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'同煤科技第2期(总第140期)TONGMEIKEJI2014年6月西北地区矿井水处理技术现状及深度处理方法分析王强孙义(神华科学技术研究院有限责任公司，北京，102211)摘要矿井水深度处理是提高矿井水利用效率的主要途径。基于西北地区典型煤矿矿井水处理现状调研和分析，针对高含盐浓水、油类、COD、氟离子等主要污染物问题，提出了适用于西北地区矿井水特点的深度处理工艺组合中的主要方法及可行性。关键词矿井水；西北地区矿井水；矿井水深度处理；反渗透中图分类号X752文献标识码B文章编号1000—4866(2014)02—0004—040引言该区矿井水质基本呈中性，无有毒有害元素，矿化度大多大于1000mg／L(见表1)，属于高矿化度矿井西北地区是我国的重要产煤区域，拥有神东、宁表1西北地区部分矿区矿井水水质t2-31东矿区等我国大型煤炭基地，也是我国能源安全保障煤矿名称pH值含盐量／mg·L悬浮物／mg·L神东上湾矿8．111684．730的重要战略基地。然而，针对水资源严重匮乏的自然神东活鸡兔矿8．15l44756条件，如何充分利用煤矿矿井水和提升水质，已成为宁东灵新煤矿8．19454624该区提高水资源保障水平亟待解决的问题。随着人们宁东羊场湾二矿8_33239264对水资源重视程度和科技水平的不断提高，西北地区矿井大部分建立了矿井水处理系统，矿井水利用率也水，同时含有大量悬浮物和少量可溶性有机物和菌群大幅提高。如神东矿区乌兰木伦煤矿矿井水利用率为等。部分矿井水还含有特殊污染物，如铁、氟等有害82．5％，石圪台煤矿矿井水利用率高达87．6％。但由元素或油类污染物等，导致矿井水处理难度增加。于矿井涌水总量变化和矿井水处理工程良莠不齐，导此外，该区部分矿井水含氟较高。例如神东地区致各矿的矿井水利用率差别较大。内蒙各矿区矿井水乌兰木伦矿井水的氟含量在2．5mg／L～4mg／L之间，平均利用率在80％以上，而陕西、宁夏等地矿井水属于含氟矿井水，超出国家饮用水卫生标准；部分矿利用率在60％左右。同时，现有矿井水处理规模和井水化学耗氧量(COD)较高[2-3](见表2)。根据水平也难以达到不断提高的环境排放标准和矿井水利表2典型煤矿的矿井水COD值煤矿COD／rag‘L一用要求。本文基于该区矿井用水量、质量和处理现状神东补连塔矿31．5分析及现代水处理技术，有针对性地提出几种适宜该神东上湾矿33．5区矿井水深度处理的方法，探讨通过深度处理方法优宁东灵新矿278化组合，进一步提高矿井水利用效率。宁东磁窑堡矿125宁东石沟驿矿15O1典型矿井水涌水量及水质分析我国炭工业污染物排放标准》(2006)，我国新我国西北地区煤矿总体上吨煤涌水量较小，介于建矿井矿井水COD外排浓度不得高于50mg／L，如用0．4m3／t～0．95m3／t之间(11。如位于鄂尔多斯煤田的神于饮用则要求小于3mg／L。部分矿井水COD含量也东矿区吨煤涌水量为0．41m，宁东矿区为O．40m。不符合外排或饮用标准。 2014年第2期王强等：西北地区矿井水处理技术现状及深度处理方法分析2矿井水处理技术现状及需求分析高矿井水利用效率。生活饮用和生态利用是提高矿井水利用效率的重要方向，基于生活饮用标准和矿区植2．1矿井水处理技术现状物特点改进矿井水和矿区废水处理工艺，有助于进一目前，该区矿井水处理主要采用了矿井水净化工步提高矿井水利用率。艺和膜深度处理工艺。如神东矿区的上湾矿、大柳塔矿、哈拉沟矿、补连塔矿、石圪台矿、活鸡兔矿等都3矿井水深度处理方法分析采用了投资较小的净化工艺[41，主要由清污分流和地面净化处理两步组成，流程如图1所示。该工艺能矿井水深度处理，是指在常规净化处理基础上，去除矿井水中的大部分悬浮物、部分油类和COD、针对水特性，组合脱盐、除氟、去油类污染等一系列BOD，但不能处理高矿化度矿井水，出水含盐量不达适用处理方法所进行的连续处理，旨在提高出水水质标。和利用水平。3．1反渗透处理技术西北地区绝大多数矿井水具有高矿化度特点，含盐量较高，采用常规处理无法有效脱盐并使出水水质达到饮用和生态使用标准。反渗透深度处理，是利用自然渗透压力原理和反渗透膜装置分离各种有害离图1神东矿区矿井水一般处理工艺流程子、分子、有机物、胶体、细菌等污染物。目前，反宁东灵武矿区采用了反渗透膜深度处理工艺，渗透技术作为矿井水深度处理方法之一，已在东北和流程如图2所示。该工艺脱盐率高达95％以上，也西北地区多个煤矿实施，脱盐率一般都在95％以上。是我国目前采用比较广泛、效果较好的深度处理工反渗透技术具有工艺简单、脱盐率高、水回收率高、艺；缺点是投资较高，反渗透浓水处理困难。低耗、无污染水处理等特点，适于含盐量高的水脱盐处理。但其所产生的浓水含盐量高、有机物难降解，不能达到排放标准。浓水处理也是该工艺的难点之一，目前多采用低温蒸馏法、臭氧催化氧化法等。前者通过低温蒸馏处理使出水达到回用水质标准，实现浓水减量化；后者适于去除有机类污染物，但对盐类图2宁东灵武矿区矿井水处理工艺流程物处理效果不佳。2．2矿井水处理的需求分析3．2油类污染物去除方法(1)亟待提高矿井水资源深度处理规模，实现全煤矿井下生产设备泄漏的乳化油和机油等对矿井部达标处理。部分矿区为减少投资，矿井水处理限于水产生新污染。处理含油废水的方法包括物理法、化简单的清污分流和除悬浮物处理，出水含盐量高，无学法、物理化学法及生物化学法4大类。其中，物理法满足工业和生活利用要求标准。法主要又分为离心分离法、聚集过滤法及膜过滤法。(2)亟待提高矿井水处理深度，实现主要指标达离心分离法适用于含油量较高污水处理，且排液控制标排放。尽管采用反渗透等方法处理使矿井水可达标要求和运行费用都较高。聚集过滤法不适合对乳化油排放，但浓水、乳化油、COD和氟离子等污染物去含油废水的处理。膜过滤法主要用于截留废水中的乳除也是目前矿井水处理过程中的难点。化油和溶解油。化学法包括絮凝法和光催化氧化法。(3)亟待根据矿井水特点完善深度处理工艺，提其中，絮凝法是在混凝装置投加混凝剂PAC和助凝 同煤科技TONGMEIKEJI2014年第2期剂PAM，并通过管道混和与搅拌装置，促进油(泥)水分离。物理化学法是目前在实际工程中使用较多的方法，包括气浮法和吸附法。气浮法对去除乳化油有图3含氟矿井水处理工艺流程特殊功效，但缺点是占地面积大、药剂用量大、产生3．5工艺技术集成浮渣，较低含油量污水去除效果相对较差。吸附法是西北地区矿井水以高矿化度矿井水为主，采用反利用吸附剂多孔性和比表面积大的特点，将废水中溶渗透膜法是目前最有效的处理方法，是矿井水处理流解油和其他溶解性有机物吸附其表面，达到油水分离程中的核心工艺。其次，根据不同地区污染物类型的的目的。常见吸附剂是活性炭或果壳。采用活性炭吸不同，集成选择絮凝法去除油类物质、选择活性氧化附剂的去除率较高，但成本高且吸附容量有限。果壳铝法去除氟离子等；并应注意矿井水COD与市政污过滤是针对低含油废水的处理方法，使用成本低且处水的不同，避免无用投资，提高费用效果比。集成工理效果相对较好。目前，矿井水除油工艺尚不完善，艺流程见图4。应用较多的是絮凝法[51，除油效率能够达到70％以上。卜j分配水箱H鬻H斜管沉淀池3-3COD的处理策略低温蒸馏反渗透装置保安过滤器I_1中间水池西北地区部分矿井水中的有机物主要是煤屑和石油类污染物，由于煤屑占悬浮物的比例不同，使得图4矿井水集成处理工艺流程COD差异较大。目前，针对矿井水化学耗氧量COD高，通常采用市政污水处理COD的生化方法处理矿4结论井水，不但增大了投资，而且效果不良。由于矿井水中COD是由于煤屑中碳分子和石油(1)矿井水是西北地区重要的水资源。矿井水的类污染物的有机还原性所致，在水中处于比较稳定的有效处理和利用，对满足矿区生产和生活用水，缓解状态，它将随着悬浮物和油类污染物的去除而消失，区域供水不足，改善矿区生态环境等需求具有重要意故不需要进行生化处理。义。3．4氟离子去除方法(2)矿井水处理存在出水含盐量高，油类、氟离内蒙、陕北等地矿井水中氟离子含量介于1mg／子等污染物去除困难和反渗透浓水、COD等问题。L一10mg／L，超过我国生活饮用水标准(氟离子浓度<通过深度处理技术的优化组合应用，可进一步提高该1mg／L)。饮用氟含量过高的水对人体健康影响较大。区矿井水处理质量。目前，含氟矿井水处理方法主要有活性氧化铝法、电(3)矿井水深度处理需要根据矿井水特点和利用渗析法、电凝聚法、絮凝沉淀法等。其中，电渗析法方向，以反渗透技术为核心，集成适用矿井水特点的适合高含盐量矿井水一并处理，絮凝沉淀法适合矿井工艺方法，才能有效降低盐类、油类和其他特殊污染水含氟≤4mg／L和水量小于30m3／d的情况。目前，物含量，达到饮用化和生态化标准，提高矿井水的利应用较多的除氟工艺是活性氧化铝法l6l，工艺流程用效率。如图3所示。活性氧化铝是一种白色颗粒状多孔吸附剂，具有很大的表面积，其吸附交换能力随着比表面参考文献积的增大而强化。在除氟和再生过程中，铝离子与矿[1】何绪文，杨静，邵立南，等．我国矿井水资源化利用存在的问题井水中的氟离子作用产生了氟铝化合物，达到去氟的与解决对策Ⅲ．煤炭学报，2008，3(1)：63—66．目的。【2]刘杰，郭建新，马子荣．宁东矿井水综合利用可行性初探⋯． 2014年第2期王强等：西北地区矿井水处理技术现状及深度处理方法分析·7·西北煤炭，2005，3(1)：42—44科技情报开发与经济，2010，20(27)：177-一178．[3]修海峰，朱仲元．神东矿区高矿化度矿井水资源化探讨【JI．能源环境保护，2009，23(6)：31一-33作者简介【4]陈科，任丽韫·神东矿区矿井水综合利用研究【J】．山西建筑，王强，男，】982年出生，现为神华研究院技术经济研究中心煤2010，36(2)：208一．209制油化工主管，主要从事神华集团煤制油化工项目前期评估工作．工f5】刘伯元，陈学伟·矿井水净化站自动化除油技术的研究与应用程师。叨．山东煤炭科技，2006(1)：12—13．【6】武建军，王健行，李日强．特殊污染矿井水处理研究进展[J]收稿日期：2014-．05-08AnMysisOnTreatmentTechnologyStatusofMineWaterinN0rtllwest锄dWangQ／an~SunYi【~ShenhuaScienceandTechnologyResearchInstituteCO．，LTD，Be,ijing102211)／kl~traet：Depthtreatmentofminewateristhemainwaytoimprovetheutilizatione珩ciencvofminewater．Basedontheinvestigationandanalysisofthetreatmentstatusofthetypicalcoalminewaterinn0rthwest．aimedattheprincipalpollutantproblemsofwatercontaininghighsalt，oils，COD，fluori&Bionandsoon,themainsuitablemethodsandfeasibilityindepthtreatmenttechnologycombinationofminewaterinnorthwestareDutf0rward．Keywords：minewater；minewaterinnorthwest；depthtreatmentofminewater,：reverseosmosis(上接第3页)ResearchonCoalGangueIdentificationinFullyMechanizedCavingFaceofBaidongCoalMineDingLiangAbstract：ToimproVethee．,fficiencyoffullymecha．nizedcavingfa,ceamdav0,idmoreandhesscc,alduringdrawingt0p—coal，th,eautomaticidentificationtechnology0fcoalganguemixeddegreeisresea3r"chedduringdrawingtop—coa1．throughVibrationsignalacquisdfionanddigitalsignalprocessingtechnology，accordingtothecaveddegreetoc0r,trolcavedcoaltimeatdrawingcoalop￡；ning,．theyaregreatsignificanceforaecuratlycontrollingcavedcoaltime,ensuringcoalqualityandrealizingautomaticcavingtop一．coalminingtechnology．Keywords：fullymechanizedcavingface；coalgangueboundary；coalgangueidentificationequipment；vibrati,0nsignal；dtalsignalprocessing声尸明l刃本刊已许可中国学术期刊(光盘版)电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中，以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意我刊上述声明。《同煤科哥支》编辑部声尸明我刊已同意将出版的《同煤科毒吏》杂志全部数据纳入《中文科技期刊数据库》，通过重庆维普资讯有限公司向国内外用户提供数字化信息传播服务，作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意我刊上述声明。《同煤科编辑部'