煤矿废水治理技术研究

许莉 郝迪

摘要：煤矿矿井水是煤矿行业废水，具有水量大的特点，如不妥善处理，不仅会造成水资源浪费，同时也会对周边水体和土壤造成严重威胁。煤矿矿井水按其所含有的污染物成分可分为5类：洁净煤矿水、矿化度高的煤矿水、酸性的煤矿水、含悬浮物的煤矿水和带有特殊污染物煤矿水。本文简要介绍针对煤矿矿井水处理的常规技术，为煤矿企业治理煤矿矿井水提供一定参考。

关键词：水处理技术;煤矿废水;煤矿

开发利用煤炭的过程中，容易造成当地生态环境的破坏，尤其是开采过程产生的废水，据文献资料，井下每吨煤炭会产生排放2吨煤矿废水，主要为煤矿开采的各种作业中，地下水同煤层、岩石层发生接触，其水质成因取决地壳中的矿物物理化学成分[1-2]，不经处理直接排放，不仅因其水量大会造成资源的浪费，也会对周边自然水体和土壤造成了严重威胁，煤矿废水pH较低则会导致流经的土壤呈酸性，接触的岩石中金属物质溶解带来重金属超标;煤矿废水中铁、锰将会消耗水中氧气，导致水生动物和水生植物死亡，影响生态平衡，煤矿废水中的重金属离子又会经富集作用，对环境和人类造成影响[3]。因此，开采煤矿的同时，必须同步处理煤矿废水。

1煤矿矿井水概述

煤矿矿井水主要来源于地下水，其产生是由于开采煤矿过程中地下水与煤、岩层之间发生接触，在物理、化学、生化反应共同作用下形成的。煤矿水的水质特性由形成煤的地质环境和煤系地层矿物化学成分共同作用，而矿区的水文地质条件及充水因素对煤矿水的水质起着决定性的影响。

煤矿矿井水按其所含有的污染物成分可分为洁净的煤矿水、矿化度高的煤矿水、酸性的煤矿水、含悬浮物的煤矿水和带有特殊污染物煤矿水五类情况。洁净的煤矿水是指的该煤矿的地下水没有被污染，并且还含有多种微量元素，水质基本满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，可用于开发为矿泉水。对这类煤矿水采用地下水的简单处理（如筛网隔滤或消毒），处理后直接作为生活用水供周边居民使用[2]。

矿化度高的煤矿水也称为含盐煤矿水，它的水质指标中含盐量达到上千毫克每升。这类煤矿水的pH多偏碱性或中性，水中钙、镁离子、碳酸氢根和碳酸根离子、硫酸根离子含量较高，硬度大，矿化度大多为1000-4000mg/L，有时甚至高达上万毫克每升。因矿化度高的煤矿水含有大量中性盐，带苦涩味道，因此也称苦咸水，无法直接飲用，通常采用蒸馏法、电渗析法、反渗透等方法进行处理。我国煤矿矿化度高的煤矿水主要分布在中国西部高原、黄淮平原及华东沿海地区[4]，长期饮用该类水容易导致人体的胃、肠功能紊乱，使免疫力下降。

含悬浮物的煤矿水。水质pH一般呈中性，矿化度含量低于1000mg/L，未检测出金属离子、金属离子微量，基本上不含有毒有害离子。该类煤矿水中SS含量波动较大，从几十毫克升到数千毫克升。该类煤矿水中悬浮物主要来源为煤粉微粒，与地表水中SS的平均密度相比，该类煤矿水中SS平均密度仅为其一半[5]。

酸性煤矿水是指水质pH值小于6的煤矿水，通常情况下，其pH在2-4。中国南方较为常见[2]。该类煤矿水中含有大量的铁离子、锰离子、亚铁离子和硫酸根离子，由于其呈酸性，通常还伴随带有一定的金属离子，酸性煤矿水主要成因是煤矿地层富含菱铁矿和黄铁矿，矿石长期浸泡在水中，使得氧、水、硫铁矿充分接触作用，当pH小于7时，亚铁离子继续被氧化为铁离子，当pH大于3.5时，铁离子又将水解产生氢氧化铁，增加了酸性废水的酸度。因此该类水的矿化度和硬度也因酸性的原因而增高[5-6]。

含特殊污染物煤矿水指的是该类煤矿水中含有含微量元素或放射性元素等有毒有害污染物。带有放射性物质的煤矿水、氟含量较高的煤矿水等，还有因地区地质条件导致煤矿水中重金属离子超标[7]。

2矿井水治理技术

鉴于煤矿废水其成分和危害的不同，我国对于煤矿废水开展治理历经上世纪80年代的活性污泥法，到90年代的生物接触氧化法，再到后面各专家学者对其特点进行研究，目前人们对于煤矿废水的治理技术主要有混凝沉淀法、酸碱中和法、人工湿地法、化学氧化法、蒸馏法、膜分离技术等[8]。同时伴随着其他行业的新技术的推广，也有移植到煤矿废水治理上，比如超磁分离技术。

2.1混凝沉淀法

混凝是水处理工艺中混合和絮凝过程的一个统称。混合指的是使得混凝剂充分而均匀地扩散到水体的过程，絮凝指的是投加混凝剂并充分混合后的原水。在水力的作用下使微絮粒间碰撞并逐渐形成更大颗粒即为混凝。混凝沉淀作为常见的水质净化方法，不论是在给水领域还是污水处理中应用都较为广泛。混凝沉淀通过吸附、沉淀、絮凝、混凝成絮体而沉降，达到污染物与水分离净化的目的。解毅[9]通过对山西某煤矿进行处理，该废水COD、SS、pH、铁、锰为污染因子。采用的工艺：初沉+混凝沉淀+过滤+深度处理。采用常见的PAC做混凝剂、PAM做助凝剂。处理后可达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426-2006）标准。可用于矿井职工洗浴、地表植被浇灌以及景观用水需要，达到了循环利用的目的。

2.2酸碱中和法

煤矿废水pH呈酸性的水质，主要原理为酸碱中和反应，酸和碱相互交换成分生成盐和水的反应，即反应式（酸+碱→盐+水）。实质是H+（氢离子）和OH-（氢氧根离子）结合生成水的反应。通常加入碱性物质进行中和来达到调节pH的目的。常用的碱性物质包括采用石灰或石灰石、碳酸钙、氢氧化钙、苛性钠等。中和法技术成熟，操作简便、处理费用低，处理效果好，同时产生的沉淀物氢氧化铁和硫酸钙不溶于水可进行回收利用。该方法会产生大量污泥，操作不当容易引发二次污染。汾西矿业集团下属公司煤矿废水[10]为典型高盐、高酸性废水，pH为2.63，该废水处理以纯碱作为中和药剂，调节其pH，从而有利于Fe2+的氧化。

2.3人工湿地法

上世纪70年代，西方国家采用植物吸收净化处理酸性矿井废水[11]，去除的主要机理为金属离子的水解和氧化;厌氧菌对硫酸盐的还原;植物和土壤有机质对金属离子的吸附作用，同时人工湿地还能去除水中氮和磷，人工湿地法具有运行成本低、对维护人员要求低、操作简便等优点，缺点主要是湿地占地地面积较大、植物在低温环境下处理效果较差。

2.4化学氧化法

化学氧化法通过氧化还原作用能较为彻底去除废水中有机物。将大分子、难降解的有机物通过氧化作用，降解成低毒性或无毒的小分子物质。化学氧化法有臭氧氧化法、光化学催化氧化、芬顿氧化、电催化氧化、电化学氧化等技术。许明福[12]等在处理兴隆庄煤矿废水采用化学氧化法。结果表明，化学氧化法对废水中有机污染物去除效果好，出水稳定，运行简单，化学氧化法对于废水中氨氮和磷的含量也有去除效果。

2.5蒸馏法

蒸馏法消耗热能，达到脱盐淡化目的。目前常用的蒸馏法分为蒸发塘，其充分利用太阳能对浓液进行蒸发，较适用于北方干旱少雨区域，蒸发塘占地面积较广;机械式蒸汽再压缩蒸发器，是物料通过加热的能量与外部蒸汽的热能多次交换，使物料中水分受热蒸发，将溶解态的盐分转化为固态的晶体盐析出的工艺，其优点为能耗比多效蒸发器降低，运行费用省;将二级能效进行串联组组成了多效蒸发，利用串联起的二次蒸汽作为下一级能效加热蒸汽蒸发源。多效蒸发比二级能效，其各能效的加热蒸汽温度、操作压力、溶液沸点均会依次降低[13]。

2.6膜分离技术

膜分离技术是多学科较差的一种水处理技术。一般常用于污水的深度处理。膜分离技术依据分离介质为选择性透过膜，在膜一侧施推力，使原料侧组分选择性透过膜，从而达到分离或提纯的目的。膜分离根据工艺分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、渗析、电渗析（ED）。反渗透技术采用在膜的原水一侧施加压力，压力比溶液渗透压力更大。透过液主要为水、极小分子、离子化溶质，半透膜仅允许水透过，其他物质被膜截留不能通过，最终被截留在膜表面。可去除原水中SS、有机物、微生物、盐分等[14]。反渗透技术具有占地面积小，自动化程度高，耗能少等特点。

2.7超磁分离技术

超磁分离技术最早起源于环能德美公司，将此技术用于冶金行业的废水处理，对废水中重金属的去除[15]。应用，近年来，也在化工行业、炼油行业等领域取得了一定推广。超磁分离技术向待处理的煤矿水中加入磁种，并在助凝剂的配合下，加速悬浮物的絮体凝结，因为磁种的缘故，该絮体有一定磁性，可被超磁分离机进行定向吸附。因为超磁分离时间较短，同时设备占地面积小，极大提高了处理水的速度。此外，超磁分离技术不但能去除重金属、SS、油类，在病原菌、藻类等去除上也有着一定效果[16]。

3发展趋势和展望

深度氧化技术、光催化技术、膜分离技术、微生物技术、超磁分离技术等新技术的研究及跨领域技术的推广，都为煤矿废水处理提供了新研究方向。而新材料更新、研发，又为新技术的推广带来了更多可能，这些技术的应用推广为煤矿企业在节能环保上提供了可操作性和可复制性。

在上述介绍的技术中，较为成熟可行的方法有混凝沉淀法、酸碱中和法、膜分离技术。将煤矿废水处理后应用于生产、绿化，既可降低污染排放又能节约水资源，为企业降低运行成本。聚焦2030年碳达峰目标，煤矿行业的水处理提高与回用，對其自身取水、用水、排水环节上均实现资源利用率的提高，有效降低了水中污染物，切实符合当前国家的可持续发展战略和中期远期碳中和碳达峰目标。

参考文献

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作者简介：许莉（1981-），女，河北保定人，高级工程师，本科，研究方向：煤矿矿山环境污染治理。