滤器处理器结构是普通桶式过滤器和重力场无阀过滤器。通常，褐煤和云母砂被用作过滤材料。快速过滤器的面积较大，并且管道通道已重新布置，反冲洗过程更加复杂；自身的重力式无阀过滤器最重要的突出优点是，当水分配阻力点太大时，系统可以自动进行反冲洗。高矿化度排水的处理方法是非常关键的，而煤炭开采水的脱盐是多环节的。一般来说，在脱盐前，应采用一般方法对煤矿水进行再处理。蒸馏法处理高矿化度矿井水的总成本过高。电渗析技术曾是直接处理高盐矿山废水的四种常用方法之一。但是，电渗析两侧的阳极氧化膜容易形成分子能级，而阴极阳极容易沉积，膜的外表面也容易沉积。它消耗电阻值并提供电能。影响污水排放量和水质标准，总体成本较高。目前，各种反渗透技术已被电穿孔法取代，用于矿井水处理的脱盐处理工艺。

4、结束语

由上可知，我国煤矿主要都集中在陕西省、内蒙古自治区等较为缺水的地区，为此对矿井水的处理以及回收利用对改善到当地人们生活水平有着十分重要的意义。我国目前的矿井水利用率和发达国家的相比还是有着较大的差距，为此相关工作人员应当进一步发展和开发到新型的矿井水处理工艺以及技术，为我国矿井水的发展提供到一定的帮助。

参考文献

1. 贾佳, 张成. 高压法低密度聚乙烯工艺技术现状及进展浅述[J]. 化学工程与装备, 2019(6):258-259.

2. 张北源, 张振华, 肖迪. 浅谈煤炭矿井水处理后作为饮用水的现状与应用探讨[J]. 黑龙江环境通报, 2013, 000(003):77-79.

3. 唐超, 王健, 路勇,等. 高矿化度矿井水处理与利用的工程实践[J]. 内蒙古煤炭经济, 2019(5):58-59.

4. 王敏, 周树道, 杨忠,等. 深度学习技术浅述[J]. 自动化技术与应用, 2019(5):51-57.

5. 折明岗, 贺江. 浅谈煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2013, 000(036):1-3.

6. 索滢. 浅谈矿井水现状及处理技术[J]. 企业导报, 2015, No.295(15):85+110..

7. 煤矿矿井水的处理与综合利用[J]. 梁永生. 山西科技. 2018(03)

[8] 煤矿矿井水处理新技术及发展趋势[J]. 赵枢娟.  山西科技. 2018(03)