高铁酸性矿井水处理回用技术研究

杨洪亮

[摘 要]本文针对矿井水水质类型及处理技术展开分析，结合山东原华源矿业公司产生的矿井酸性高铁、高锰重金属矿井水，阐述分析形成原因，排放后的危害，提出处理方法和利用方向。

[关键词]矿井水水质；分析原因；处理；综合利用

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0004-01

1 矿井水水质类型及处理技术现状

1.1 矿井水的水质类型

由于矿井水的来源、补给和径流的不同，在与地层中的各种矿物成分、化学组分长期接触和溶解、渗出的作用下，水质沿途发生一系列化学变化，由清洁水质变成污染水质。从矿井水净化及资源化角度来说，根据矿井水物理、化学性质，通常将我国矿井水划分以下几种类型：

①含悬浮物矿井水

该矿井水除感观型指标外，其余各项指标均符合生活饮用水卫生标准的矿井水。这类矿井水中含有较多的固体悬浮物，主要是在流经井下工作面和巷道时混入的煤粉和岩粉，目前在我国大部分地区多见。

②高矿化度矿井水

高矿化度矿井水是指水中溶解性含量高于1000mg/l，总硬度大于450 mg/l的矿井水。当矿井水中主要含有氯化物时，水质显示有较强的咸味；当矿井水中主要含有硫酸盐时，水质显示有较强的苦味；该水分布较广。

③酸性矿井水

酸性矿井水是指PH值小于6.0的矿井水，酸性矿井水由于水中含有大量的H+离子，除呈酸性外，还有很强的溶解性和腐蚀性，含有较高的铁、悬浮物、细菌等。一般认为酸性矿井水的成因与煤层及含水地层中硫化矿物较多有关。

④特殊污染的矿井水

特殊污染的矿井水是指放射性指标或毒理性指标超过国家卫生饮用水标准的矿井水。此类水分布较少见。

1.2 矿井水处理技术现状

我国矿井水大规模的处理和利用起始于20世纪70年代，与国家环境保护和煤炭工业发展同步，经30年的发展，国内各类矿井水处理的技术装备已经与国外目前实际水平相近。目前，国内矿井水的处理主要依据其不同的处理目的和原水水质情況采用如下工艺技术：

（1）混凝沉淀、过滤工艺，主要是将水中在开采活动中混入的煤份及盐份等悬浮物分离掉的过程；

（2）高矿化度的矿井水经沉淀过滤后，采用膜分离或离子交换脱盐处理；

（3）对于酸性矿井水处理，基本上采用加碱性物质中和处理，包括投加石灰石、氧化钙、氢氧化钙等；

（4）对于含低放射性的矿井水，目前没有成熟经验。

2 矿井水分析治理及综合利用

由于自然灾害，山东华源矿业集团有限公司（本文中简称华源矿）矿井于2007年9月闭坑。新汶矿业集团孙村煤矿紧邻华源矿，坑内矿井井下涌水威胁孙村矿的正常生产，孙村矿井开始强排水，降低水位，将矿井水位维持在+25m～+30m之间，以确保孙村矿井生产安全。由于地质原因，矿井水水质受地下含水岩石层、岩石性质和地下水迁移流动的影响。矿井水属于的高矿化度、高含铁锰量、高硬度的苦咸水，直接排放会给周边环境带来严重环境污染，需进行深度处理才能达到环保排放标准。同时，矿地处新泰市，该地区水资源相对贫乏，矿区周边企业较多，其中临近电厂（泰安新汶顶峰热电有限公司），因此，处理后的矿井水可作为电厂生产用水水源，实现废水再生利用，提高环境效益、社会效益和经济效益。

2.1 矿井水质情况

根据矿井水排放的水质化验报告，矿井水属于高铁、高锰、高硫酸盐的高矿化度型矿井水，不但不能直接供电厂使用，也不能用于农业灌溉，也远远超过《煤炭工业污染物排放标准》（GB204026-2006）中矿井水的排放标准。

2.2 酸性高铁、高锰矿井水的成因

煤炭的开采破坏了煤层原有的还原环境，提供了氧化存有硫化物所需的氧，当地下水渗出并与残留煤、顶、低板中的矿化物质接触，促使煤层或低板中的还原态的硫化物氧化成硫酸，使矿井水中呈酸性。

（1）在氧和水存在的条件下，煤层、顶板、低岩岩层中硫酸铁矿被氧化，生成硫酸和亚铁离子。

（2）在酸性条件下，亚铁离子被进一步氧化成铁离子。

（3）由于Fe3+在pH值大于3.5时，水解生成氢氧化铁，增加了矿井水的酸度。

（4）硫化细菌在酸性矿井水形成过程中起重要的催化作用。

2.3 酸性高铁、高锰矿井水的危害性

（1）在排出过程中，腐蚀管路及水泵；排入地面水体，使水体中微生物有抑制和破坏作用，最终导致微生物及植物死亡；

（2）若排入地表含水层，污染地下水影响人体健康；排入水沟使水体发黄，破坏自然景观。

因此，据矿井水基本情况及水质分析结果，该矿矿井水属高铁、高锰矿井水，不能直接用于电厂生产用水，也不能直接用于农田灌溉或排放，其水质指标远远超过2006年颁布的《煤炭工业污染物排放标准》（GB204026-2006）中矿井水的排放标准，因此，无论从环境保护角度，还是综合利用方面，矿井水处理是必要的。

2.4 环保排放指标

根据当地环保部门的要求，外排水质需符合《山东省南水北调沿线水污染物综合排放标准》（DB37/599-2006）中一般保护区标准，同时满足《煤炭工业污染物排放标准》（GB204026-2006）中矿井水的排放标准。综合主要指标如下：pH=6.0～9.0，SS≤30mg/L，COD50mg/L，BOD5≤20mg/L，锰≤2.0mg/L，铁≤6.0mg/L。

2.5 矿井水处理技术路线

由水质分析报告与电厂循环冷却用水水质指标和达标排放指标对应可看出，矿井排水与环保排放指标对比，主要是铁、锰、悬浮物超标，致使排水偏红色。对应电厂循环冷却用水指标主要是铁、锰、总硬度、含盐量（电导率）超标。

（1）铁、锰的去除方法

目前，国内铁、锰的去除方法主要采用曝气除铁、锰砂过滤除锰的方法。即采用机械搅拌、曝气、沉淀、锰砂过滤工艺，在中和、澄清的同时去除了水中的铁离子。对于锰的去除，采用天然锰砂作为滤料，再去除杂质的同时过滤除掉锰。

（2）硫酸盐、总含盐量、总硬度的去除方法

目前，对含盐量的去除国内通常采用的方法是膜渗透法和离子交换法。由于该矿井水要达到直接供给电厂作为循环冷却水水源，首先考虑去除硫酸盐。

膜渗透法与离子交换法相比工艺安全可靠，运行管理方便，在去除硫酸盐的同时去除了水中的硬度。