我國煤礦礦井廢水處理與回用研究起步較晚,且處理率較低。近幾年,中國統(tǒng)配煤礦總公司所屬各礦對礦井水的處理,尤其是礦井水處理工藝,環(huán)保工作者積極研究礦井水處理和合理利用的有效方法,使得礦井水處理后可達排放標準,且能滿足工業(yè)用水要求。
煤礦礦井水既是一種具有行業(yè)特點的污染源,又是一種寶貴的水資源。目前我國很多煤礦一方面嚴重缺水,另一方面未經處理直接外排,造成大量水資源的浪費,并且污染環(huán)境。因此,將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業(yè)用水或生活飲用水,不僅解決了礦區(qū)缺水問題,而且充分利用了礦井水水資源,節(jié)省了地下水資源,具有明顯經濟、環(huán)境和社會效益。
構成礦井水懸浮物的主要成份是粒徑極為細小的煤粉和巖塵。因此,靠自然沉淀去除是困難的,必須借助混凝劑,采用混凝沉淀的處理方法以實現(xiàn)對懸浮物的去除。目前,對于礦化度不高而懸浮物含量較高的礦井水處理工藝,有較成熟可行的經驗,一般采用混凝、沉淀(或浮升)以及過濾、消毒等工序處理后,其出水水質即能達到生產使用和生活飲用標準的要求
對高礦化度礦井水處理工藝,除采用給水凈化傳統(tǒng)工藝去除懸浮物和消毒外,其關鍵工序就是脫鹽。降低礦井水含鹽量的方法,主要有以下幾種。
(1)熱力法
使用高溫(蒸餾)和低溫(冷凍)的處理過程均屬熱力法淡化。蒸餾法是對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。此法以消耗熱能為代價,一般適用于含鹽量超過3000 mg/L礦井水的處理。前蘇聯(lián)煤炭環(huán)保研究院曾試驗研究出一種供礦井水淡化處理的蒸餾裝置,用于含鹽量超過5 g/L的礦井水處理,其出水可供煤礦生活和生產用,淡水成本為50戈比/m3。捷爾諾夫斯克礦井建成的絕熱式蒸發(fā)器,可將礦化度為7800~9000 mg/L含鹽量降至25~200 mg/L。波蘭杰別尼斯卡礦井建成一套生產能力為100m3/h的絕熱蒸發(fā)式淡化裝置,可將原料水含鹽量從100 g/L降至100 mg/L。蒸餾法的主要問題是需防止熱交換表面結垢。
(2)化學法
離子交換法是化學脫鹽的主要方法,即利用陰陽離子交換劑去除水中的離子,以降低水的含鹽量。此法用在進水含鹽量小于500 mg/L時比較經濟,可用作高礦化度水經膜分離法處理后的進一步除鹽工序。
(3)膜分離法
電滲析和反滲透技術均屬于膜分離技術,是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。尤其是前者在我國煤礦系統(tǒng)已有不少應用實例和經驗。
礦井水處理工藝:電滲析是在外加直流電場的作用下,利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性,使溶質和溶劑分離的一種物理化學過程。含鹽原水經過電滲析器后,便可得到淡化水和濃縮液(濃水)。一般淡化水量為總進水量的50%~70%。當進水含鹽量小于4000 mg/L時用此法較為經濟。
前蘇聯(lián)1991年已在頓涅茨等煤礦應用電滲析法淡化礦井水,取得很好的效果。我國大同礦務局同家梁礦從1974年開始利用電滲析法處理礦井水,積累了較豐富的經驗。甘肅阿干煤礦礦井水含鹽量為1000~2000 mg/L,于1987年建成一座日產水量1200 m3的礦井水淡化處理站,其工藝流程為:礦井水→井口預沉池→加藥混合→水力循環(huán)澄清池→重力式無閥濾池→調節(jié)池→壓力式過濾器→電滲析器→紫外線消毒器→生活用水。該水處理站共投資63萬元,1992年的噸水成本為0.30元。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關技術文檔。
電滲析除鹽法的優(yōu)點是:不需再生,可連續(xù)出水;工藝系統(tǒng)簡單,設備少;與離子交換法串聯(lián)使用可制取純水等。此法的主要問題是:水回收率低(一般為50%左右),采用濃水循環(huán)工藝雖可使水回收率提高,但其循環(huán)方法及控垢藥劑的投加,目前尚少成熟經驗;易發(fā)生極化結垢。另外,必須對其進水進行深度預處理,并使鐵化合物含量不超過100 μg/L。
礦井水處理工藝:反滲透法是借助于半透膜在壓力(一般為30~70 KG/cm2)作用下進行物質分離的方法。它可有效地去除無機鹽類、低分子有機物、病毒和細菌等。適用于含鹽量大于4000 mg/L的水的脫鹽處理較經濟。此法與電滲析法相比,其優(yōu)點是:產品水回收率高,脫鹽率和水的純度高,投資費用低,無污染等。缺點是:操作壓力高,能耗大,設備較復雜,對進水水質要求高等。反滲透脫鹽技術,目前在國內仍處于深入研究和試用階段。
總之,高礦化度礦井水處理工藝還不是很成熟,各種方法都有一些缺點,且處理成本較高。因此,研究高礦化度廢水處理的新方法,并降低處理成本,是水處理技術的一個重要課題。