煤矿矿井水深度处理工艺设计要点

刘丹

摘 要：随着我国煤矿开采规模的不断扩张，煤矿开采深度也在不断加大，在煤矿开采工作过程中对煤矿矿井水的处理工作非常关键。本文有效结合我国某地区一处煤矿开采工作案例展开分析和研究，对本次煤矿矿井水体深度处理工艺设计工作要点进行深入分析和研究，通过采取高效混凝沉淀、氯氧化、锰砂过滤超滤以及反渗透等水体处理工艺方法，对煤矿矿井水展开深度处理，水体处理工作完成之后满足生活饮用水卫生控制工作标准，反渗透系统的产水率可以控制在65%左右，达到了预期的水体处理工作指标，为后续煤矿矿井水处理工作开展提供必要的参考和借鉴。

关键词：煤矿开采矿井水深度处理工艺设计

Key Points for Design of Advanced Treatment Technology of Coal Mine Water

LIU Dan

（Tangshan Mining Branch of Kailuan Group （Co.， Ltd.，） Tangshan， Hebei Province，063000 China）

Abstract： With the continuous expansion of the scale of coal mining in my country， the depth of coal mining is also increasing. The treatment of coal mine water is very important in the process of coal mining. This article effectively combines the analysis and research of a coal mining work case in a certain area of ??my country， and conducts in-depth analysis and research on the key points of the design of the coal mine water advanced treatment process. By adopting high-efficiency coagulation sedimentation， chlorine oxidation， manganese sand filtration and ultrafiltration As well as reverse osmosis and other water treatment techniques， advanced treatment of coal mine water is carried out. After the water treatment is completed， it meets the sanitary control standards for drinking water. The water production rate of the reverse osmosis system can be controlled at about 65%， reaching the expected water body. The treatment work index provides necessary reference and reference for the subsequent development of coal mine water treatment work.

Key Words： Coal mining; Mine water; Advanced treatment; Technology; Design

在煤矿开采工作过程中需要排放出大量的矿井水，大量的矿井水如果没有进行处理直接排放，不但会造成大量的水资源浪费，同时也会对周围的环境形成不同程度的污染问题。对此，在煤矿开采工作过程中，必须要对矿井水进行综合处理同时进行循环使用，有效降低水体资源的消耗量，同时避免矿井水对周围的生态环境造成严重的污染和影响，有效解决矿区内部供水不足问题，进一步改善煤矿开采区域的生态环境条件，最大限度上满足矿井生产工作要求，实现煤矿开采工作单位更高的经济效益以及环境保护效益。

1项目概况

结合我国某矿业开采工作案例进行分析和研究，本次煤矿井下用水量大约为4000t/d，现阶段在经过简单的沉淀处理工作之后，水体少量回收和使用，大部分直接进行排放。该矿井现阶段的日供水量为冬季5000t，夏季4000t，在煤矿开采工作过程中，由于受到外部水体资源供应条件问题的影响和限制，矿井自身在开采过程中，所产生的矿井水体资源并没有得到有效循环和使用，进而造成矿井现阶段生活用水供应有所缺乏，并且随着一些高标准综采机械设备的大量投入使用，井下生产设备在经过简单处理之后，矿井水很容易出现结垢情况，进而对设备的正常工作和运行造成了不同程度的影响。

2煤矿矿井水深度处理工艺选择分析

2.1总体设计工作方案

根据水体质量控制工作指标要求，其中SS主要是基于物理方法来进行处理，铁和锰主要是通过氧化和过滤的方法来进行处理，而COD、硫酸根、硝酸根、总硬度以及氯化物和细菌等物质，可以通过深度处理工作方法来进行去除。在本次矿井水深度工作方案设计工作当中，使用的是混凝沉淀加过滤加深度处理工艺方法^[1]。

2.2混凝沉淀工艺设计要点分析

矿井水体当中的SS主要是基于常规的混凝、沉淀工艺方法来进行去除，当前比较常用的混凝沉淀设备，主要包含煤泥水凈化器设备、高效混凝反应沉淀池以及水力循环澄清池等几种常用的处理设施。本次煤矿开采工作项目，位于北方一处比较寒冷的地区，为了有效保证水体处理工作效果，在矿井水处理工作过程中需要将水处理构筑物设置在室内，或者是直接在地下环境当中来进行搭设，高效混凝反应沉淀池在使用过程中具有体积更小、占地面积更少、对水体的净化处理工作效率更高，出水之后的水体质量更高、操作流程比较简单等多方面优势，更加适于在室内环境下来进行设置和使用。因此，在本次矿井水处理工作当中使用混凝沉淀工艺，使用高效混凝反应沉淀池技术来进行处理^[2]。

2.3过滤工艺技术

天然锰砂属于一种相对较强的氧化剂材料，可以对水体当中的铁离子起到强烈的氧化作用，通过使用天然二氧化锰砂，有效去除水体当中的铁，锰砂材料表面具有一层相对较强的氧化作用材料，锰砂自身具有反铁催化的作用和效果，可以将矿井水当中的二价铁，直接催化氧化生成三价铁，然后再将三价铁直接附着在锰砂材料的表面，以此可以起到良好的铁离子去除工作效果。天然的二氧化硅将其氧化成三价铁之后，通过沉淀的方式进行过滤处理，保证水体过滤之后更加洁净，二氧化锰在水体当中溶解，可以氧化成7价锰的氧化物，7价锰再加上水体当中的二价铁直接氧化成三价铁，因此可以达到除铁除锰的作用和效果，同时锰砂还具有强烈的过滤和渗透功能效果，可以有效去除水体当中大量的悬浮物以及胶体颗粒物质。在本次项目工程设计工作当中，通过使用锰砂过滤器设备，在去除铁锰的过程中可以进一步去除水体当中的悬浮颗粒物质^[3]。

3矿井水深度处理工艺技术

在本次项工程前段使用的施混凝沉淀处理和锰砂过滤处理工作方法，在出水的混浊度小于1，锰含量小于0.1mg/L，但是水体当中的硫酸根、硝酸根、总硬度以及氯化物等各项水体控制指标仍然没有达到标准的生活饮用水卫生标准。硫酸根、硝酸根、氯化物等属于金属盐类物质硬度，主要指的是水体当中的钙离子、镁离子、硫酸根以及碳酸根等所形成的沉淀物质。通过使用混凝沉淀和过滤的常规处理工作方法，无法对其进行净化处理，因此必须要对其进行深度处理，有效去除这些盐类物质，主要包含药剂软化处理法、离子交换处理法以及膜处理法3种不同的方式。

3.1药剂软化处理法

第一，可以通过使用加石灰和纯碱的处理工的方式，保证水体当中的钙离子镁离子形成沉淀，进而可以达到去除水体硬度的工作效果和目标。在本次矿井水处理工作过程中，除了需要去除水体的总硬度还需要去除其中的硫酸根、硝酸根以及氯化物等，如果所使用的药剂软化法，只能作为深度处理的一种技术组成部分，还必须要结合使用离子交换法，或者是膜深度处理工的方法来继续使用，有效提高水体的处理工作效果。

第二，离子交换法。离子交换法在使用工作中，主要是使用离子交换机设备，对矿井水进行处理，通过使用交换机与水溶液当中可交换的离子之间形成可逆性交换，会出现水质改善的二离子，交换机结构性质方面没有出现变化，同时对水体的处理效果也比较明显。离子交换法在实际使用过程中，存在的主要问题是对离子交换剂进行再生处理，整个再生功能流程相对比较复杂，因此会消耗一定量的时间和精力^[4]。

3.2膜分离处理工作

膜分离处理工的技术在使用工作过程中，主要包含电渗析法、超滤法、钠滤法以及反渗透过滤法等。

3.2.1电渗析法处理工作方法

主要指的是在外部施加直流电场的作用环境条件下，通过使用阴离子交换膜与阳离子交换膜的选择透过性，保证矿井水当中一部分的离子直接通过离子交换膜，转移到另一部分的水体当中，以此来保证一部分的水体完全淡化，另一部分的水体进行浓缩。电渗析处理工作方法无法去除水体当中所含有的有机物以及细菌等，设备运行过程中的能耗量相对较高，因此在一些高矿化度的矿井水淡化处理工作中应用效果并不是非常普遍，会存在比较明显的技术局限性。

3.2.2超滤法

超滤法主要是使用一种压力活性膜，在外界推动力的作用条件下，对水体当中的胶体颗粒分子量相对较大的物质进行节流处理，而水和一些直径相对较小的溶质颗粒，会直接透过膜的分离工作进行处理，超滤膜的孔径范围通常在5～100nm之间。当被处理的水体通过借助外界压力作用条件下，以特定的流动速率经过膜表面时，水体当中的水分子以及分子量小于500的溶质透过膜，而超过过滤孔的微颗粒大分子等，由于筛分的作用直接被截留，使得水体可以得到充分的净化和处理。

3.2.3纳滤处理

纳滤属于一种介于反渗透与超滤之间的一种压力驱动膜分离处理工作过程，纳滤膜的孔径范围通的情况下在几个纳米左右，而对于2价或者是多价离子，以及分子量在200～500之间的有机物去除效率相对较高。

3.3.4反渗透处理反渗透处理技术

主要指的是在膜的原水一侧，增加比溶液渗透压力更大的外部压力作用，原水可以直接透過半透膜，只允许水透过，而其他的杂质和大分子物质则不能直接通过，会被直接截留在膜体的外部，实现对水体的净化处理。反渗透处理工作方法，属于精密程度相对较高的液体分离处理技术方法，通过将溶剂和其他大分子溶质进行分开处理，可以有效过滤其中大部分的溶解性盐类物质，只允许其中的水溶剂通过，可以有效去除水体当中大部分的悬浮物质，胶体材料以及有机物和盐分等反渗透过滤膜，需要将其制定成特定形状，然后直接用于水处理过程当中截断。在膜的构造形式方面主要包含平板式膜、管式膜、卷式膜以及中空纤维式膜结构。整体而言，在反渗透纳滤超滤水处理技术的工作原理相对比较类似，主要是所使用的膜不同，但是反渗透对于水体当中的盐类物质去除效率相对较高，反渗透膜可以有效处理口径超过0.1nm以上，可以从水体当中过滤去除90%以上的溶解性盐类物质，以及去除身体当中99%以上的胶体微生物以及各种有机物等物质。根据上述分析之后，对矿井水深度处理工艺设计工作方案进行确认，现阶段可以稳定可靠的水体除盐工作方法，使用的是膜分离技术方法，有效结合本次煤矿开采工作，矿井水深度处理工作要求，通过使用反渗透工艺对矿井水进行深度处理^[5-6]。

4设计处理工艺

通过对各种不同水处理工艺的对比和分析，在本次矿井水处理工作当中，处理工艺设计选用的是高效混凝沉淀、氯氧化、锰砂过滤、超滤反渗透处理工艺方法，其中罐装水工以增加臭氧消毒和灌装系统。在工艺流程方面，在井下排水管的过程中需要先通过井下泵直接打入调节水池进行矿井水量调节，然后再使用泵提升到高效的混凝反应沉淀池当中，向其中加入PAC混凝剂材料 、PAM助凝剂材料，混凝反应沉淀池处理工作完成之后，水体经过中间水池直接传输到水泵，然后再提升到锰砂过滤器当中进行除锰工作，再经过后续的水体深度处理，对其中的盐类物质以及水体硬度进行去除与控制。水体深度处理设备，主要是通过超滤设备和反渗透装置所组成，在经过深度处理工作之后，水体一部分直接进入到罐装线的生产装置当中，主要用于生产桶装水和瓶装水，剩余部分则直接进入到清水池当中，经过消毒处理之后主要用于矿井生产和生活用水。由于选煤厂所使用的水体质量要求相对较低，浓水部分直接用于生产补充用水，高效混凝反应沉淀池在使用过程中，可以通过煤泥重力作用直接流入到选煤厂的污泥浓缩池当中，然后再通过选煤厂的煤泥压滤系统对其进行统一处理。

5结语

综上，本次矿井开采工作过程中拟建一处新的矿井水处理工作厂，设计矿井水处理工作能力达到4000m?/t，并且要求矿井水出工作完成之后，出水需要达到生活饮用水的卫生控制标准。煤矿井开采工作当中的生产和生活用水提供保障，同时其中存在10t/d达到桶装饮用水的卫生标准，供井下工作人员日常饮用。

参考文献

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[2]郭中权，毛维东，肖艳.矿井水处理中聚丙烯酰胺残留物对反渗透膜污染的贡献[J].煤炭学报，2020，45（S2）：986-992.

[3]朱泽民，刘晨.超滤-反渗透双膜法在甘肃某矿井水处理中的应用[J].给水排水，2019，55（6）：77-81.

[4]柳争艳.煤矿矿井污染水的资源化技术研究与应用[J].山西化工，2021，41（4）：225-227.

[5]朱云浩. 河北某矿矿井水处理工艺研究及设计[D].邯郸：河北工程大学，2019.

[6]仝循飞. 邢台某矿矿井水处理改扩建工程方案研究[D].邯郸：河北工程大学，2018.