高礦化度礦井水處理技術綜述
地質礦產
作者：周金餘
摘要：文章對各種高礦化度礦井水的處理技術進行了綜述，重點論述了反滲透技術處理高礦化礦井水在我國的應用情況，指出反滲透技術是今後高礦化度礦井水脫鹽處理技術的主要發展方向。
關鍵詞：礦井水；高礦化度；反滲透技術；脫鹽處理技術；水質特征 文獻標識碼：A
中圖分類號：O741 文章編號：1009-2374（2015）23-0167-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.084
1 高礦化度礦井水的水質特征
礦井水是煤礦生產中排放的主要汙染源，煤礦產生的礦井水受到采煤作業、天氣條件、煤係地層等因素的影響，含有一定量的鹽分，當鹽的質量濃度大於1000mg/L時，即為高礦化度礦井水。我國大多數煤礦排放的礦井水是以懸浮物為主的常規礦井水和含鐵錳的酸性礦井水，但在我國較為缺水的西北及北方礦區往往排出高礦化度的礦井水，在陝西、甘肅、寧夏、新疆、內蒙古、山西以及兩淮、徐州、新汶、撫順、阜新等地區都有高礦化度礦井水分布。據調查，高礦化度礦井水水量約占我國北方重點煤礦礦井湧水量的30%，例如淮南礦區排放高礦化度礦井水的數量占到礦區煤礦的50%以上，這些地區煤礦礦井水的礦化度一般為1000～10000mg/L，個別煤礦的礦井水礦化度則高達10000mg/L以上。由於高礦化水礦井水的危害較大，我國內蒙古等地區都嚴格限製高礦化水礦井水的排放，對其進行有效處理利用，是今後這些地區煤礦開采過程中必須十分重視的煤礦環保之一。
2 高礦化度礦井水處理技術
我國高礦化度礦井水主要分布在水資源比較缺乏的地區，對這部分高礦化度礦井水進行處理利用，不但可以避免礦井水外排造成的環境汙染，還可解決礦區用水緊張的問題。同一般的礦井水水質相比較，煤礦排放的高礦化度礦井水除具有高含鹽量特征外，也含有懸浮物等這些常見的汙染物，懸浮物等通過常規的混凝沉澱和過濾即可去除，但其中的各種離子則必須通過其他途徑進行脫除，脫鹽是處理高礦化度礦井水的關鍵工序，也可以稱為深度處理。常用的脫鹽深度處理技術有離子交換、蒸餾、電滲析、反滲透等。
2.1 離子交換法
離子交換法是采用離子交換機，使交換劑和水溶液的可交換離子之間發生等物質的可逆性交換，導致水質改善二離子交換劑的結構不發生實質性變化的水處理方式。離子交換法主要存在的問題是定期需對離子交換劑進行再生，再生過程控製麻煩。目前離子交換主要用在鍋爐軟化水末端處理等方麵，在高礦化度礦井水的脫鹽深度處理工藝工程中基本沒有使用該方法。
2.2 蒸餾法
蒸餾法是目前海水淡化工業中成熟的技術。蒸餾法是以消耗熱能為代價，進行熱力脫鹽淡化處理的方法。有一些技術文獻提出，從熱源價格方麵考慮，蒸餾法適用於處理含鹽量超過3000mg/L的高礦化度礦井水，且為了降低成本，蒸餾法可考慮用煤矸石作為廉價燃料，來淡化高礦化度礦井水。但從目前實際現狀來看，煤矸石熱值低、含硫量較高，用煤矸石作為燃料，既不符合現有越發嚴格的大氣防治控製政策要求，能獲取的熱量也少，專門采用煤矸石作為燃料的煤礦基本沒有，要想獲取穩定的熱源，就需要通過燃煤、用電的方式來解決，就需要很高的經濟代價。由於這些現實的條件限製，基本未見有將蒸餾法應用於高礦化度礦井水脫鹽深度處理的工程實例，可以預見，在今後的高礦化度礦井水處理工程，該方法的應用範圍也將十分狹小，隻有在該煤礦可以低價穩定地獲得大量的熱源，該方法才可能得到
應用。
2.3 電滲析法
電滲析法是我國一項傳統的高礦化度礦井水處理工藝，在前些年，我國主要使用電滲析技術來處理高礦化度礦井水，一些煤礦應用電滲析設備淡化含鹽礦井水，以解決礦區生活飲用水和有關工業用水問題。電滲析除鹽法的優點是不需再生、可連續出水、係統簡單、設備少，但缺點也很明顯，表現在：不能去除水中有機物和細菌，電耗大，運行不穩定，結垢嚴重，脫鹽率在50%左右，設備龐雜，一般隻適合原水含鹽量小於1500mg/L的礦井水脫鹽。從我國目前已投入使用的礦井水深度處理工程來看，存在的問題也比較多，主要原因是工藝流程普遍單一，工程設計參數選擇缺少依據，對礦井水的水質、水型缺乏分析，電滲析淡化工程工藝設計中普遍沒有充分考慮礦井水的特征，一些煤礦采用濃水不循環直接排放、積水全部利用清水的方式，造成水資源浪費很大，水回收率普遍隻有45%左右，有些礦井水深度處理工程中沒有設計防垢技術措施，導致電滲析的電極、離子交換膜嚴重結垢，堵塞膜道，壓力升高，電流效率下降，脫鹽率降低，設備解體清洗頻繁，操作惡化，淡化成本大幅度上升，從而使不少工程不能正常生產，有些電滲析工程已停用或久停報廢，如龍口礦務局北皂煤礦、靈武礦區靈新煤礦和淮北礦務局的童亭煤礦等。隨著目前反滲透膜等技術的不斷發展，電滲析法本身存在的問題使其劣勢更為明顯，該方法已不能滿足礦井水處理技術朝自動化、模塊化方向發展的需要，電滲析法在高礦化度處理工程中應用受到較大限製，近些年，廣泛建立的高礦化度礦井水處理工程中使用電滲析法進行脫鹽處理的實例已較為少見。