我国高矿化度矿井水水质特征及处理技术应用现状

我国高矿化度矿井水水质特征及处理技术应用现状摘要：本文总结了我国高矿化度矿井水分布区域及水质特征情况，并对目前各种高矿化度矿井水处理技术进行了介绍，重点论述了反渗透技术处理高矿化矿井水在我国的应用情况，指出反渗透技术是今后高矿化度矿井水脱盐处理技术的发展方向。

关键词：矿井水高矿化度处理技术反渗透中途分类号：S969.38 文献标识码：A一、我国高矿化度矿井水分布区域及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、煤系地层等冈素的影响，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，相关资料显示，在陕西、甘肃、宁夏、新疆、内蒙、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，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在1000~10000mg/L，个别煤矿的矿井水矿化度则高达10000mg/L 以上[1]。

高矿化度矿井水是地下水与煤系地层中碳酸盐类岩层及硫酸盐岩层接触，该类矿物溶解于水的结果，从而使矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-增多，有的酸性矿井水与碳酸盐类岩层中和，导致矿化度增高；也有的矿区气候干旱，年蒸发量远大于降水量，地层中盐分较高，地下水矿化度相应增高；少数矿区处于海水与矿井水交混分布区，因而矿井水盐分增多。

表1为我国部分煤矿中含盐量较高的矿井水中的离子分布情况。

表1 我国部分煤矿含盐量较高的矿井水离子组成及总含盐量高矿化度矿井水不仅以煤粉为主的悬浮物含量超标，而且溶解性总固体、硬度、硫酸盐或氯化物等含量也超标，属于水质较差的矿井水。

根据产生高矿化度的离子超标类型不同，高矿化度矿井水分为高硬度型、高硫酸盐型、高氯化物型或这几种类型的混合型。

高矿化度矿井水中一般含有大量的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、SO42-、C1-、HCO3-等离子。

水质多数呈中性或偏碱性，带苦涩味，俗称苦咸水。

二、高矿化度矿井水直接排放对环境的影响高矿化度矿井水如果不经过处理就直接排放，会给生态环境带来危害。

主要表现为：进入河流会使地表水含盐量上升、浅层地下水位抬高、土壤滋生盐碱化、不耐盐碱类林木种势削弱，农作物减产等。

同时还影响地区的工业生产，因为许多工业生产不能用高含盐量的水，若用则必须先降低水中含盐量，这样就会增加成本。

若是不用而改用地下水，会造成地下水的大量开采，造成地下水资源的短缺，会严重影响本区的经济发展[2]。

高矿化度矿井水的大量排放使浅层地下水位相对上升，使附近土壤水分及可溶性盐类含量增高，加剧了土壤盐碱化，对农作物和林木种植带来一定影响。

一方面由于土壤水分含量高，湿度大，易于产生大的垡块，形成粘闭现象，对农业生产极为不利；另一方面土壤中盐分的增多，既影响了耕地的物理性质，又影响了土壤养分对农作物生长的有效性，造成减产，且某些盐类的离子过量时，会直接对农作物产生毒害作用，由于土壤的理化以及生物性质恶化，通常难以得到改良利用，影响土地的永续利用。

三、高矿化度矿井水处理技术据调查，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%，这些地区水资源缺乏，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的途径进行脱除，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、反渗透等技术。

1、离子交换法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、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[3]。

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，这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。

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处理来高矿化度矿井水，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1500 mg/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、极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。

4、反渗透技术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的回收利用等多个方面。

在我国的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。

（1）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是煤炭大省，同时又是水资源严重缺乏的省份，近些年来，随着反渗透膜与组件制造技术的不断成熟，销售价格稳中有将，使其设备费用不断降低，处理矿井水的成本也有不断下降，目前已有十多个煤矿利用反渗透技术，将矿井水处理用作生活饮用水，山西省是目前应用反渗透技术处理煤矿高矿化度矿井水最多的地区。

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20 m3/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33 mg/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300 m3/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75 m3/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；还有部分煤矿采用反渗透处理矿井水的工程实例基本情况见表2，吨水投资在1500~3500元/t，制水成本在1~3元/t，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。

表2山西省企业部分采用反渗透技术处理矿井水的工程实例情况煤矿名称处理水量（m3/d）原水水质(mg/L) 吨水投资(元/t) 制水成本(元/t)含盐量总硬度大同达子沟矿7200 5463 2761 1700 2.6大同青磁窑矿1350 2500 1200 3450 2.9大同白洞矿3000 986 691 1575 -太原东山矿4000 2348 1414 1545 1.34阳泉荫营矿25000 2690 - 1800 -灵石县红杏矿300 617 395 1767 1.18邓家庄煤矿960 875 721 973 -（2）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12293 mg/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2×50 m3/h的反渗透模块系统，日产水量2000 m3/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。

（3）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的也是反渗透过滤工艺，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5000 m3/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。