礦井水水質(zhì)由于受礦區(qū)水文地質(zhì)條件、井下開(kāi)采運(yùn)輸、圍巖與煤質(zhì)等多種因素影響，其處理工藝選著可根據(jù)以下幾類(lèi)：一般懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和潔凈礦井水等，另外，礦井水在流經(jīng)采礦工作面、巷道以及采空區(qū)時(shí)，受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，巖粉，煤粉和其它有機(jī)物進(jìn)入水體，使水質(zhì)復(fù)雜。因此，礦井水的資源化應(yīng)根據(jù)不同的礦井水類(lèi)型，采用不同的處理工藝。
一、含一般懸浮物的礦井水利用技術(shù)
含一般懸浮物的礦井水，一般水質(zhì)為中性，礦化度小于l000mg／L，金離子微量或未檢出，或基本上不含有毒有害離子，懸浮物的主要成分是粒徑極為細(xì)小的煤粉和巖塵。因此，靠自然沉淀去除是困難的，必須借助混凝劑，采用混凝沉淀的處理方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮物的去除。目前，對(duì)于礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水的處理，有較成熟可行的經(jīng)驗(yàn)，一般采用混凝，沉淀(或浮升)以及過(guò)濾，消毒等工序處理后，其出水水質(zhì)即能達(dá)到生產(chǎn)使用和生活飲用標(biāo)準(zhǔn)的要求。對(duì)于潔凈礦井水的處理，此類(lèi)礦井水水質(zhì)好，一般采用清污分流方式，即利用各自單設(shè)的排水系統(tǒng)，將潔凈礦井水和已被污染的礦井水分而排之。潔凈礦井水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后作為某些工業(yè)用水，或經(jīng)消毒處理后供生活飲用。有的礦井水含有多種微量元素，可開(kāi)發(fā)為礦泉水。采取清污分流法，設(shè)備投資少，運(yùn)行成本低，并可減少礦井污水處理量及外排量。對(duì)此類(lèi)礦井水要在其源頭處妥善截流，單獨(dú)布置排水管路，避免與其他礦井水混排。
二、含懸浮物礦井水的利用技術(shù)
1.常規(guī)處理
采用混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒的工藝進(jìn)行處理。圖1給出在含懸浮物礦井水處理中常用的基本工藝流程。其關(guān)鍵是自動(dòng)投藥系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和選擇合適的混凝劑，以節(jié)省藥劑，簡(jiǎn)化工藝，提高出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)礦井水資源化。夏暢斌等考慮利用煤矸石制成一種PSA高效混凝劑來(lái)處理礦井水；徐海宏等選用無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁(PAc)、聚合硫酸鐵(PFs)與有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)復(fù)配使用來(lái)處理礦井水。
圖1 含懸浮物礦井水處理基本工藝流程
2.井下水倉(cāng)混凝沉淀處理
井下水倉(cāng)混凝沉淀處理是使礦井水在井下水倉(cāng)停留較長(zhǎng)時(shí)間(大于30分鐘)，在距離水倉(cāng)前50m左右的排水溝中投藥，并在溝中鋪設(shè)大塊矸石，人為制造水力湍流，使混凝劑充分混合反應(yīng)；在水倉(cāng)設(shè)置多層擋板，清水溢流后從集水井外排；實(shí)行井下主副水倉(cāng)定期交替清泥，從而取得了更好的處理。
3.氧化塘凈化礦井水
將礦區(qū)塌陷坑改造成氧化塘，利用自然條件下的微生物處理原理凈化礦井水(如圖2)。氧化塘水面還可放養(yǎng)各種水生生物及種植水面作物，利用生物塘提高礦井水的水質(zhì)，使出水水質(zhì)達(dá)到漁業(yè)水域及農(nóng)灌用水的要求，同時(shí)也增加了經(jīng)濟(jì)效益。
圖2 氧化塘凈化礦井水工藝流程
三、酸性礦井水的利用技術(shù)
目前，對(duì)酸性礦井水的處理方法很多，一般多采用石灰石或者石灰為中和劑進(jìn)行處理。中和后的水一般可以直接排放或者作為生活工業(yè)用水，若含有其他成分則進(jìn)一步處理已達(dá)到回用目的。
1.石灰石中和法
以石灰石為中和劑的處理工藝有滾筒中和法、升流過(guò)濾式中和兩種。見(jiàn)圖3所示滾筒中和法處理酸性礦井水的工藝流程。該方法是目前煤礦經(jīng)常采用的酸性礦井水處理工藝。見(jiàn)圖4所示為升流過(guò)濾為中和處理單元的處理工藝流程。
圖3 石灰石滾筒中和—曝氣—混凝沉淀聯(lián)合處理工藝流程
圖4 升流過(guò)濾中和處理單元處理工藝流程
2.石灰中和法
在礦井水處理中采用來(lái)源方便、價(jià)格便宜的石灰作為中和劑。使用時(shí)需先將石灰(CaO)調(diào)制成石灰乳后形成熟石灰(Ca(OH)2)，其具體工藝流程見(jiàn)流程圖5所示。
圖5 石灰石中和法處理工藝流程
3.石灰石——石灰聯(lián)合中和法
該法是將石灰石中和法與石灰中和法經(jīng)優(yōu)化組合而形成一種處理工藝，因而兼具前兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，其工藝流程見(jiàn)圖6所示。廢水先流經(jīng)石灰石滾筒，以中和水中大部分的游離酸，然后再用石灰或石灰乳中和，使水的pH值進(jìn)一步提高，一般控制在8.0左右。在此條件下Fe離子水解并產(chǎn)生沉淀，形成的絮狀物可以起到混凝作用，有利于懸浮固體的去除。
圖6 石灰石—石灰聯(lián)合中和法處理工藝流程
4.石灰乳中和法
石灰乳法是將生石灰加水配制成5％左右的石灰乳后，加入中和池內(nèi)進(jìn)行中和反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，管理方便，對(duì)水量、水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)。但在處理水量大時(shí)因石灰的用量大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。
5.生物化學(xué)中和法
生物化學(xué)中和法是利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+，然后用石灰石進(jìn)行中和，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)酸性礦井水的除鐵以及中和處理。具體工藝流程如圖7所示。
圖7 生物—化學(xué)聯(lián)合處理工藝流程
6.粉煤灰中和法
粉煤灰不僅含有堿性氧化物，而且具有一定的吸附特性。該處理方法尚處于試驗(yàn)階段，但粉煤灰的來(lái)源廣泛，取材容易，價(jià)格低廉，用它處理酸性礦井水，無(wú)疑又開(kāi)辟了一條以廢治廢、充滿希望的環(huán)保之路。
四、高礦化度礦井水的利用技術(shù)
高礦化度礦井水除采用傳統(tǒng)工藝去除懸浮物和消毒外，其關(guān)鍵工序就是脫鹽。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，脫鹽后的水可以作為生活飲用水。
1. 高礦化度礦井水的預(yù)處理方法
采用一般的處理方法將其所含的懸浮物去除后排入水體，依靠水體的稀釋作用降低鹽類(lèi)物質(zhì)的濃度。若需要作為水資源利用，則需做進(jìn)一步的深度處理——脫鹽。
2.深度處理的技術(shù)方法
膜分離法：電滲析和反滲透技術(shù)均屬于膜分離技術(shù)，是目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。電滲析是在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過(guò)性，使溶質(zhì)和溶劑分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。含鹽原水經(jīng)過(guò)電滲析器后，便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。一般淡化水量為總進(jìn)水量的50％～70％。當(dāng)進(jìn)水含鹽量小于4000mg／L時(shí)用此法較為經(jīng)濟(jì)。電滲析除鹽法的優(yōu)點(diǎn)是：不需再生，可連續(xù)出水；工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備少；與離子交換法串聯(lián)使用可制取純水等。此法的主要問(wèn)題是：水回收率低(一般為50％左右)，采用濃水循環(huán)工藝雖可使水回收率提高，但其循環(huán)方法及控垢藥劑的投加，目前尚少成熟經(jīng)驗(yàn)；易發(fā)生極化結(jié)垢。另外，必須對(duì)其進(jìn)水進(jìn)行深度預(yù)處理，并使鐵化合物含量不超過(guò)100μg／L。反滲透法是借助于半透膜在壓力(一般為30~70kg／cm2)作用下進(jìn)行物質(zhì)分離的方法。它可有效地去除無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、低分子有機(jī)物、病毒和細(xì)菌等。適用于含鹽量大于4000mg／L的水，脫鹽處理較經(jīng)濟(jì)。此法與電滲析法相比，其優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品回收率高，脫鹽率和水的純度高，投資費(fèi)用低，無(wú)污染等。缺點(diǎn)是：操作壓力高，能耗大，設(shè)備較復(fù)雜，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求高等。反滲透脫鹽技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)仍處于深入研究和試用階段。隨著科技的進(jìn)步，反滲透法將在高礦化度礦井水處理中具有更加廣闊的發(fā)展前景。圖8為高礦化度礦井水深度處理基本工藝流程。
圖8 高礦化度礦井水深度處理基本工藝流程
離子交換法是化學(xué)脫鹽的主要方法，即利用陰陽(yáng)離子交換劑去除水中的離子，以降低水的含鹽量。此法用在進(jìn)水含鹽量小于500mg／L時(shí)比較經(jīng)濟(jì)，可用作高礦化度水經(jīng)膜分離法處理后的進(jìn)一步除鹽工序。
3.熱力法
使用高溫(蒸餾)和低溫(冷凍)的處理過(guò)程均屬熱力法淡化。蒸餾法是對(duì)含鹽水進(jìn)行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。采用多效多級(jí)蒸發(fā)的方法制取淡水并進(jìn)行鹽類(lèi)濃縮。此法以消耗熱能為代價(jià)，一般適用于含鹽量超過(guò)3000mg／L礦井水的處理。該方法所制取的淡水可直接利用。主要問(wèn)題是防止熱交換表面結(jié)垢。為了降低成本，蒸餾法可考慮用煤矸石作為廉價(jià)燃料。因煤矸石中含有一定數(shù)量的固定炭和揮發(fā)分，一般燒熱量在10％～30％，發(fā)熱量可達(dá)4.19～12.6MJ／g。前蘇聯(lián)煤炭環(huán)保研究院曾試驗(yàn)研究出一種供礦井水淡化處理的蒸餾裝置，用于含鹽量超過(guò)5mg／L的礦井水處理，其出水可供煤礦生活和生產(chǎn)用。捷爾諾夫斯克礦井建成的絕熱式蒸發(fā)器，可將礦化度為7800～9000mg／L含鹽量降至25～200mg／L。此外，國(guó)外已有采用電磁法、冰凍法淡化處理礦井水的報(bào)道，國(guó)內(nèi)在這方面則還處于研究、試驗(yàn)階段。
五、含特殊污染物的礦井水利用技術(shù)
目前這類(lèi)礦井水發(fā)現(xiàn)量還不多，此類(lèi)礦井水根據(jù)所含污染物的不同，分別有與其相對(duì)應(yīng)的處理方法。含有毒、有害元素或放射性元素礦井水的處理，首先去除懸浮物，然后對(duì)其中不符合標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的污染物進(jìn)行處理。對(duì)含氟水，主要方法有混凝法、吸附法、離子交換法、電凝聚法和膜法等。含油礦井水可采用氣浮法處理。含鐵、錳等重金屬離子的礦井水，通常采用混凝、沉淀、吸附、離子交換和膜技術(shù)等處理方法。此類(lèi)礦井水出后一般直接排放或者作為工業(yè)用水。
六、其他處理方法
1.人工濕地法
人工濕地酸性礦井水處理方法是20世紀(jì)70年代末在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一種污水處理方法，它利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。人工濕地處理方法具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除能力強(qiáng)、基建和運(yùn)行費(fèi)用低、技術(shù)含量低、維護(hù)管理方便、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、適于處理間歇排放的污水和具有美學(xué)價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。該工藝具有運(yùn)行可靠，易于管理，投資省，無(wú)需處理污泥等高效低耗的優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的污水處理新工藝。但人工濕地處理系統(tǒng)也有占地面積大，寒冷地區(qū)冬季的處理效果差等缺點(diǎn)。
2.微絮凝——納濾組合工藝
聶錦旭等人對(duì)微絮凝——納濾組合工藝處理礦井水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。該工藝通過(guò)優(yōu)化絮凝劑種類(lèi)與曬藥條件，使水中的有機(jī)物與懸浮物質(zhì)形成微絮凝過(guò)濾的前提條件，然后經(jīng)過(guò)強(qiáng)化過(guò)濾的工藝單元處理后，通過(guò)納濾進(jìn)一步去除水中濁度、細(xì)菌、有機(jī)物與含鹽量。納濾膜(膜材料為聚酰胺)是一種介于超濾和反滲透之間的分離膜。該工藝尚處在試驗(yàn)階段。
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