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矿井水处理工艺综述

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华北自然资源丨论文Huabei Natural Resources

矿井水处理工艺综述

高占彬\宁掌玄■"，叶军建3，乔元栋4，杨霖堃5,李波6

(1.2. 3. 4. 5. 6.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037009)

摘要：矿井水是煤矿行业的废水，同时也是一种宝贵的水资源。矿井水大致分为5类：洁净矿井水、悬 浮物矿丼水、高矿化度矿丼水（苦咸水）、酸性矿井水和特殊污染型矿丼水。文章主要针对不同类型的矿丼 水的处理技术进行了简要介绍，以期为同行提供理论基础。关键词：矿井水；水处理技术；煤矿开采 中图分类号：P641 文献标识码：A文章编号：2096-7519 (2021) 01-31-3

1矿井水的分布特性和特点

我国幅员辽阔，煤矿大多分布在北方缺水地区。煤炭占

据着我国重要的基础能源和原料的半壁江山，在国民经济

中具有举足轻重的战略地位，依据国家统计局发布 《2016年国民经济和社会发展统计公报》数据显示[1]，煤炭

消费量占能源消费总量的62.0%。据统计，我国70%以上的

工业燃料动力、发电能源直接由煤炭提供，约60%的重要化

工原料由煤化工下游产业所生产。我国地理环境是东南部

地区雨水丰沛，而西北部地区降水量少且富含大量的煤炭

资源，由于煤炭的开采已经不再是浅煤层开采，造成地下

水不断下降，导致该地区用水日益匮乏。全国80多个重点

矿区中，80%属于缺水矿井，42%属于严重缺水。水作为矿

井日常生产、工人生活、消防及除尘的必备资源，直接关

系着矿井能否正常生产[2]。我国矿井大部分处于干旱地区，

水资源极度匮乏，为了提高人们的生活水平，不断开采地

下水，水位持续下降。水资源同时也制约着矿井的发展，

尤其处于缺水地区，合理运用水资源对矿井的发展起着不

可或缺的重要作用。我国煤矿的矿井水未做处理直接露天

排放，白白浪费大量的水资源，不仅造成地区水资源的极

度浪费，而且污染周边环境及农田。

矿井水主要污染物类型有悬浮物矿井水、酸性矿井水、

高矿化度矿井水、含特殊污染物矿井水等。

悬浮物矿井水含有大量的煤粉，浊度高，呈灰黑色，虽

然有时矿井水悬浮物含量不高，但是黑色十分明显，视觉感差。但是在井下水仓清仓时，悬浮物的含量最高可达到 上万mg/L。悬浮物矿井水水温一般在5-35° C范围之内。

酸性矿井水，水质pH值小于5. 5,当遇到含硫高的煤

层开采时，硫化物被氧化和升华作用产生硫酸，而使水呈

酸性。

高矿化度矿井水，其中离子（硫酸根离子、碳酸根离

子、氯离子、钙离子、镁离子等）含量较高，其水质多数

呈碱性或者中性，带苦涩味，俗名“苦咸水”，又可将其

分为盐水和微咸水。

含特殊污染物矿井水，主要含微量有毒有害元素矿井

水、放射性元素矿井水、氟矿井水和油类矿井水等。

2国内矿井水处理现状

我国煤矿矿井水处理和利用起步晚，发展时间较短，从 20世纪70年代才开始对煤矿矿井水进行资源化利用，与欧

美国家相比，虽然我国矿井水处理处理技术和方法与其相

差无几，但是西方国家在吸附剂、高分子有机絮凝剂方面

的研宄领域创新颇丰，处理效果较好。我国在矿井水处理

工艺方面，应用于江河、湖泊地表的净化处理的构筑物，

例如预沉调节池、澄清池（反应沉淀池）、过滤池等。矿

井水经过净化处理后，可应用于景观用水、工业用水、生

活用水。经过预沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤，矿井水

净化处理后必须经过消毒处理作为居民生活用水，常使用

二氧化氯做消毒剂，不采用液氯或次氯酸钠。2.1悬浮物矿井水处理

作者简介：高占彬（1996—),男，河南新郑人，山西大同大学煤炭工程学院在读研究生。（邮箱）1296876454@qq.com★基金项目：山西重点研发计划基金资助项目[201903D121070];大同市科技计划基金资助项目[2019013]

□ 31□ 32O

我国80%矿井水中悬浮物低于300mg/L，悬浮物粒径在

50km以下占近88%,悬浮物的平均密度约为1.2-

1. 3g/cm3,悬浮物的G电位在-19. 14mv到-30. 15mv之间，呈

现不同程度的负电性[3]，同种电荷互相排斥，与混凝剂亲和

力差，在混凝过程中不易形成矾花，混凝效果不佳。

目前，矿井水处理中应用最广泛的混凝剂是聚合氯化铝 (PAC)，然而在选择絮凝剂方面上，虽然近些年新研发出

层出不穷的絮凝剂，但却不是每一种絮凝剂都适合矿井水

的处理。目前，国内大多数矿井水处理工程中常见的药剂 投配方为PAC和聚丙烯酰胺（PAM)混合使用[4]。

新型井下矿井水处理技术——超磁分离，采用全井下处

理工艺，具有节能省地、水力停留时间短、抗冲击负荷能

力强、运行成本低、自动化程度高等特点。

矿井水先进入混凝池，加入混凝剂聚合氯化铝 (PAC)，混凝池出水进入注射池，聚丙烯酰胺（PAM)和

回收磁种投入注射池[5],利用磁选机和高剪切机除去与磁种

形成的磁絮体同时回收磁种。磁选机无法对磁体完全回

收，需定时补充磁种。磁体主要成分为四氧化三铁。2.2酸性矿井水的处理

矿井水pH值小于5. 5,为酸性矿井水，pH值一般介于3-

3. 5之间，个别小于3。我国酸性矿井水主要分布在南方，

水质较为复杂。总酸度高，抽排过程中对设备和排水管路

腐蚀严重，并危害人体健康，不能排放至地面，否则会改

变土壤酸碱度。

2. 2. 1中和法

中和剂选用碱性物质，例如石灰、石灰石、电石渣、白

云石和烧碱等。烧碱和苛性钠价格高昂，导致处理成本

高，现已不采用，一般采用石灰和石灰石作为中和剂处理

酸性矿井水。目前，普遍采用石灰处理酸性矿井水，其优 点在于操作简单、中和后的矿井水pH值能达标排放、出铁

效率高，其不足之处是容易造成二次污染、难控制石灰 量、出水pH值不稳定、容易形成固体大颗粒沉淀于池底，

导致排泥管堵塞。2.2.2人工湿地法

20世纪70年代，西方国家发明综合方法处理酸性矿井

水，植物吸收来净化污水™。去污的机理有：

1) 金属离子的水解和氧化作用。2) 厌氧细菌对硫酸盐的还原作用。

3) 藻类、植物和有机质对金属的吸附和交代作用。人

工湿地处理法对P、N等营养物质去除能力强，且出水稳定、运行费用低、技术要求低、管理维护简单，并具有一

定美化环境作用。该法作为简单有效处理酸性矿井水的

处理工艺，在我国的应用前景广阔，发挥的作用将越来

越大。2.2.3微生物法

该处理技术是国外研宄热点之一，在美国和日本等国家

进入实际应用阶段，应用前景十分广阔。其主要机理在于

利用氧化亚铁硫酸杆菌在酸性和充足氧气条件下，将硫酸

盐中亚铁离子氧化为三价铁离子，达到去除酸性水中铁离

子等金属离子的目的，沉淀物可以用来制作聚合硫酸铁和

氧化铁。然后投入碱性物质（石灰乳）中和，再利用过滤

和沉淀等方式，达到水处理目的。该处理技术有一定应用

前景，但酸性矿井水还含有对微生物抑制的金属离子（锌

离子、铅离子），导致微生物氧化效率降低。2.2.4其他方法

近年来，研宄发现许多新的处理方法，主要有粉煤灰和

赤泥法处理等。粉煤灰是电厂燃煤发电后的固体废弃物，

因其能吸附悬浮固体、除去重金属离子，并且还含有一定 量的碱性物质如MgO、CaO等，可以中和酸性矿井水，还可

以除去效果好。赤泥是生产氧化铝过程中产生的废弃物。

因其比表面积比较大，主要化学成分为三氧化二铁和氧化

铝，可以通过吸附、离子交换作用形成沉淀除去矿井水中

重金属离子。变废为宝，应用前景广阔，将经济利益、环 境利益和社会利益统一起来。

2.3高矿化度矿井水的处理

高矿化度矿井水是含盐的质量浓度大于l〇〇〇mg/L，主要

分布在我国的西北和北方矿区，在徐州、两淮、抚顺、阜

新、山西、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、新疆等地区，常

排出高矿化度的矿井水。

2.3.1蒸馈法

目前，最成熟的海水淡化工艺为蒸馏法。蒸馏法是通过

消耗热能为代价，达到热力脱盐淡化的目的。煤矿开采过

程中，有大量废弃的煤矸石，且大量煤矸石堆放不仅浪

费土地资源，而且还有自燃的风险。将煤矸石作为热能

燃料，还需要除去其中的硫，成本较高，未见工程案例。2.3.2离子交换法

该法利用离子交换机，用阳离子交换树脂将钙离子、镁

离子置换出来，利用树脂层将钙离子和镁离子吸附，同时

释放等物质量的钠离子，从而到达降低盐浓度。离子交换

法主要用于软化水处理方面，且需定期对离子交换剂进行华北自然资源丨论文Huabei Natural Resources

再生，再生过程较为繁琐不易控制，未在高矿化度矿井水

处理工艺中应用。

2. 3. 3电渗析法

我国传统的高矿化度矿井水的处理工艺为电渗析法。以

前我国最主要处理高矿化度矿井水技术，一部分煤矿已经

应用电渗析设备处理净化含盐矿井水，用于矿区的除尘

水、消防用水、景观用水和有关工业用水。其优点在于：

可连续出水、设备少、系统简单、不需再生。然而电渗析 处理工艺中，因浓水全部采用清水，且水回收率仅45%左

右，用后的水直接排放，导致水资源大量浪费，不能除去

水中细菌和有机物，耗能高，严重结垢，未考虑淡化过程

中设计除垢防垢措施，设备频繁清洗，导致效率低下，成

本升高。2.3.4反渗透技术

历经近40年的科研人员的努力，反渗透技术相当成熟，

其原理是在膜的原水一侧施加比溶液渗透压力更大的外界

压力，原水通过半透膜通道，仅允许水透过，除水外任何

物质不能通过而被截留在膜表面的过程。可除去原水中大

部分悬浮物、有机物、微生物、胶体和盐分[7]，除盐率大于 99.3%,透水量增加，且抗氧化和抗污染能力不断提高，销

售价格不断下降。反渗透优点在于：铁、钙、钾、锰、硫 酸盐、二氧化硅和氯化物除去率为96%-100%,运行稳定

后，氯化物、溶解固体、硫酸盐等去除率高达98%,且水质

良好。反渗透技术在我国高矿化度矿井水处理工艺中，具

备运行成本低廉、占地面积小、结构合理、自动化程度

高、耗能少等优点，应用前景良好。2.4含特殊污染物矿井水的处理

含特殊污染物矿井水一般指含有微量有毒有害元素的矿

井水、含油类矿井水和含氟矿井水，也有极少含有放射性

元素的矿井水，这类矿井水对人类和环境危害极大，未作

处理直接排放，将导致不可估量的损失。针对所含特殊污

染物的不同，选择与其相对应的处理措施，从而使矿井水

达标排放。

3矿井水处理技术的发展趋势

随着经济不断发展，地球上的资源日益匮乏，由于我国 的人平均淡水资源较少，属于贫水国家，近些年煤炭作为 我国战略能源，煤炭开采造成大量水资源浪费，地下水位 不断下降，我国北方、西北方缺水日益增加。

随着科技的不断发展，水资源处理工艺不断提高和优 化，煤矿的开采不再是粗放式开采，而是对煤炭资源和矿井水资源精准的开采及利用，大力弓丨进新设备、新工艺、 新方法等改善水资源的过度浪费。因此，各大煤炭研究院 和煤炭企业应加大工作力度，加强合作，寻找一种简单有 效、成本低廉、净化效果佳，将矿井水变成饮用水资源。 将矿井水在井下处理，不再抽排到地面上处理，避免资源

的极度浪费。

处理好的水资源用于井下生产消防、清理设备等，富余

的处理水抽排地面经过过滤消毒达标后作为生活用水或者 农业灌溉等。在一些缺水地区可修建水库，处理过的矿井

水可以排至水库，应对干旱季节水资源短缺问题。

随着社会的发展，人们对生活水平质量要求日益提高，

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白家庄矿井水处理工艺研究

白家庄矿井水处理工艺研究

科技情报开发与经济　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第１７卷第８期　文章编号：１００５—６０３３（２００７）０８—０１６４—０２　自家庄矿井水处理工艺研究　．田卫平　（西山煤电集团设计院，山西太原，ｏ３ｏ０５３）　摘要：介绍了矿井水的特性，分析了白家庄矿井水的水质，根据矿井水的用途，提出　了水处理的工艺流程及其工艺特点。　关键词：水处理工艺；矿井水；白家庄矿　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　煤炭资源的大规模开采极易破坏矿区地下水文环境，造成水文地质　构造变异，形成以矿井为中心的地下降水漏斗，改变浅、中、深层地下水　源的补给、径流、排泄运动规律和储存条件，使煤层以上的地下水，以至　地表水逐步渗漏到矿井内。为保证正常的开采条件，煤矿需采取疏干降　压以及外排矿井废水等手段，减少顶板水压及从巷道和回采面不断涌出　的地下水对生产造成的影响。这一方式将引起区域内水位下降、地表径　流减少、断流，造成水资源的浪费，同时产生的大量矿井废水又将引起区　域内水资源的污染。根据矿井水含污染物的特性，一般可将其划分为：洁　净矿井水、高矿化度矿井水、含悬浮物矿井水、酸性矿井水、碱性矿井水　及含特殊污染物的矿井水。　１原水分析　自家庄矿为西山矿区的大型矿井，矿井排水设计水量为１．５万ｍ３／ｄ，　矿井水水质见表１。　表１矿井水水质　项目　气味　总盐量／（ｍｇ／Ｌ）　ＣＹ（ｍａｌ１）　硬度／（ｍｇ／Ｌ）　硫化氢味　１　２５４　２－３４　６６５．Ｉ１　项目　ｐＨ　硫酸盐，（ｍｇ，Ｌ）　矿化度／（ｍｇ／Ｌ）　ＳＳ／（ｍｇＬ）　７～８　５３０．５５　１　１０３　２０　由表１可看出，原水属高矿化度矿井水。该矿井水是从该矿旧开采　工作面的石灰岩中涌出为开采安全而单独抽放的灰岩疏干水，经实测硫　化氢味较浓，水中总含盐量、硫酸盐、总硬度等指标均偏高，超过《生活饮　用水卫生标准》（ＧＢ　５７４９－－８５）的标准要求，不宜饮用。　产生高矿化度矿井水的成因：　（１）由于地区降雨量少，蒸发量大，气候干旱，蒸发浓缩强烈，地层中　盐分增高，地下水补给、径流、排泄条件差，使地下水、矿井水矿化度高。　（２）当煤系地层中含有大量碳酸岩类岩层及硫酸盐薄层时，矿井水　随煤层开采与地下水广泛接触，加剧可溶性矿物溶解，使矿井水中ｃａ　，　Ｍ　，ＨＣ０３－，ＳＯ　＇±曾加。　（３）当开采高硫煤层时，因硫化物氧化产生游离酸，游离酸再同碳酸　岩矿物、碱性物质发生中和反应，使矿井水中的ｃａ　，Ｍｇ２．，ｓｏ２－￣ｎ。　由于原水中硫化氢昧较浓，对人体有严重毒害，其含量测定方法采　用常规测定方法无法测定，通过与太原理工大学化工学院合作对原水进　收稿日期：２００６—１１－２０　

煤矿矿井水处理技术综述

煤矿矿井水处理技术综述

５２　夯域ｊｉ；　２０１３年第５期　

煤矿矿井水处理技术综述　

孙宁湖　

（兖矿集团兴隆庄煤矿，山东兖州２７２１０２）　

摘要　国家发改委、能源局２０１３年１月２９日联合印发《矿井水利用发展规划》称，到２０１５年，我国将逐步建立较完善的矿井水利用法律法　规体系、宏观管理和技术支撑体系，实现矿井水利用产业化。受地质条件等因素的影响，矿井水的杂质成分与含量差异也很大。通过查阅文　献，对煤矿矿井水的处理技术现状进行了综述。　关键词　煤矿开采矿井水矿井水处理　中图分类号Ｘ７０３．１　文献标识码Ｃ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１３．０５．３４　

煤矿矿井水是指在采煤过程中，所有渗入井下采　

掘空间的水，有时也含有少量渗入的地表水。　

煤矿矿井水处理技术主要有：中和酸性水、絮凝　处理去除悬浮颗粒物、反渗透去除可溶性盐类等技术　

以及组合。本文在查阅大量文献的基础上，对我国煤　

矿矿井水回收利用技术发展现状进行了综述。　

１矿井水的分类…　

（１）洁净矿井水。即未被污染的地下水。基本符　

合饮用水标准，可开发为矿泉水。　（２）含悬浮物矿井水。其水量约占我国北方部分　

重点国有煤矿矿井涌水量的６０％。水质呈中性，含有　

煤粉、岩粒等大量的悬浮物。长期外排，会破坏景观、　淤塞河道，影响水生生物及农作物的生长。　

（３）高矿化度矿井水。水中含有ＳＯ　、Ｃｌ一、　

ｃａ“、Ｋ　、Ｎａ　、ＨＣＯ　等离子，水质多数呈中性和偏碱　性，带苦涩味，俗称苦咸水。又可分为微咸水、盐水。　

不能直接做工农业用水和生活用水。　

（４）酸性矿井水。水质ＰＨ值小于５．５，当开采含　

硫高的煤层时，硫化物受到氧化与升华作用产生硫酸，　而使水呈酸性。目前酸性水一般处理后达标排放或会　

用于一些对水质要求较低的工业用水。　（５）含特殊污染物矿井水。这类矿井水主要指含　

氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、含放射性元素　

矿井水或油类矿井水。　

２　国内矿井水处理技术现状　

矿井水处理合同

矿井水处理合同

XXXXXXXXXXXXX有限公司

矿井水及生活污水处理站运行承包合同

甲方：XXXXXXXXXXXXX有限公司

乙方：XXXXXXXXXXXXX有限公司

第1页 矿井水及生活污水处理站运行承包合同

甲方：XXXXXXXXXXXXX有限公司

乙方：XXXXXXXXXXXXX有限公司

甲方XXXXXXXXXXXXX有限公司矿井水及生活污水处理项目目前已具备试运行条件，为进一步做好水处理站设备的运行和管理，按照国家环保局有关环保设施运行管理的规定，经甲乙双方友好协商决定：由甲方委托乙方对矿井水及生活污水处理站进行全面的运行和管理，确保进水条件满足设计要求的情况下出水水质达标。具体内容如下：

一、合同范围

1、甲方将矿井水及生活污水处理站的日常运行管理全权委托乙方负责，鉴于矿方水处理系统运行的需要以及目前水量较小的实际情况，双方协商：甲方委托乙方进行人员的组织，负责配置合格的管理、操作维护、维修人员；提供设备运行、维修和保养的服务；并提供运行承包期间水处理站所需药剂；保证水处理站的正常运行和污水达标排放。水、电、暖气等由甲方提供并承担相应费用。

2、矿井水处理站规模：两套并联磁沉淀工艺设备，设计处理能力为500m3/h，共计处理能力1000m3/h。

3、生活污水处理站规模：处理能力60m3/h。

4、合同服务期限：3个月（矿井水自2015年6月1日起到2015年8月31日止、生活污水以工程竣工验收调试之日起计算）。

二、考核指标

1、乙方确保矿井水及生活污水处理站出水水质达到设计要求指标，实现清水入消防池。

2、乙方确保矿井水及生活污水处理站具备24小时正常运行条件，确保在合同期内操作运行及管理、维护、维修人员满足矿方合理的运行要求。 第2页 三、运行人员配置

1、水处理站运行管理，乙方按照四班三运行，乙方配置3人/班操作人员，共12人；其中包括管理人员、操作维护人员、维修人员。由乙方负责其考核，甲方监督执行。

煤矿矿井水处理工艺探讨

煤矿矿井水处理工艺探讨

煤矿矿井水处理工艺探讨

一.引言

随着我国经济的快速发展，对各类资源的消耗逐渐增多，同时对环境保护力度要求较大。正值水资源紧缺的时代，如何提高水资源利用率，扩大水资源数量成为各行各业的重要问题。我国有着较为丰富的煤矿资源，在煤矿开采过程中产生较多矿井水。矿井水通过采用合理的处理工艺被再次利用起来，成为中水资源的重要组成部分。

二.矿井水的水质特征及其类型

矿井水主要来自地下水，它是在煤炭挖掘工作中，煤炭与地下水接触，从而导致地下水中的悬浮物、锰铁杂质的含量较多等，这些杂质之间还会发生物理以及化学反应，由此便形成了矿井水，其特性由煤炭所处的地层环境以及所处地层中包含的化学物质所决定。

矿井水的水质特性主要受煤炭区的水文地质影响，且各地因地域的不同水质有较大的差异。研究发现，煤炭企业采掘1 t的原煤资源，将会向地下排放出5～8 m3的矿井水。矿井水具有地下水的主要特性，并兼有地表水的特性，与工业废水相比，污染程度相对较轻，水质放射性物质含量较少，对人体产生的影响相对较小。通过对矿井水含有成分的检测，可将矿井水分为纯净矿井水、含悬浮物矿井水、矿化矿井水、酸性矿井水以及含特殊杂质的矿井水五大类。

三.矿井水处理工艺

1.矿井水处理现状

常规矿井水通常含有悬浮物，其处理工艺为：矿井水—调节池—提升泵—反应沉淀池—过滤—消毒回用，而选择锰砂作为过滤器中的滤料，可以处理含有高铁锰的矿井水。如果矿井水属于高矿化度，在对其进行处理时，其预处理工艺和常规矿井水的处理相同，它的关键环节是采用反渗透技术去除盐分。矿井水如果属于酸性，其处理工艺采用石灰或氢氧化钠配合其他药剂进行中和。矿井水在处理结束后，通常采用混合气体消毒法实施消毒。为了减少矿井水内部的悬浮物以及减少锰铁杂质，需要采取适宜的矿井水处理方法。经有效处理后的矿井水，可直接排放，或作为生产、生活用水。反应技术、沉淀技术以及过滤技术是对矿井水进行处理的主要技术，占到处理工艺中的60%，其中穿孔旋流或隔板类型是反应池的主要类型，而斜管沉淀类型是沉淀池的主要类型，无阀滤池在滤池类型中占到50%。以上矿井水处理设施的特点是经济实用，适合小规模的处理，其水处理工艺具有合理性和科学性。