煤矿矿井水水处理与水利用

证安全生产和良好的作业环境，开采过程中必须进行矿
井排水。据不完全统计，全国平均吨煤涌水量2～4m3
，全国每年外排矿井水30亿m3左右，约占全国地下水
开采量的5%，为我国城市年生活用水量的40%(徐智
敏.2007)。
由于自然地理和地下水水文地质条件的不同，我
国各地矿井排水量差异较大。中国煤炭工业协会和中国
悬浮物含量 高，感官性状 差
粒度小、比重 轻、沉降速度 慢
混凝过程中矾 花形成困难， 沉降效果差
含悬浮物矿井水的处理
混凝剂:聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、硫酸铝等 助凝剂：聚丙烯酰胺(PAM)
含悬浮物矿井水的处理
反应池：机械反应、网格反应、折板反应 沉淀池：平流式、竖流式、幅流式、斜管沉淀池 澄清池：机械加速澄清池、水力循环澄清池 过滤池：普通快滤池、重力式无阀滤池 滤料：无烟煤、石英砂、锰砂、陶粒、瓷砂。 消毒剂：二氧化氯、次氯酸钠、液氯、紫外线、臭氧。
高矿化度矿井水资源化技术
高矿化度矿井水资源化技术
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
酸性矿井水资源化技术
➢酸性矿井水处理的方法主要有：中和法、微生物法、 人工湿地法、粉煤灰吸附法等等。
➢中和法的作用机理：向酸性矿井废水中投加碱性中 和剂, 利用中和反应增加废水的pH值，使废水中的 金属离子形成溶解度小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而 净化污水。
行业层面：矿井水利用是煤炭生产安全与可持续发展重要
保证
《煤炭工业污染物排放标准》GB 20426-2006规定：新建煤矿设计中 应优先选择矿井水作为生产水源，用于煤炭洗选、井下生产用水、消防用 水和绿化用水等。建设燃煤电厂、低热值燃料综合利用电厂，应优先选择 矿井水作为供水水源优选方案。
矿井水来源及污染源
物理作用
指污染物进入矿井水中只改变其物理性状而不 改变其化学性质，不参与生物作用过程。
煤矿床的矿物组分通常含有一定的硫化物或硫酸盐，在空气 和水作用下常发生氧化、水解和溶滤作用而形成酸性水。
化学作用
矿井水概念
从本质上讲，矿井水实际上就是矿区所采煤层及开拓 巷道附近地下水。按水质类型分为5 类。
含有害有 毒元素矿
高矿化度矿井水资源化技术
▪ 纯水和盐水被理想半透膜隔开， 半透膜只允许水分子通过，此时 纯水侧的水会自发地通过半透膜 流入盐水一侧，这种现象称为渗 透，若在盐水侧施加压力，那么 水的自发流动将受到抑制而减慢， 当施加在膜盐水侧的压力大于渗 透压力时，水的流向就会逆转， 此时，盐水中的水将流入纯水侧， 这种现象就是水的反渗透（RO） 处理的基本原理。
井水
洁净矿 井水
含悬浮物 矿井水
主要矿井水类型分类
酸性矿 井水
高矿化 矿井水
矿井水的分类及特征
洁净矿井水
①水质较好、pH值为中性，低矿化度，基本不含SS。 ②各类水质指标符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749－ 2006），只需稍加处理和消毒即可饮用
含悬浮物矿井水
①悬浮物粒度小、比重轻、沉降效果差；又称常规矿井水； ②除悬浮物、细菌及感观指标超标外，其它理化指标满足《生活饮用 水卫生标准》（GB5749－2006）； ③煤矿开采过程中普遍存在的一种矿井水。
高矿化度矿井水资源化技术
ED法具有可连续出水、工艺系统简单、设备少等优点， 但缺点也是明显的，如对原水的预处理要求较高；电耗较大、 易结垢和膜寿命短；电渗析本体由塑料件组成，因此塑料老 化成为增加电渗析维修费用的主要因素。
电渗析操作电流、电压直接受原水水质、水量影响，过 程稳定性差，容易出现性能恶化且水回收率低(一般为5O% 左右)，采用浓水循环工艺虽可使水回收率提高，但其循环 方法和控垢药剂的投加目前尚缺乏成熟的经验。
使呈溶解状态的重 金属转变为不溶的 重金属沉淀物，经 沉淀从废水中去除。
具体方法有中和法、 硫化法、还原法、氧 化法、离子交换法、 活性炭吸附法、电解 法和隔膜电解法等。
♋ ♉
浓缩和分离
具体方法有反渗 透法、电渗析法、 蒸发浓缩法等
含特殊污染物矿井水
部分工艺流程
Leabharlann Baidu
井下水处理
工作原理： 矿井水经过井下水仓收集，进入调节池均匀水质、水量，
矿井水处理及资源化技术
类型
主要方法
洁净矿井水
收集、提升、消毒
悬浮物矿井水
混凝、沉淀、过滤、消毒
高矿化度矿井水
去除悬浮物、反渗透除盐
酸性矿井水
投加碱性药物中和反应
含毒害物矿井水
去除有毒有害元素
关键问题
① 根据原水水质和 回用要求确定处 理工艺；
② 技术先进经济合 理；
③ 污泥处理、浓水 处理，不引起二 次污染。
现对污水的高效净化。
酸性矿井水资源化技术
可渗透反应墙(PRB法)：是一种原位去除污染地下水中 污染组分的新方法。原理是在矿山地下水流的下游方向， 定义一个被动的反应材料的原位处理区。
01 连续墙系统
PRB法
02 漏斗通道系统 03 GeoSiphon/GeoFlow单元
含特殊污染物矿井水
含某些重金属、有毒有害微量元素及放射性等矿井水必 须进行处理才能排放和利用。
含悬浮物矿井水的处理
含悬浮物矿井水的处理
含悬浮物矿井水的处理
无阀重力滤池
含悬浮物矿井水的处理
煤矿开采后经常出现大面积塌陷塘(区)，可将塌陷 塘(区)改造成氧化塘，利用自然条件下的生物处理原理 处理含悬浮物矿井水。氧化塘水面还可放养水生生物和 种植水面作物，利用氧化塘提高所处理矿井水的水质， 使出水水质达到渔业水域及农灌用水要求，同时增加经 济效益。
矿井水处理及资源化技术
近年来，针对不同类型矿井水，根据不同用 途采取不同的处理技术，在实践中形成了很多 具有推广意义的实用技术和工艺，取得了理想 效果。特别是矿井水的深度处理、含特殊污染 物矿井水处理技术研究和高效混凝剂的研发， 已经取得了重要进展。
从目前已有的矿井水处理技术和工艺来看， 矿井水处理技术可以按地点、水质状况和技术 原理进行分类。
矿井水处理及资源化的必要性
据统计，我国煤矿平均吨煤排放水量为2.0~2.5吨。 2005年全国煤炭矿井水排放量约为42亿m3。矿井水利用量约为 11亿m3，全国矿井水利用率约为26.2%，近几年有所提高。
国家层面：国家对矿井水的综合利用高度重视
环保部已于2015年颁发了《现代煤化工建设项目环境准入条件(试行) 》。文件中要求，“现代煤化工发展，必须要强化节水措施，减少新鲜水 用量。在具备条件的地区，倡导优先使用矿井疏干水、再生水，禁止取用 地下水作为生产用水。”
含悬浮物矿井水的处理
从处理工艺本身看，目前全国各地煤矿很多均使用一体 化净水器处理含悬浮物矿井水。该工艺集混凝、沉淀、过滤 于一体，采用钢制结构，具有结构紧凑、占地面积小、建设 周期短、投资省、易于室内布置、便于冬季保暖和平时维护 的特点。
高矿化度矿井水资源化技术
▪ 关键技术是除盐，主要方法有：
再进入化学预沉池，同时投加混/絮凝剂，完成混凝、沉淀、 澄清后，上清液进入自动过滤器，过滤后进入清水池，再由 井下供水管网输送给各供水单元。
井下水处理
中小型污水处理机
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▪ 特点： ：
环保、无废弃物排出 占地面积小，传统方式的
1/10 投资少，传统方式的1/5 模式化设计，可根据需要并
矿业大学(北京)水污染控制工程研究所对我国22个省
、市、自治区136个煤矿的调查统计，结果表明，全国
平均每采1 t煤即排放矿井水2.1m3(统计基准年为
2排0放05量年约)。为24020亿5田年3全(何国绪煤文炭等产，量2约0为082)0。亿t、矿井水
研究背景
水是社会文明、经济发展和人类生存必不可少的自然资源。 我国淡水资源人均占有量只相当于世界人均的1/4，在全国 600多座城市中，有400多座城市缺水。 煤矿区所在城市缺水状况更为严重。
大
来
气
源
降
水
地 表 水
含 水 层 水
断 层 水
采 空 区 水
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
污染源
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
井下粪便 污染
煤、岩尘 污染
废坑木腐 烂污染
废机油、 废酸液污
染
乳化炸药 污染
井下洒水 和防火灌 浆水污染
矿井水污染机理
矿井水的污染机理是很复杂的，通常情况下是由物理、化学、和 生物化学综合作用的结果。
矿井水处理及资源化技术
按矿井水处理地点分类
①井下处理；②地面处理。 按矿并水水质类型分类
①洁净矿井水处理；②含悬浮物矿井水处理；③高矿 化度矿井水处理；④酸性矿井水处理；⑤含特殊污染 物矿井水处理。
按技术原理分类 ①重力沉淀、混凝澄清等物理方法处理；②化学沉淀、 化学中和、离子交换等化学方法处理；③电渗析、反渗 透、纳滤等膜分离法处理；④其他方法处理，如湿地法 处理、微生物法处理等。
1
矿井水的分类及特征
高矿化度矿井水
指溶解性总固体高于1000mg/L的矿井水。
4 酸性矿井水
①指pH值小于5.5的矿井水。一般pH值为3～5.5之间，个别 小于3，总酸度高。 ②含有较高的铁、悬浮物、细菌等。
5 含毒害元素矿井水
主要含有氟、铁、锰、铜、锌、铅及铀、镭等元素的矿井水。
矿井水的分类及特征
煤矿矿井水水处理 与水利用
汇报：王新富
2018年04月19日
汇报提纲
1 2 3 4 5
矿井水水质特征 矿井水水处理 水处理技术发展 矿井水资源利用 工程实例分析
研究背景
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上 少数几个以煤炭为主要能源的国家之一(胡筱敏等，2000)。 2008～2009年，我国的原煤产量已达29亿t。随着国民经 济高速发展，对煤炭的需求量还将进一步增长。
蒸馏：传统蒸馏、多级闪蒸、多效蒸馏 离子交换：阳床、阴床、混床、双层床 电渗析：发展为电去离子（EDI） 反渗透（reverse osmosis，RO）：主流技术
高矿化度矿井水资源化技术
电渗析法(ED法)是一种利用电能进行膜分离的方法。是 指在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、 阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种 物理化学过程。
矿井水的排放量为1800 t/d，为间隙性排水，矿井水 pH值为2.63。根据矿井水水质、水量和水处理要求，结 合矿区实际情况，采用的水处理工艺如图所示。
酸性矿井水资源化技术
酸性矿井水资源化技术
生物化学处理 法
湿地生态工程
利用氧化铁硫杆菌， 酸性条件下将2价Fe 升成3价，在石灰石
中和处理。
利用自然生态系统中的物理的、 化学的、生物的三重协同作用， 通过过滤、吸附、沉淀、离子交 换、植物吸收和微生物分解而实
➢常用的中和剂有：石灰(CaO)、碳酸钙、高炉渣、白 云石、Na2CO3、NaOH等。
酸性矿井水资源化技术
酸性矿井水资源化技术
通常情况下，酸性矿井水全盐量均比较高。吴东升 (2008)以汾西矿业集团公司某矿的高盐、高铁酸性矿井 水为研究对象，通过”中和—曝气—反渗透"连用技术， 为高盐、高铁酸性矿井水污染治理和回收再利用探索了 一条经济可行之路。
1
含悬浮物矿井水的处理
▪ 128个矿矿井水的SS含量统计表
浓度范围（ mg/L）
矿井数（个）
所占比例（% ）
≤100 44
34.38
101-200 201-300 301-400 401-500 ＞500
39 30.47
19 14.84
7 5.46
4 3.13
15 11.72
高高浊浊矿矿井井水水的的水水质质特特征征
列使用扩大处理能力。
中小型污水处理机
工作原理： 污水进入水箱进行水量和水质的调节，再进入高性能水处
理机，经过搅拌、沉淀后，清水进入环保型水箱，供用户使 用。
反渗透概念
高矿化度矿井水资源化技术
相比较而言，反渗透法对进水水质要求比电渗析法 还要高，高矿化度矿井水进人及渗透之前，除必要的 预处理外，还应做软化处理，防止由于Ca2+、Mg2+形 成反渗透膜化学性结垢而造成膜堵塞。
另外还要严格控制进水pH值，以防止膜水解。反 渗透脱盐处理可以有效地去除水中无机盐类、低分子 有机物、胶体、病毒和细菌等，是一种高效、低耗、 无污染水处理技术，适用于全盐量大于4 000 mg/L上 的水的脱盐处理，更适用于高矿化度矿井水的脱盐， 其一般工艺如图所示。
在我国一次能源消费构成中，煤炭约占70%左右，而且 预计这种局面在今后相当长时间亦不会有根本性的改变。 目前，全国约75%的工业燃料和动力、70%以上的发电能 源、80%左右的民用商品能源以及近60%的化工原料均依 靠煤炭。
研究背景
矿井水，是指在煤矿采掘过程中所有充入井下采
掘空间的水，是煤矿开采过程中受污染的地下水。为保