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矿井水

矿井水

矿井水范文第1篇

【关键词】 矿井水处理 脱盐

1 矿井水的特点

矿井水主要来源于矿区开拓巷道以及所采煤层附近的水源,有时也有部分少量的地表水渗入。矿开发过程中排出的矿井水的水质差别较大,有少部分矿井水质较好,不需要处理,就可以达到饮用水标准;但是绝大多数的矿井水受采煤以及开拓等的影响,具有较高的矿化度、大量的悬浮物,多含重金属离子、显酸性,甚至有的还含有有机污染物、放射性物质和氟等其他污染物。我国矿区矿井水按照其化学性质,分为5大类,主要为酸性矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水(苦咸水)、洁净矿井水、含有害元素或微量元素矿井水等,所以对于不同性质的矿井水就有着不同的处理方法和技术。

2 矿井水常用的处理工艺

(1)典型含悬浮物矿井水处理工艺。煤矿开采过程中将大量的岩粉、岩粒、煤粉、煤粒等悬浮物带入了地下水中,进而形成了悬浮物含量较高的矿井水。我国有超过 60%的矿井排水悬浮物含量较高。并且这类矿井水同时还含有较多的细菌,水质多呈现黑色,但水质相对简单,易于处理,处理技术也较为成熟。一般采用混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺处理后,便可达到生产或生活用水的要求。(2)典型高矿化度矿井水处理工艺。我国高矿化度矿井水矿化度一般在 1000~3000mg/L,有些地区甚至能达到5000mg/L。造成这种情况的原因是,区域煤系地层中碳酸盐类及硫酸盐类岩层较多,地下水与这些岩层接触后,水中矿物质含量大幅上升,高矿化度矿井水。pH 值一般显中性,因这类矿井水的溶解性总固体较高,致使其硬度也较高。处理这类矿井水的关键在于脱盐,目前国内脱盐主要采用两种反渗透技术,即电渗析和膜分离法。

3 文家坡矿井水处理主要设施及工艺

(1)矿井水水质。文家坡矿位于彬县东北塬区,地面水系属于泾河水系。通过水质分析,文家坡矿井水以无机煤粉、岩粉污染为主,并受到一定程度的粪便及少量的机油、焦油的污染,基本上属于无毒,污染较轻,中性略偏碱性的生产废水,属于含悬浮物矿井水。(2)主要设施。矿井水处理站选用设备有行车器刮泥机、提升泵、迷宫斜板净水器、行车式刮泥机、净水器、重力无阀过滤器、瓷砂过滤器、活性炭过滤器、反渗透装置、二氧化氯发生器、自动加药系统1套、自动排泥系统1套以及全过程监控系统1套。矿井水处理站处理规模11000m3/d,共分为三个车间,即调节预沉淀间、净水车间和脱盐车间。调节预沉淀间处理能力为450m3/h,采用高效增强沉淀池和行车式刮泥机,进水出水质SS=60-3000mg/L,出水水质SS

井下排水经中央水泵房排水泵加压后由排矸立井排出,压力供至风井工业场地内的井下水处理站调节预沉间,沉淀池出水进入集水池后一部分由黄泥灌浆泵压力送至黄泥灌浆站,另外一部分再经净水器供水泵提升至高密度迷宫斜板净水器,在水泵吸水管中,加入碱式氯化铝,其投加量为13-20 mg/L,经混合、反应、沉淀后出水进入中间水池。中间水池内的水再由过滤器供水泵提升依次进入重力无阀过滤器、瓷砂过滤器、活性炭过滤器,出水经阻垢剂投加装置和调PH值装置后由反渗透装置脱盐处理,清水根据不同用量分别进入井下消防洒水水池。在日用消防水池中均投加ClO2消毒剂消毒去除水中嗅、色及大肠菌群。最后日用消防水池内水由消防泵和外供水泵等泵组分别向不同的用户供水。为了节约建设投资,便于控制管理,同时为了提升矿井水处理自动化水平,矿井水处理站电气控制采用PLC集中控制、人工操作与全自动控制相结合。针对本系统布置分散的特点,设置多台现场控制箱,每台控制箱均设有PLC信号输入及输出点,以实现系统集中控制及联动。由于该矿井水设施建在地面,矿井水会在井下中央水仓初次沉淀,需要经常清理中央水仓;同时,该水处理技术中使用的净水器和过滤器体积较大,三个车间厂房占地面积大,土建和安装工程投资较高。

4 结语

(1)调解预沉池和加药装一起有较好的沉淀效果,可使出水水质SS

参考文献:

[1]牛明礼,单邵磊,刘佳,等.超磁分离净化技术在矿井水井下处理站中的应用[J].能源环境保护,2013,6,27(3).

矿井水范文第2篇

【关键词】铁矿矿井;充水特征;防治水途径;甲铁矿

甲铁矿赋存于岩浆岩侵入体与奥陶系灰岩的接触带上,矿体直接顶板主要是O22-2和O22-3段灰岩,比如角粒状灰岩、大理岩、白云质灰岩、结晶灰岩等,其间有蚀变闪长岩、钾长石化闪长岩、闪长岩侵人。矿体的直接底板主要是奥陶系灰岩,并侵入矿区岩浆,岩性为钾长石化闪长岩、闪长岩。矿体顶板、底板以及边缘位置均有矽卡岩,主要由绿帘石、绿泥石、透辉石组成,松软、薄层、易碎。

1.矿井充水特征

矿井充水可以分为岩溶水充水、构造带水充水、裂隙水充水,

1.1裂隙水的充水特征

隙水以成岩裂隙水为主。为了侵人灰岩中,岩浆岩会发生冷凝收缩,在这个过程中会产生成岩裂隙水。裂隙水不会威胁矿井的安全,无水压、水量小、出水时水清或短时间水浑,会随着时间自动缩小或自然枯竭[1]。

1.2构造带水的充水特征

构造带水存在于灰岩与闪长岩的接触带上或矿体的周围,其赋存与流通与张性构造、节理发育、岩体裂隙密切相关。构造带水有水压,持续性地出浑水,出水速度增至100m3/h,水文特征趋于平稳。岩体特征:岩性松散、软化、易碎,以矽卡岩、蚀变灰岩、蚀变闪长岩等蚀变岩为主,在前后20-30m处可见矿体[2]。如-40水平车场遇到底板出水的蚀变闪长岩,初始出水速度较小,约为16.5m3/h,后在24h内增至100 m3/h,然后水文特征变得非常平稳,并在后期的施工中发现前方25m处即是矿体。

1.3岩溶水的充水特征

甲铁矿见灰岩必见水,以溶洞水、裂隙水为主,溶洞水增速快,水量大、来势猛,裂隙水变化亦小,约10-20 m3/h,水量小。如+30水平南调车场遇有一溶洞的灰岩岩体。水流速度快,且变化大,2h内增至300 m3/h,10h后增至700 m3/h,水中携裹有砂、黄泥、石块,极容易造成淹井事故。

2.防治水方法

防治水应以“先探后掘,有疑必探” 的原则,在具体方法的选择上充分考虑不同的充水特征。防治水方法可分为先探后掘、导水、施工挡水堵水。

2.1先探后掘

采用超前探孔进行探查,无水掘进,有水注浆。断面不超过12m2时,钻孔布置5个;断面超过12 m2时,钻孔布置7个,若是突水的危险地段应加布外扎160、深20m的检查孔1-2个,遇钻孔出水即以单液浆为主进行注浆,封孔采用CS双液浆,若无水掘进时,掘进深度不超过15m[3]。如根据甲矿的静水位(+105 m ~+115m)和静水压确定注浆的局部压为6Mpa,终压为4 Mpa,收到了良好的效果,说明这种探、注结合的方法非常实用,尤其是在灰岩岩体内及矿体边缘地带

2.2导水

作为矿井含水地层的一种,闪长岩是相对隔水层,其冲水也以裂隙水为主,而裂隙水对矿井的危害非常小,只要裂隙、节理没有很发育,只要闪长岩未强力风化和水蚀,突水发生的几率就非常低,遇水无需注浆,因为注浆效果也不显著,只采用导水即可[4]。

2.3施工挡水堵水

空洞是形成灰岩水的主要原因,通过钻孔很难探到水,对于溶洞水更是如此,如果发生突水,应立即迅速埋设注浆管导进行注浆;若封堵时跑水现象严重,工作面节理、裂隙较发育,为了避免因水量增大而发生透水事故,应施工挡水墙堵水,挡水墙应位于巷道后侧岩石坚固地带,然后再进行注浆堵水。

3.其他矿山地质灾害的防治措施

除了矿区水文、地形地貌、地质、降水以及当地气候,诱发地质矿产灾害的因素还有开发理念、矿企管理水平、开发手段、预防救灾能力和采矿技术。除了不可控的自然因素,我们应综合运用各种防治措施,减少人为因素的影响。

1.找出频繁发生灾害的地点,采取有针对性的预防措施,减少矿产开采对灾害点的音响,提升灾害点的安全性,尽量减少由于表层土松动引发的小范围滑坡、泥石流等。

2.在巷道掘进时,合理科学开采,减少对支护的影响。同时,加强围岩和顶板的维护和管理,做到及时加固,防止坍塌和冒顶的发生,确保旷工的人身安全和开采进程。

3.集中处理矿产开采产生的废水、废渣和废料,合理堆放,减少对矿区周围以及下游生态环境的破坏,处理的方式有集中掩埋或废渣库存储。在条件允许的情况下,可把废料、废渣回填至矿区的采空区。同时,建立库坝的巡查制度,确保库坝强度,杜绝溃坝的发生。

4.加强矿区边坡的设计、建设以及后期的管理[3]。设计、建设要确保科学、合理,从根本上独居塌方事故的发生。后期的管理应注重边坡的调查、勘察和维护,及时排除不利因素,结构发生变化时进行加固处理。

5.在开采的过程中,减少对植被的破坏,规划开采过程,杜绝过度开采的显现;划定开采范围,严禁越界开采。对于生态换进原本就非常脆弱的矿区,在开采之初制定生态恢复计划,进行复植,改善植被稀少的境况,减少水土流失,提升矿区的生态环境。

通过对防治措施的论述,我们知道应综合运用多种防治措施减少矿山地质灾害的发生,最大限度地恢复矿区周围生态环境,尽量减低人为因素导致地质灾害发生,确保开采的安全高效

结束语:

想要有效避免淹井事故的发生,应首先对矿井充水特征有一个清晰正确的认识,然后根据具体的实际情况并在参照专家意见的基础上有针对性地开展防治水工作,才有这样才能有效降低突水的发生,甚至预知到突水的发生,然后采用准备措施来降低突水的危害。

参考文献:

[1]孙红伟.新铁矿区矿井水文地质分析[J].价值工程,2011,30(3):265-265.

[2]李安娜.安徽省萧县旗杆楼铁矿矿坑涌水量预测研究[D].石家庄经济学院,2011.

矿井水范文第3篇

关键词:矿井;水害;防治;对策

Abstract: This paper expounds the main types of coal mine water hazards, analyzes the present situation and mine flood prevention and control are the main problems and put forward the new situation mine flood prevention and control countermeasures.

Keywords: mine; water disasters; control; countermeasures.

中图分类号:O741+.2文献标识码:A 文章编号:

矿井水害事故是仅次于瓦斯爆炸的煤矿重大灾害,在煤矿发生重特大安全事故中有接近半数都是矿井水害引进的,因此,做好矿井水害防治工作具有十分重要现实意义。据国家相关部门统计数据显示,2011年,全国煤炭产量超过35亿吨,中国煤炭产量已经占据世界的一半。煤炭生产高速发展,一定程度上增加了安全生产风险。在这种背景下,矿井水害事故作为易发性煤矿重大灾害之一,加强对矿井水害的研究,充分认清当前矿井水害防治现状及存在的矛盾与问题,制定切实可行的矿井水害防治对策,对于提高煤矿安全生产水平,具有十分重要的现实意义。

1 矿井水害的主要类型

矿井水害成因复杂,既有单独出现的问题,又有多种因素引起的水害,导致矿井水害频繁发生。根据水害发生的主要原因,可以将矿井水害分为以下几种主要类型:地表水水害、老空水水害、孔隙水水害、岩溶水水害、裂隙水水害等。同时,按照水文地质条件复杂程度,矿井水害又可以分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型。

1.1 地表水水害

由于多数矿井都处于地平面以下,如果矿井口缺乏有效的防水设施,很容易导致大气降水、江河、湖泊等地表水,通过矿井口涌入矿井之中,而出现地表水水害。通常情况下地表水水害多发生在海拔较低、矿井口中位置较低的矿井,容易因地面洪水而发生“倒灌淹井”,引发地表水水害,而给煤炭安全生产造成巨大损失。

1.2 老空水水害

老空是指采空区、老窑和已经报废井的总称,老空水的水源就是这些古井、水窑、废巷及采空区的积水。这种老空水具有静态储量大,一旦当采掘工作面接近或沟通时,老空水就会涌入巷道或工作面,瞬间会灌满巷道或工作面造成重大安全生产事故。

1.3 孔隙水水害

裂隙水水害通常为第三系、第四系松散含水层孔隙水、流沙水或泥沙等,有时为地表水补给。通过采空冒裂带、地面塌陷坑、断层带及煤层顶、底板含水层裂隙及封孔不良的旧钻孔导水等形式进入巷道,而形成水害。

1.4 岩溶水水害

岩溶水水害主要是由于作业过程中,打通周边溶洞,导致岩溶水涌入巷道,形成水灾。这种矿井水害主要发生在岩溶地貌地区,比如:2005年在四川广能发生的龙滩煤矿的透水事故,就是由于在井下作业时,不懈打通溶洞,造成岩溶水涌入巷道,导致重大安全事故。

1.5 裂隙水水害

裂隙水水害的水源主要为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水,常受地表水或其它含水层补给,通过冒落带、断裂带、采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水,或者封孔不良的老钻孔导水进入巷道或工作面,从而导致水灾事故的发生。

2 矿井水害防治现状与存在主要问题

煤矿水害防治是一项复杂的系统工程,虽然我国在煤矿防治水害方面取得了较好的成绩,然而面对一些煤矿水害事故频发的问题,必须要认真总结经验,吸取教训。煤矿水害防治方面还存在一些突出的矛盾和问题,归纳起来主要有以下几个方面。

2.1 防治手段落后

矿井水害防治最关键的工作是要勘测在前,预测在先。如果不能做到对矿井水害进行科学勘测与超前预测,矿井水害发生的概率将会非常高。当前,一些煤炭生产企业为了追求利润最大化,把大量的资金投入到煤炭的产出上,而不愿意花费过多的资金和精力,用在水害的勘测与预防上,导致地质勘探装备落后,技术力量相对薄弱,很难科学实现对井下导水通道位置、分布、性质等的探测和预先防范。对井下及矿井周边地质环境缺乏有效的勘测和掌握,大大削弱了矿井水害防治的能力和成效,也使得许多本可以避免的矿井水害却不断发生。

2.2防治队伍不健全

矿井水害防治是一项专业性、技术性和针对性很强的工作,近年来,随着人们对矿山安全形势担忧情绪的不断扩大,特别是对于大多数独生子女家庭,鲜有愿意让自己的子女入矿业专业学习,导致矿山专业技术人才匮乏。煤矿缺乏既懂采矿专业知识,又掌握地质水文专业知识与技能的矿井水害防治专业人才。加之,一些煤矿生产企业对煤矿水害隐患的严重危害认识不充分,对煤矿水文基础数据库建设不重视,一旦出现水害安全隐患,就处于临时补救,而无历史数据的尴尬境地,从而失去了最佳的防治时机,甚至会导致重大事故。

2.3 防治措施不力

一些煤矿生产企业对瓦斯等事故的防范较为重视,而对水害的防治重视有所弱化,往往会凭感觉认为矿井历史上没有发生过水害事故,现在也无需太在意,导致对水害防治的重视不够,缺乏有效的矿井水害防治预案,一旦发生透水事故,将很难实现对水害事故的应急抢险救援。近年来发生的几起重特大矿井水害安全事故都充分说明了这一点。

2.4 违法违章作业严重

近年来,随着各级对抓好安全生产工作力度的不断加快,有效扭转了各类重特大煤矿安全事故的发生。但由于煤矿生产是高风险、高回报行业,导致一些私营业主未批先采、超规开采比较严重。小企业由于缺少必要的勘测技术手段,而对无法充分掌握矿井的地质水文等条件,特别是非法开采、违章作业,发生矿井水害的概率很大。对于一些矿井超层越界开采,甚至开采保安煤柱、防水煤柱,提高开采上限等违法违章作业,都大大增加了矿井水害发生的概率。

3 新形势下矿井水害防治对策

抓好矿井水害防治是一项系统工程,需要统筹协调,各方密切配合,整体推进,方能取得实效。

3.1 搞好综合水文地质探查

通过加大煤矿综合水文地质探查力度,全面准确掌握矿井地下水文地质状况,是科学进行矿井水害防治的关键和首要条件。因此,要科学选用物探、钻探等各种行之有效的技术手段,加强对矿区水文地质的探查,充分掌握矿区导水性、水源特征、通透性等要素,以便根据探查的水文地质资料,科学制定相关水害防治预案,提高水害防治实效。

3.2 底板水害防治

通过探查,详细了解底板含水层有关情况,如果底板隔水层厚度较厚,可以采用带压开采方法,以压治压,但要保证隔水层能够有足够的压力保证水不能透过,以免发生意外。可以根据岩溶率、注浆段厚度、注浆压力等数据合理确定帷幕带的宽度和注浆孔的孔距、方位、施工序次等,因地制宜地采取单孔注浆与群孔注浆、引流注浆与控压注浆、连续注浆与间歇注浆等相结合的综合注浆工艺,以起到底板水害防治的目的。

3.3 地表水体的防治

首先,要加大对矿井口的防水治水工作力度,提高井口高度,防止地表水漫过井口。对于矿区内存在江、河、湖、水库、水塘等地表径流时,要加强地质水文勘探,全面掌握矿区内地质特征,特别是地质透水性和隔水性,采取尽可能回避隔水性差的地质地段进行采煤作业。同时,要加强在作业过程中,对实时水情的监测,一旦发现问题及时进行报警,并及时处理,防止水害事故的发生。

参考文献

[1] 龚承柱,李兰兰,柯晓玲等.基于multi-agent的煤矿水害演化模型[J].煤炭学报.2012,(06).

矿井水范文第4篇

1恒源煤矿矿井废水分析

恒源煤矿为新源公司上级单位,其所属的矿井设计年生产能力120万吨,2004年经过技术改造后实际产量突破200万吨/年;在生产过程中,矿井废水的排放是必不可少的。废水来自:煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水,井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。它既具有地下水特征,但又受到人为污染。该煤矿矿井水主要污染物为悬浮物,另外还有少量的有机物。主要处理方法为:采用混凝沉淀法去除水中的大部分悬浮物、通过曝气接触氧化去除废水中的有机物。然后将处理后的水进行排放。

2新源公司循环水用水分析

新源公司装机规模为2×15MW、三炉二机,年设计发电能力2亿kw.h。其运行水系统主要包括循环水系统、工业水系统、化学水系统以及消防水系统。该公司有一台双曲线自然通风式冷却塔,总循环量为6000m3/h,夏季循环水蒸发量为5%、冬季为3%、春秋两季为4%。按平均4%计算,每小时需补水240m3,该公司一年补水时间为8000h,则一年补水量为:240×8000=192万吨。如果恒源煤矿矿井废水处理后排放,既浪费资源,又对环境有很大的影响。而新源公司的生产用水也需从地下抽取。于是新源公司从节约能源、保护环境的大局出发,充分利用恒源公司的矿井废水,提高废水重复利用率。

3水处理分析

矿井水矿井水沉淀池加药全自动过滤器清水池循环水池加药用做循环冷却水前面已经分析过,新源公司一年生产用循环冷却水量为192万吨。全自动过滤器的处理能力为500吨/小时,按每年生产8000小时计算,一年可处理400万吨矿井水。在保证了井下、新源公司生产用水的前提下,还可将处理后的水用于绿化、消防、供给选煤厂等其他用水单位。剩余的水对外排放。新源公司认为,现在做出的这些成绩还是远远不够的。近年来,淮北地区天气干旱严重,地下水明显减少。为了节约水资源,保护环境。该公司还准备将余下的矿井废水代替原水处理后用做锅炉补充水,实现严格意义下的污水再生。

矿井水范文第5篇

关键词:矿井水;高矿化度;反渗透技术;脱盐处理技术;水质特征 文献标识码:A

中图分类号:O741 文章编号:1009-2374(2015)23-0167-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.23.084

1 高矿化度矿井水的水质特征

矿井水是煤矿生产中排放的主要污染源,煤矿产生的矿井水受到采煤作业、天气条件、煤系地层等因素的影响,含有一定量的盐分,当盐的质量浓度大于1000mg/L时,即为高矿化度矿井水。我国大多数煤矿排放的矿井水是以悬浮物为主的常规矿井水和含铁锰的酸性矿井水,但在我国较为缺水的西北及北方矿区往往排出高矿化度的矿井水,在陕西、甘肃、宁夏、新疆、内蒙古、山西以及两淮、徐州、新汶、抚顺、阜新等地区都有高矿化度矿井水分布。据调查,高矿化度矿井水水量约占我国北方重点煤矿矿井涌水量的30%,例如淮南矿区排放高矿化度矿井水的数量占到矿区煤矿的50%以上,这些地区煤矿矿井水的矿化度一般为1000~10000mg/L,个别煤矿的矿井水矿化度则高达10000mg/L以上。由于高矿化水矿井水的危害较大,我国内蒙古等地区都严格限制高矿化水矿井水的排放,对其进行有效处理利用,是今后这些地区煤矿开采过程中必须十分重视的煤矿环保之一。

2 高矿化度矿井水处理技术

我国高矿化度矿井水主要分布在水资源比较缺乏的地区,对这部分高矿化度矿井水进行处理利用,不但可以避免矿井水外排造成的环境污染,还可解决矿区用水紧张的问题。同一般的矿井水水质相比较,煤矿排放的高矿化度矿井水除具有高含盐量特征外,也含有悬浮物等这些常见的污染物,悬浮物等通过常规的混凝沉淀和过滤即可去除,但其中的各种离子则必须通过其他途径进行脱除,脱盐是处理高矿化度矿井水的关键工序,也可以称为深度处理。常用的脱盐深度处理技术有离子交换、蒸馏、电渗析、反渗透等。

2.1 离子交换法

离子交换法是采用离子交换机,使交换剂和水溶液的可交换离子之间发生等物质的可逆换,导致水质改善二离子交换剂的结构不发生实质性变化的水处理方式。离子交换法主要存在的问题是定期需对离子交换剂进行再生,再生过程控制麻烦。目前离子交换主要用在锅炉软化水末端处理等方面,在高矿化度矿井水的脱盐深度处理工艺工程中基本没有使用该方法。

2.2 蒸馏法

蒸馏法是目前海水淡化工业中成熟的技术。蒸馏法是以消耗热能为代价,进行热力脱盐淡化处理的方法。有一些技术文献提出,从热源价格方面考虑,蒸馏法适用于处理含盐量超过3000mg/L的高矿化度矿井水,且为了降低成本,蒸馏法可考虑用煤矸石作为廉价燃料,来淡化高矿化度矿井水。但从目前实际现状来看,煤矸石热值低、含硫量较高,用煤矸石作为燃料,既不符合现有越发严格的大气防治控制政策要求,能获取的热量也少,专门采用煤矸石作为燃料的煤矿基本没有,要想获取稳定的热源,就需要通过燃煤、用电的方式来解决,就需要很高的经济代价。由于这些现实的条件限制,基本未见有将蒸馏法应用于高矿化度矿井水脱盐深度处理的工程实例,可以预见,在今后的高矿化度矿井水处理工程,该方法的应用范围也将十分狭小,只有在该煤矿可以低价稳定地获得大量的热源,该方法才可能得到

应用。

2.3 电渗析法

电渗析法是我国一项传统的高矿化度矿井水处理工艺,在前些年,我国主要使用电渗析技术来处理高矿化度矿井水,一些煤矿应用电渗析设备淡化含盐矿井水,以解决矿区生活饮用水和有关工业用水问题。电渗析除盐法的优点是不需再生、可连续出水、系统简单、设备少,但缺点也很明显,表现在:不能去除水中有机物和细菌,电耗大,运行不稳定,结垢严重,脱盐率在50%左右,设备庞杂,一般只适合原水含盐量小于1500mg/L的矿井水脱盐。从我国目前已投入使用的矿井水深度处理工程来看,存在的问题也比较多,主要原因是工艺流程普遍单一,工程设计参数选择缺少依据,对矿井水的水质、水型缺乏分析,电渗析淡化工程工艺设计中普遍没有充分考虑矿井水的特征,一些煤矿采用浓水不循环直接排放、积水全部利用清水的方式,造成水资源浪费很大,水回收率普遍只有45%左右,有些矿井水深度处理工程中没有设计防垢技术措施,导致电渗析的电极、离子交换膜严重结垢,堵塞膜道,压力升高,电流效率下降,脱盐率降低,设备解体清洗频繁,操作恶化,淡化成本大幅度上升,从而使不少工程不能正常生产,有些电渗析工程已停用或久停报废,如龙口矿务局北皂煤矿、灵武矿区灵新煤矿和淮北矿务局的童亭煤矿等。随着目前反渗透膜等技术的不断发展,电渗析法本身存在的问题使其劣势更为明显,该方法已不能满足矿井水处理技术朝自动化、模块化方向发展的需要,电渗析法在高矿化度处理工程中应用受到较大限制,近些年,广泛建立的高矿化度矿井水处理工程中使用电渗析法进行脱盐处理的实例已较为少见。

2.4 反渗透技术

反渗透(RO)指的是在膜的原水一侧施加比溶液渗透压高的外界压力,原水透过半透膜时,只允许水透过,其他物质不能透过而被截留在膜表面的过程。

反渗透是最精密的膜法液体分离技术,将溶剂和溶剂中离子范围的溶质分开,它能阻挡几乎所有溶解性盐,只允许水溶剂通过,可脱除水中绝大部分的悬浮物、胶体、有机物及盐分。

反渗透膜分离过程的主要特点是:(1)处理介质不发生相变,与热法蒸馏相比能耗大大降低;(2)只用压力作为反渗透分离的推动力,装置操作简单,便于自控和维修;(3)脱盐过程中不消耗酸碱,除浓水中盐分高外不生成其他污染物质,与离子交换工艺相比,符合环保要求;(4)装置模块化设计,规模大小灵活。可提供几百升/天的家庭用纯水设备、实验室设备以及成千上万吨/天的大型工业除盐设备;(5)与传统脱盐工艺比较,系统占地面积明显减少;(6)自动化水平较高,人工操作、劳动强度降低;(7)作为目前水处理工业领先的脱盐技术具有广泛的发展前景。

目前反渗透技术已成为海水、苦咸水淡化的主要手段,是超纯水和纯水制备的优选技术,反渗透已被利用于食品、医药的浓缩、净化、水软化、污染控制以及水再生和废液的回收利用等多个方面。在我国高矿化度矿井水深度处理工艺应用中,反渗透技术凭借其能耗低、运行成本低、结构合理、占地面积少、水利用率、自动化程度高等诸多特点,应用最多、效果最好,且应用前景良好。

3 反渗透技术在高矿化度矿井水处理中的应用现状

3.1 反渗透技术在华东地区高矿化度矿井水处理中的应用情况

安徽淮南矿区的谢桥煤矿矿井水深度处理采用了反渗透过滤工艺,经预处理后的矿井水含盐量为3000~3800mg/L,反渗透膜采用管式聚酰胺复合膜,具有酸碱适应范围大、处理量大、除盐效率高、化学稳定性好等优点,系统回收率为70%左右,产水电导率为30~70μs/m,产水量5000m3/d,符合生活饮用水卫生标准要求,反渗透装置出水中产水进入纯水池供工业场地生产和生活,浓水进入集水池供选煤厂生产和矸石山冲扩堆,提高了矿井水的综合利用率,节约了水资源,经济和环境效益明显。

2011年,兖矿集团的菏泽能化有限公司赵楼煤矿建设了1座矿井水深度处理站,采用超滤+反渗透过滤工艺,进水量为110m3/h,反渗透主体设备采用美国海德能公司生产的CPA3低压复合膜,配套RO专用压力容器,反渗透系统出力为80m3/h,水回收率为75%,反渗透系统脱盐效率>98%,出水一部分供生活用水,剩余部分供给附近电厂使用,目前该系统运行良好。

3.2 反渗透技术在山西省高矿化度矿井水处理的应用情况

山西亚美大宁煤矿利用反渗透装置将矿井水深度处理后作为饮用水,自2008年投入使用以来,一直运行正常,平均每年节约用水14.4万元,收到了令人满意的效果,也为其他煤矿企业的水资源利用起到了很好的带头示范作用。2008年,山西汾西矿业集团的曙光煤矿建成产水量为20m3/h的矿井水深度处理站,采用反渗透过滤工艺,脱盐率高达99.3%,出水水质指标为:浊度≤0.3NTU,溶解性总固体33mg/L,总大肠菌群和粪大肠菌群均未检出,每吨水处理费用为1.60元,作为矿井生活用水后,每年可节约自来水成本15.77万元。2009年,山西平朔井工一矿太西区建成矿井水深度处理规模为300m3/h的处理站,针对矿井水中具有氯离子、硫酸根和含盐量高的特点,经常规处理后,深度处理设采用叠片过滤+超滤+反渗透的处理工艺,设计采用2套超滤装置,水回收率90%,超滤膜过滤通量≤70L/m2・h,2套反渗透装置的单套产水量为75m3/h,水回收率70%,经两年多的运行实践,表明矿井水深度处理工艺合理、稳定可靠、出水水质好,具有较好的推广应用前景;大同达子沟、大同青磁窑矿、大同白洞矿、太原东山矿、阳泉荫营矿灵石县红杏矿和邓家庄煤矿都采用了反渗透工艺处理矿井水,吨水投资在1500~3500元/吨,制水成本在1~3元/吨,可以看出,不同煤矿采用该技术处理矿井水的吨水投资和制水成本差别较大。

3.3 反渗透技术在河北、宁夏等地高矿化度矿井水处理中的应用情况

河北的范各庄煤矿高矿化度矿井水深度处理回用项目设计处理规模为3000m3/d,采用混凝沉沉+过滤的常规处理+反渗透深度处理工艺。2010年建成,经过1年的调试和使用,水的回收率一直稳定在70%以上,产水量达110m3/h以上,脱盐率在92.9%~98.0%,反渗透系统的运行工况良好,水体中的色度为5.5~9.5,pH稳定在7左右,并且出水无臭味、没有肉眼可见物,出水指标均达到国家生活饮用水卫生标准。

宁夏宁东煤田河东规划区的石槽村煤矿的矿井水为超高盐量苦咸水,含盐量达12293mg/L,不仅人畜不能饮用,而且不可直接排放。2006年7月,宁煤集团开始对高含盐矿井水回收技术进行研讨和论证,于2007年4月开始建设2×50m3/h的反渗透模块系统,日产水量2000m3/d,2008年12月建成投产,采用了预沉调节+絮凝斜管沉淀+过滤+瓷砂过滤+反渗透+消毒的处理工艺,该工艺对超高盐量矿井水处理效果良好,通过对产品水的检测分析,经反渗透处理后的矿井水完全能够满足生活饮用水水质要求,提高了矿井水回收利用率,节约了水资源,具有明显的经济效益、社会效益和环保效益。

从以上可以看出,采用反渗透对高矿化度矿井水进行脱盐深度处理将是今后在我国高矿化度矿井水处理工程的发展趋势。

4 结语

综上所述,高矿化度矿井水的水质较为复杂、对生态环境影响危害较大,高矿化度矿井水的处理关键是脱盐,高矿化度矿井水脱盐处理的传统工艺是电渗析法,但该方法脱盐率较低、产水率较低、设备较为复杂,同其反渗透技术比较缺点较为明显。随着近些年反渗透膜材料工业和技术的大力发展,反渗透技术已成为我国高矿化度矿井水脱盐处理技术的发展方向,并得到了大量应用。需要注意的是高矿化度矿井水经膜分离处理后将产生一部分比原水更高的高含盐量浓水,对于煤矿而言,浓盐水需尽量避免采取自然蒸发、深井注射的处理方式,在有利用条件时,可将浓盐水用于选煤厂生产用水,不可利用时,与处理后的生活污水进行混合排放是一种比较可行的处理方式。

参考文献

[1] 郭忠权.高矿化度矿井水处理技术及应用[J].矿业安全与环保,2012,39(3).

[2] 庞振东,程学丰.煤矿高矿化度矿井水处理技术[J].矿业安全与环保,2005,32(4).