我国煤炭矿井水的特征、处理及综合利用概况
摘要
水资源危机是21 世纪人类面临的最严峻的问题之一。而煤炭是我国重要的基础能源和原料,在国民经济中具有重要的战略地位,在我国一次能源结构中,煤炭占到70%以上。在我国，煤炭生产以地下开采为主, 为了确保井下安全, 必须排除大量的矿井水。据统计我国每年矿井水排放量高达45亿m3, 约占整个采矿业(有色冶金、黄金、化工等矿山)的80％,而利用率仅为43.8%。其中大部分矿井水未经处理就直接排放到江河湖泊, 造成严重的环境污染, 从而也加重了水资源的短缺问题, 已影响到我国煤炭工业的进一步发展。据统计，全国约有70%的矿区面临缺水,有40%的煤矿严重缺水,国有煤矿缺水达69～86万m3/ d,其中生活用水缺33～60万m3/ d。煤矿排出的矿井水水质差异非常大, 少量矿井水质较好, 无需处理, 即可达到饮用水标准。但大量的矿井水受水文地质及采煤过程的影响,含有大量悬浮物、高矿化度、显酸性、甚至含重金属离子, 有的还含氟、有机污染物和放射性物质等污染物, 这些矿井水污染程度低, 资源化相对容易, 成本较低, 经处理后有多方面的用途。因此矿井水的资源化对于缓解矿区面临的资源和环境问题, 提高人民生活质量, 实现矿区的科学发展具有重要战略意义。
关键词：煤矿； 矿井水； 综合利用
1 我国煤矿矿井水的分类、分布特征及利用现状
我国煤矿矿井水按所含的成分可分为洁净矿井水、高浊矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及有毒有害离子矿井水
1.1洁净矿井水
1.1.1 洁净矿井水的水质特征
洁净矿井水是在采煤过程中为防止矿井水害，在井下铺设专用管线抽取岩层裂隙水、溶洞水、老塘水。该类矿井水洁净透明，除菌群外，其余指标均符合国家生活饮用水标准，经消毒后可直接作生活饮用，该类矿井水是解决矿区生活饮用水最经济的理想水源。
1.1.2洁净矿井水的分布
洁净矿井水多数是从奥陶系石灰岩中涌出的,水质一般较好,只要在源头处妥善截流, 通过井下单独布置的排水管道将其抽出,基本不含悬浮物,经过简单消毒处理, 即可作为生活饮用水。这类矿井水由于本身水质较好,处理工艺十分简单,供水成本较低,经济效益明显。如开滦荆各庄矿采取清污分流措施,每年获得洁净矿井水,解决了矿区生活用水来源。
1.2高浊矿井水
1.2.1 高浊矿井水的水质特征
高浊矿井水一般指除悬浮物、细菌及感观指标外, 其它理化
指标满足饮用水卫生标准的矿井水。它的水质特征是悬浮物含量高,感官性状差，悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢，在混凝过程中矾花形成困难,沉降效果差。 1.2.2 高浊矿井水的分布及处理
对于高浊矿井水在我国北方矿区分布较广，如平顶山、焦作、开滦、峰峰、邯郸、及华东、东北部分矿井的矿井排水多属该类水质。对这类矿井水从处理技术来说不成问题, 只要采取常规的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺, 即可使出水水质达到饮用水标准要求, 关键是如何根据悬浮物含量的高低、水量的大小选择合理的净水设备, 简化工艺,以便经济地实现矿井水资源化。对于这类矿井水由于比较容易处理, 处理成本也较低, 是目前矿区净化利用最普遍的一类矿井水。
1.2.3 高浊矿井水处理利用存在的问题
高浊矿井水净化处理通常采用化学混凝法,矿井水与混凝剂首先通过水泵混合、管道混合器混合和机械混合等混合方式混合均匀。再经过沉淀池或澄清池做净化处理。最后净化后的矿井水需要经过过滤进一步去除水中的悬浮物。但是矿井水中主要含有以煤屑为主的悬浮物,具有加药后形成的矾花结构松散、沉降速度慢等特点。许多高浊矿井水处理工程在投入运行后,设计水量和水质达不到设计要求,主要是因为反应不充分、平流或斜管沉淀池表面负荷取值不合理所致。并且不同煤矿的矿井水中所含悬浮物的浓度差异较大,决定了投加混凝剂种类和数量不尽相同。由于混凝
药剂选择和投加不当,使得一些煤矿矿井水处理后达不到预期效果。由于不能及时对进水和出水水质、处理流量、加药量、水池液位等进行监控,许多矿井水处理工程只有水泵和简易的加药装置, 因此,矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。煤矿井下生产使用的采掘机械需要使用乳化油和机油,油类物质进入矿井水中,采用常规混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。
1.3 高矿化度矿井水
1.3.1 高矿化度矿井水的水质特征
高矿化度矿井水是指阴阳离子含量的总和超过1000 mg/L的矿井水，其中包括高硬度的矿井水。高矿化度矿井水约占全国煤矿矿井水量的40%。它是地下水与煤系地层中碳酸盐类岩层及硫酸岩层接触,该类矿物溶解于水的结果。使矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-增多,有的酸性矿井水与碳酸盐类岩层中和,导致矿化度增高。也有的矿区气候干旱,年蒸发量远大于降水量,地层中盐分较高,地下水矿化度相应增高, 少数矿区处于海水与矿井水交混分布区,因而矿井水盐分增多。 1.3.2 高矿化度矿井水的分布及处理
对于高矿化度矿井水, 它主要分布于西北高原、黄淮海平原、东北、华东部分矿区, 而这些矿区也多是我国煤矿缺水最严重的地区, 因此对高矿化度矿井水的净化利用, 已是解决严重缺水矿区缺水问题的一条捷径。高矿化度矿井水主要是因含盐量高而不
宜饮用, 目前已有比较成熟的脱盐技术即电渗析技术可满足这一要求。电渗析技术处理高矿化度矿井水, 虽然处理成本上偏高一点, 但与这些严重缺水地区本身供水成本就较高的事实相比较, 能够发现电渗析技术净化高矿化度矿井水作饮用水在经济上还是可行的。
1.3.3 高矿化度矿井水处理利用存在的问题
高矿化度矿井水的利用以前在工程中常用电渗析法, 但电渗析不能去除水中的有机物和细菌,设备运行能耗大,使其在高矿化度矿井水淡化工程中的应用受到局限,因而原有电渗析装置在高矿化度矿井水淡化方面逐渐被反渗透装置所取代。但是反渗透膜污染问题是一个亟待解决的问题,它严重的影响了高矿化度矿井水的处理与利用。
1.4 酸性矿井水
1.4.1酸性矿井水的水质特征及分布
不同地区的酸性矿井水的物理和化学性质有较大差异,但共同的特征是Ph 值较低,一般在2～5 之间。由于酸性矿井水是由硫化物,主要是黄铁矿(FeS2)氧化产生,所以水中的Fe、SO42-的浓度很高。总铁含量一般在300～800mg/L 之间,有些矿井水超过1 g/L ,其中Fe2+ 含量一般在200～300mg/L; SO42-含量在几百至上万mg/L,有时高达15g/L,大大超过饮用水250mg/L 的上限标准。酸性水在演化过程中,对围岩的溶蚀作用导致水中Ca2+、Mg2+离子的含量增加,从而使水的总硬度偏大。黄铁矿、煤和围岩中所含重金