属, 如As、Mn、Cu、Zn、Pb、Ni、Co、Cd等,也在酸性条件下溶入水体,以毒性更强的离子状态存在。并且由于水中含有大量的煤粉和开采过程中人为活动的影响, 导致酸性矿井水的COD值通常很高，加大了对这种矿井水的处理难度。
酸性矿井水主要分布在南方矿区, 北方缺水矿区较少发现。 1.4.2 酸性矿井水处理利用存在的问题
我国酸性矿井水基本上是采用中和化学法处理,投加碱性药剂或以石灰石、白云石为虑料进行过滤中和。此外,人工湿地生态工程处理法处理酸性矿井水是近年来迅速发展起来的一种处理技术,具有很好的推广前景。但是常用中和法的设备比较庞杂,噪声大,环境条件较差,二次污染严重。反应产物CaSO4、Fe(OH)3 与过剩的石灰石混杂在一起, 对剩余污泥的处理比较困难。
1.5 含有毒有害离子矿井水
含有毒有害离子矿井水是指矿井水中出含有SS、菌群外，还含有大量的F、Cu、Hg、Cr、Zn、Pb等有毒重金属离子及含有氡、镭等放射性核素。据调查，我国煤矿尚未发现上述离子含量超过国家排放标准的矿井水。但是在江西丰城和广西合山等许多矿区的生活饮用水所含上述离子超过国家饮用水标准。长期饮用这种有害离子超标的矿井水，会引起生理上的病变，极大的影响矿区附近群众的身体健康。
3 矿井水的处理技术
3.1 蒸馏法
蒸馏法以消耗热能为代价, 是对高矿化度矿井水进行热力脱盐淡化处理的有效方法, 适用于处理含盐量超过3000mg /L 的矿井水。但是存在的主要问题是需要防止热交换表面结垢。前苏联曾经采用过这种方法, 但由于成本消耗过大而弃之不用。
3.2 电渗析法
电渗析是在外加直流电场的作用下, 利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性, 使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。含盐原水经过电渗析器后, 便可得到淡化水和浓盐水。电渗析技术是处理高矿化度矿井水较为成熟、经济的一种方法, 尤其适用于含盐量小于4000mg /L的矿井水。目前我国煤矿高矿化度矿井水脱盐处理多选择该技术, 经过电渗析脱盐、消毒处理后水质可达到我国生活饮用水的要求。一般淡化水量为总进水量的50% ~ 70%。
3.3 反渗透法
反渗透就是利用高分子膜, 以超过滤液渗透压的压力将溶剂和溶质分离的过程。分离介质为高分子膜, 全过程无相变, 不发生化学变化。对水溶液来说, 在压力推动下, 只有水分子透过膜, 而其中的各种离子、有机物、微尘物、细菌、胶体等几乎都被截留。
目前反渗透技术已经取得了令人瞩目的成就, 系统设计采用脱盐率高于99.3% 的CPA 膜。该技术以其高效、节能、装置简单、占地少、使用管理方便、成本较低等优点, 在科研和部分小规模生产装置的脱水工艺中已有应用。通过对反渗透装置阻垢剂种类、选择和投加量的试验, 可以确定适合高硫酸盐硬度矿井水特点的反渗透处理工艺, 并使脱盐率达到97%以上, 出水达到煤矿生产和生活用水要求, 水处理的工艺流程为: 矿井水预处理投加阻垢剂反渗透装置出水。
3.4 化学混凝法
实验发现, 源水浊度与混凝剂、助凝剂的加入量必须保持一定比例, 才能使出水水质达到有关标准。因此在水处理过程中, 进水浊度的实时在线监测和出水浊度的控制十分重要。采用混凝剂与助凝剂合用的水处理方案,通过控制室将浊度数据与加入药品的量相联系,对加药量进行控制, 既保证了水处理效果, 又节省了处理成本。混凝剂采用PAC,助凝剂采用阴离子PAM,以一定的流速加入待处理的矿井水。两种药剂从不同投药孔投入, 其工艺流程如图1所示。
图1. 化学混凝法处理矿井水工艺流程
生产中分别监测沉淀池1和沉淀池2出口处水的浊度, 根据1处的浊度数计算出所需的给药量, 进而可以计算出两组药液的控
制流速。同时根据2处的浊度数据实时修正给药量, 从而使矿井水的浊度达到饮用水标准。各个检测点的浊度、两组药液的流速及给药量可作为历史数据保存, 供日后分析和查证。
3.5 纳滤法
纳滤(NF)是20 世纪80年代中后期开发的一种新型膜分离过程。纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间, 对分子孔径在0.005 ~0.01μm、分子量在200～1000之间的有机物有较高的脱除性能, 对水中的悬浮物和细菌有较好的去除效果。采用纳滤膜组合工艺处理含悬浮物的矿井水, 在过滤周期30min, 反曝气冲洗时间3min, 聚合铝用量12mg /L 的条件下进行试验, 结果表明, 系统对矿井水中高锰酸盐指数去除率97.1%, 浊度去除率99.3%, 硬度和含盐量去除率分别为95.1% 和73.1% , 色度去除率91.7%。纳滤膜工艺不需要加氯消毒, 细菌的去除率为86%, 出水达到国家标准, 既节省了加氯消毒费用, 又避免了加氯消毒产生的副产物。技术经济分析表明, 该工艺处理含悬浮物的矿井水具有技术优势, 经济上也可行。
3.6 湿地处理法
人工湿地酸性矿井水处理方法是20世纪70年代末在国外发展起来的一种污水处理方法, 是根据自然水藓(或泥炭)、香蒲在酸性水条件下生长良好的原理发展起来的。该法利用自然生态系统中物理、化学和生物的三种协同作用来实现对污水的净化处理。
湿地主要的去污机理有3种: 金属的氧化和水解;植物、藻类和有机质对金属的吸附和交代作用;厌氧细菌对硫酸盐的还原作用。人工湿地处理方法具有出水水质稳定、对N, P等营养物质去除能力强、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、耐冲击负荷强、美学价值高等优点, 适于处理间歇排放的污水。作为一种有效的酸性矿井水处理方法, 虽然目前该法在国内的设计参数还不十分成熟, 但其应用将越来越广泛。