矿井水的治理与利用主要内容
矿井水及其特征
矿井水的分类及其中的主要污染物
矿井水的处理技术
矿井水的利用
矿井水资源化的效益分析一、矿井水及其特征
1.矿井水煤矿生产过程中，经常可以见到地下水流入巷道和工作面，这就是矿井水。矿井水主要是伴随矿井开采而产生的水体。
2.矿井水的特征矿井水和地下水是一样的，只是在煤炭开采过程中，矿井水流经采煤工作面和巷道以及采空区时，受到人为的影响，致使水中 含有煤粉、岩粒等悬浮物,这些物质受生产活动的影响常常 含有细菌,从而导致水质较差。因此，不同煤矿的矿井水具有 成分复杂，水质水量变化大 的特点。
二、矿井水的分类及其中的主要污染物
1.矿井水的分类根据矿井水所含污染物的特征，一般可将其划分为 一般洁净矿井水、高悬浮物矿井水、酸性矿井水、高矿化度矿井水以及含特殊污染物矿井水 等。
1.1一般洁净矿井水洁净矿井水的矿化度及总硬度低,PH接近中性，有害离子含量极微或未检出，含少量的煤粒和岩粉等悬浮物，外观呈黑色。此类矿井水的危害较小。
1.2 高悬浮物矿井水高悬浮物矿井水的特点是悬浮物含量高，每升达到数千或数万毫克。受开拓及采煤的影响，矿井水含有大量的煤粉、岩石粉尘等悬浮物杂质和微生物，颜色呈灰黑色。
1.3 酸性矿井水产生的主要原因是开采含有大量黄铁矿（ FeS2）的煤层时，黄铁矿在空气中的氧化和某些细菌的作用，氧化生成亚硫酸和硫酸，当煤中所含碳酸盐和其他碱性物质不足以中和上述酸性氧化产物时，矿井水即呈现酸性。
酸性矿井水的 PH值一般在 6以下，往往可引起煤和岩石中的金属元素溢出，使矿井水中铁、锰等重金属离子增加；另外，水中的游离酸与部分碳酸盐矿物质反应，增加了无机盐类，导致矿井水的总硬度和矿化度升高。其他一些因素也会影响矿井水的酸性程度，但酸性矿井水 PH值的大小主要还是与煤中的含硫量有直接关系。
1.4 高矿化度矿井水高矿化度矿井水中含有较高的可溶性盐类及悬浮物质。含盐量大于 1000mg/L，有的甚至达到 10000mg/L（矿化度在 1000 mg/L以下为淡水；
1000－ 3000mg/L为微咸水； 3000－ 10000 mg/L
为咸水； 10000－ 50000 mg/L为盐水；大于
50000 mg/L为卤水）。当其含有较高的氯化物和硫酸盐时，会使水带咸味或苦涩味，因此有苦咸水之称。
1.5含特殊污染物矿井水所谓含特殊污染物矿井水主要指含有毒、有害元素或放射性元素等污染物的矿井水。
2.矿井水中的主要污染物
1）有毒污染物包括汞、铅、铬等重金属元素，氟化物、氰化物等无机毒物，
以及酚类、多环芳烃、多氯联苯等有机毒物。
2）无机污染物包括无机酸、盐类和无机悬浮物。它们不但破坏水体的自然缓冲作用，抑制水生生物和农作物的生长，而且也腐蚀水工设施；
大量的悬浮物会淤塞河道与湖泊，甚至使鱼类窒息而死。
3）病原体微生物包括各种病毒和细菌等病原微生物以及寄生虫和卵，它们进入水体后，会通过饮用或接触等途径使人畜致病。
4）富营养化污染物主要是含有大量氮、磷等植物营养物。这类水进入湖泊、水库、河流后，能促使藻类急速繁殖，造成水体的“富营养化”，
严重时可导致水体的腐败与水生生物的消亡。
三、矿井水的处理技术
1.洁净矿井水的处理及利用此类矿井水水质好,pH为中性，不含有毒、
有害离子，浊度低。一般采用清污分流方式，即利用各自单设的排水系统，将洁净矿井水和已被污染的矿井水分而排之。洁净矿井水经简单处理后作为某些工业用水，或经消毒处理后供生活饮用。有的洁净矿井水含有多种微量元素，可开发为矿泉水。
采取清污分流法，设备投资少，运行成本低，
并可减少矿井污水处理量及外排量，是目前煤矿最为经济有效地利用矿井水的一种手段。
2.含悬浮物矿井水的处理
2.1常规处理一般采用混凝、沉淀、过滤、消毒的工艺进行处理。图 1给出在含悬浮物矿井水处理中常用的基本工艺流程。
调节池提升泵站井下水仓澄清池 过滤池 清水池水塔浓缩池 压滤机矿井水加药 消毒外运图 1 含悬浮物矿井水处理基本工艺流程
2.2井下水仓混凝沉淀处理井下水仓对矿井水进行混凝沉淀处理的方法，是使矿井水在井下水仓停留较长时间 (大于 30min),在距离水仓前 50m左右的排水沟中投药，并在沟中铺设大块矸石，人为制造水力湍流，促使混凝剂充分混合反应；并行井下主副水仓定期交替清泥，从而取得了更好的处理效果。
2.3氧化塘净化矿井水煤矿开采后经常出现大面积的塌陷区，可将塌陷坑改造成氧化塘，利用自然条件下的微生物处理原理净化矿井水 (如图 2)。氧化塘水面还可放养各种水生生物及种植水面作物，利用生物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的要求，同时也增加了经济效益。
沉淀池 滤床沟 综合利用氧化塘矿井水 出水图 2 氧化塘净化矿井水工艺流程
3酸性矿井水的处理目前，对酸性矿井水的处理方法很多，有以石灰乳为中和剂的方法、石灰石为中和剂的方法以及石灰石法（石灰法、微生物法和湿地处理法），一般多采用石灰石或者石灰为中和剂进行处理。
3.1石灰石中和法以石灰石为中和剂的处理工艺有滚筒中和法、升流过滤式中和法两种。图 3所示为滚筒中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理酸性矿井水的处理系统工艺流程。
调节池 滚筒石灰石储存槽曝气池混凝剂投配槽沉淀池污泥浓缩脱水酸性矿井水 排放沉渣处图 3石灰石滚筒中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理工艺流程图 4所示为以石灰石升流过滤为中和处理单元的酸性矿井水处理工艺流程是目前煤矿经常采用的酸性矿井水处理工艺。
图 4石灰石升流过滤中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理工艺流程地面蓄水池 升流式石灰石滤池 平流式沉淀池曝气池 斜板沉淀池石灰石颗粒酸性水外排压缩空气
3.2石灰中和法在矿井水处理中经常采用来源方便、价格便宜的石灰作为中和剂，对酸性矿井水进行中和处理。使用时需先将石灰 (CaO)调制成石灰乳后形成熟石灰 (Ca(OH) 2)，然后投配到反应池中，其具体工艺流程见图 5所示。
图 5 石灰中和法处理工艺流程沉淀池中和池石灰乳配置池过滤池酸性水石灰粉机械搅拌 废渣出水
3.3石灰石 — 石灰联合中和法石灰石 — 石灰联合中和法是将石灰石中和法与石灰中和法经优化组合而形成一种中和处理工艺，因而兼具前两种工艺的优点，其工艺流程见图 6所示。
图 6 石灰石 — 石灰联合中和法处理工艺流程该工艺流程是将废水先流经石灰石滚筒，以中和水中绝大部分的游离酸，然后再用石灰或者石灰乳中和，使水的 pH值进一步提高，一般控制在 8.0左右。在此条件下 Fe 2＋ 水解并产生沉淀，所形成的絮状物可以起到混凝作用，有利于悬浮固体的去除。
中和池 沉淀池 过滤池 达标排放石灰石灰石酸性矿井水
3.4生物化学中和法生物化学中和的原理是利用氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下将水中 Fe 2＋ 转化成 Fe 3＋,然后用石灰石进行中和，以同时实现对酸性矿井水的除铁以及中和处理。具体工艺流程如图 7所示。
调节池 缓冲池 生物转盘 中和滚筒斜管沉淀池无阀滤池清水池井下工业用 水及外排矿井水加混凝剂、石灰石图 7 生物 — 化学法联合处理工艺流程
4.高矿化度矿井水的处理其处理工艺，除采用传统工艺去除悬浮物和消毒外，
其关键工序就是 脱盐 。降低矿井水含盐量的方法主要有离子交换法、电渗析法、反渗透法、多级闪蒸法等。
高矿化度矿井水的主要处理方法及过程如下：
(1)采用一般矿井水的处理方法将其所含的悬浮物去除后排入水体，依靠水体的稀释作用降低所含盐类物质的浓度。若需要作为水资源利用，则需在去除悬浮物后再做进一步的处理。
(2)对含碳酸盐硬度高 (暂时硬度 )、非碳酸盐硬度低
(永久硬度 )的高硬度矿井水可采用药剂软化法处理，即用石灰、纯碱或者用腐植酸钠加纯碱进行软化，去除碳酸盐和部分非碳酸盐硬度后，再经过沉淀、过滤净化后可用作锅炉及电厂冷却用水。
软化后的硬度较低的高矿化度矿井水可采用淡化法进行深度处理。深度处理可以采取的技术方法包括：
(1)膜分离脱盐，即利用膜分离技术的电渗析、反渗透原理对矿井水进行淡化处理。
(2)离子交换脱盐，即利用离子交换树脂的交换特性分离矿井水中的盐类物质。
(3)蒸馏法脱盐，即采用多效多级蒸发的方法制取淡水并进行盐类浓缩。该方法所制取的淡水可直接利用。
此外，国外已有采用电磁法、冰冻法淡化处理矿井水的报道，国内在这方面则还处于研究、试验阶段。
地面蓄水池 反应池 沉淀池 砂滤池 活性炭过滤池电渗析清水池高矿化度矿井水投药消毒剂去用户图 8高矿化度矿井水深度处理基本工艺流程
5.含特殊污染物的矿井水处理含有毒、有害元素或放射性元素矿井水的处理 首先去除悬浮物，然后对其中不符合标准水质的污染物进行处理。
对 含氟水,可用活性氧化铝吸附除去氟，也可用电渗析法除盐的同时除氟。 含铁、锰水,通常采用混凝、
沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。
四、矿井水的利用根据“优质水优用，低质水低用”的原则矿井水可以有不同的利用途径：
1.农业灌溉：
矿井水用于农业灌溉只要降低矿井水中的悬浮物，
一般经过沉淀池就能满足要求。
2.煤矿井下生产用水：
井下生产用水（井下防尘、洒水、煤层注水）一般只需降低矿井水中的悬浮物，可利用井下水池进行絮凝、沉淀就可直接用于生产。
3.地面工业用水和生活用水：
矿井水做供水水源时，一般经过混凝、沉淀、过滤、
消毒等工艺就可达到所需要求。对高矿化度矿井水，
由于含盐量高而不易饮用，目前比较成熟的脱盐技术即电渗析技术，虽然处理成本较高，但对于严重缺水的地区采用此法处理还是可行的。
五、矿井水资源化的效益分析
1.经济效益矿井水用于农业灌溉，减轻了农民的负担；用于煤矿生产和居民生活节约了水资源，减少了对水资源的投入；企业免缴了排污费；还能回收矿井水中煤泥，做燃料。对农业和企业经济效益的提高都很明显。
2.社会效益实现矿井水资源化,可以缓解当地地下水资源紧张问题，解决农用水矛盾，缓和工农关系，为提高矿区经济效益创造良好的社会环境。矿井水资源化也是人类社会经济发展，不断开发利用各种资源的必然结果。
3.环境效益实现矿井水资源化，可有效地缓解地下水位下降的幅度，对防治水源枯竭，维护地下水的良性循环，从根本上解决矿井水对环境的污染，改善矿区生态环境，搞好矿区生态环境保护工作都有积极作用。矿井水资源化也是维护良好生态环境的客观要求。
矿井水及其特征
矿井水的分类及其中的主要污染物
矿井水的处理技术
矿井水的利用
矿井水资源化的效益分析一、矿井水及其特征
1.矿井水煤矿生产过程中，经常可以见到地下水流入巷道和工作面，这就是矿井水。矿井水主要是伴随矿井开采而产生的水体。
2.矿井水的特征矿井水和地下水是一样的，只是在煤炭开采过程中，矿井水流经采煤工作面和巷道以及采空区时，受到人为的影响，致使水中 含有煤粉、岩粒等悬浮物,这些物质受生产活动的影响常常 含有细菌,从而导致水质较差。因此，不同煤矿的矿井水具有 成分复杂，水质水量变化大 的特点。
二、矿井水的分类及其中的主要污染物
1.矿井水的分类根据矿井水所含污染物的特征，一般可将其划分为 一般洁净矿井水、高悬浮物矿井水、酸性矿井水、高矿化度矿井水以及含特殊污染物矿井水 等。
1.1一般洁净矿井水洁净矿井水的矿化度及总硬度低,PH接近中性，有害离子含量极微或未检出，含少量的煤粒和岩粉等悬浮物，外观呈黑色。此类矿井水的危害较小。
1.2 高悬浮物矿井水高悬浮物矿井水的特点是悬浮物含量高，每升达到数千或数万毫克。受开拓及采煤的影响，矿井水含有大量的煤粉、岩石粉尘等悬浮物杂质和微生物，颜色呈灰黑色。
1.3 酸性矿井水产生的主要原因是开采含有大量黄铁矿（ FeS2）的煤层时，黄铁矿在空气中的氧化和某些细菌的作用，氧化生成亚硫酸和硫酸，当煤中所含碳酸盐和其他碱性物质不足以中和上述酸性氧化产物时，矿井水即呈现酸性。
酸性矿井水的 PH值一般在 6以下，往往可引起煤和岩石中的金属元素溢出，使矿井水中铁、锰等重金属离子增加；另外，水中的游离酸与部分碳酸盐矿物质反应，增加了无机盐类，导致矿井水的总硬度和矿化度升高。其他一些因素也会影响矿井水的酸性程度，但酸性矿井水 PH值的大小主要还是与煤中的含硫量有直接关系。
1.4 高矿化度矿井水高矿化度矿井水中含有较高的可溶性盐类及悬浮物质。含盐量大于 1000mg/L，有的甚至达到 10000mg/L（矿化度在 1000 mg/L以下为淡水；
1000－ 3000mg/L为微咸水； 3000－ 10000 mg/L
为咸水； 10000－ 50000 mg/L为盐水；大于
50000 mg/L为卤水）。当其含有较高的氯化物和硫酸盐时，会使水带咸味或苦涩味，因此有苦咸水之称。
1.5含特殊污染物矿井水所谓含特殊污染物矿井水主要指含有毒、有害元素或放射性元素等污染物的矿井水。
2.矿井水中的主要污染物
1）有毒污染物包括汞、铅、铬等重金属元素，氟化物、氰化物等无机毒物，
以及酚类、多环芳烃、多氯联苯等有机毒物。
2）无机污染物包括无机酸、盐类和无机悬浮物。它们不但破坏水体的自然缓冲作用，抑制水生生物和农作物的生长，而且也腐蚀水工设施；
大量的悬浮物会淤塞河道与湖泊，甚至使鱼类窒息而死。
3）病原体微生物包括各种病毒和细菌等病原微生物以及寄生虫和卵，它们进入水体后，会通过饮用或接触等途径使人畜致病。
4）富营养化污染物主要是含有大量氮、磷等植物营养物。这类水进入湖泊、水库、河流后，能促使藻类急速繁殖，造成水体的“富营养化”，
严重时可导致水体的腐败与水生生物的消亡。
三、矿井水的处理技术
1.洁净矿井水的处理及利用此类矿井水水质好,pH为中性，不含有毒、
有害离子，浊度低。一般采用清污分流方式，即利用各自单设的排水系统，将洁净矿井水和已被污染的矿井水分而排之。洁净矿井水经简单处理后作为某些工业用水，或经消毒处理后供生活饮用。有的洁净矿井水含有多种微量元素，可开发为矿泉水。
采取清污分流法，设备投资少，运行成本低，
并可减少矿井污水处理量及外排量，是目前煤矿最为经济有效地利用矿井水的一种手段。
2.含悬浮物矿井水的处理
2.1常规处理一般采用混凝、沉淀、过滤、消毒的工艺进行处理。图 1给出在含悬浮物矿井水处理中常用的基本工艺流程。
调节池提升泵站井下水仓澄清池 过滤池 清水池水塔浓缩池 压滤机矿井水加药 消毒外运图 1 含悬浮物矿井水处理基本工艺流程
2.2井下水仓混凝沉淀处理井下水仓对矿井水进行混凝沉淀处理的方法，是使矿井水在井下水仓停留较长时间 (大于 30min),在距离水仓前 50m左右的排水沟中投药，并在沟中铺设大块矸石，人为制造水力湍流，促使混凝剂充分混合反应；并行井下主副水仓定期交替清泥，从而取得了更好的处理效果。
2.3氧化塘净化矿井水煤矿开采后经常出现大面积的塌陷区，可将塌陷坑改造成氧化塘，利用自然条件下的微生物处理原理净化矿井水 (如图 2)。氧化塘水面还可放养各种水生生物及种植水面作物，利用生物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的要求，同时也增加了经济效益。
沉淀池 滤床沟 综合利用氧化塘矿井水 出水图 2 氧化塘净化矿井水工艺流程
3酸性矿井水的处理目前，对酸性矿井水的处理方法很多，有以石灰乳为中和剂的方法、石灰石为中和剂的方法以及石灰石法（石灰法、微生物法和湿地处理法），一般多采用石灰石或者石灰为中和剂进行处理。
3.1石灰石中和法以石灰石为中和剂的处理工艺有滚筒中和法、升流过滤式中和法两种。图 3所示为滚筒中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理酸性矿井水的处理系统工艺流程。
调节池 滚筒石灰石储存槽曝气池混凝剂投配槽沉淀池污泥浓缩脱水酸性矿井水 排放沉渣处图 3石灰石滚筒中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理工艺流程图 4所示为以石灰石升流过滤为中和处理单元的酸性矿井水处理工艺流程是目前煤矿经常采用的酸性矿井水处理工艺。
图 4石灰石升流过滤中和 — 曝气 — 混凝沉淀联合处理工艺流程地面蓄水池 升流式石灰石滤池 平流式沉淀池曝气池 斜板沉淀池石灰石颗粒酸性水外排压缩空气
3.2石灰中和法在矿井水处理中经常采用来源方便、价格便宜的石灰作为中和剂，对酸性矿井水进行中和处理。使用时需先将石灰 (CaO)调制成石灰乳后形成熟石灰 (Ca(OH) 2)，然后投配到反应池中，其具体工艺流程见图 5所示。
图 5 石灰中和法处理工艺流程沉淀池中和池石灰乳配置池过滤池酸性水石灰粉机械搅拌 废渣出水
3.3石灰石 — 石灰联合中和法石灰石 — 石灰联合中和法是将石灰石中和法与石灰中和法经优化组合而形成一种中和处理工艺，因而兼具前两种工艺的优点，其工艺流程见图 6所示。
图 6 石灰石 — 石灰联合中和法处理工艺流程该工艺流程是将废水先流经石灰石滚筒，以中和水中绝大部分的游离酸，然后再用石灰或者石灰乳中和，使水的 pH值进一步提高，一般控制在 8.0左右。在此条件下 Fe 2＋ 水解并产生沉淀，所形成的絮状物可以起到混凝作用，有利于悬浮固体的去除。
中和池 沉淀池 过滤池 达标排放石灰石灰石酸性矿井水
3.4生物化学中和法生物化学中和的原理是利用氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下将水中 Fe 2＋ 转化成 Fe 3＋,然后用石灰石进行中和，以同时实现对酸性矿井水的除铁以及中和处理。具体工艺流程如图 7所示。
调节池 缓冲池 生物转盘 中和滚筒斜管沉淀池无阀滤池清水池井下工业用 水及外排矿井水加混凝剂、石灰石图 7 生物 — 化学法联合处理工艺流程
4.高矿化度矿井水的处理其处理工艺，除采用传统工艺去除悬浮物和消毒外，
其关键工序就是 脱盐 。降低矿井水含盐量的方法主要有离子交换法、电渗析法、反渗透法、多级闪蒸法等。
高矿化度矿井水的主要处理方法及过程如下：
(1)采用一般矿井水的处理方法将其所含的悬浮物去除后排入水体，依靠水体的稀释作用降低所含盐类物质的浓度。若需要作为水资源利用，则需在去除悬浮物后再做进一步的处理。
(2)对含碳酸盐硬度高 (暂时硬度 )、非碳酸盐硬度低
(永久硬度 )的高硬度矿井水可采用药剂软化法处理，即用石灰、纯碱或者用腐植酸钠加纯碱进行软化，去除碳酸盐和部分非碳酸盐硬度后，再经过沉淀、过滤净化后可用作锅炉及电厂冷却用水。
软化后的硬度较低的高矿化度矿井水可采用淡化法进行深度处理。深度处理可以采取的技术方法包括：
(1)膜分离脱盐，即利用膜分离技术的电渗析、反渗透原理对矿井水进行淡化处理。
(2)离子交换脱盐，即利用离子交换树脂的交换特性分离矿井水中的盐类物质。
(3)蒸馏法脱盐，即采用多效多级蒸发的方法制取淡水并进行盐类浓缩。该方法所制取的淡水可直接利用。
此外，国外已有采用电磁法、冰冻法淡化处理矿井水的报道，国内在这方面则还处于研究、试验阶段。
地面蓄水池 反应池 沉淀池 砂滤池 活性炭过滤池电渗析清水池高矿化度矿井水投药消毒剂去用户图 8高矿化度矿井水深度处理基本工艺流程
5.含特殊污染物的矿井水处理含有毒、有害元素或放射性元素矿井水的处理 首先去除悬浮物，然后对其中不符合标准水质的污染物进行处理。
对 含氟水,可用活性氧化铝吸附除去氟，也可用电渗析法除盐的同时除氟。 含铁、锰水,通常采用混凝、
沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。
四、矿井水的利用根据“优质水优用，低质水低用”的原则矿井水可以有不同的利用途径：
1.农业灌溉：
矿井水用于农业灌溉只要降低矿井水中的悬浮物，
一般经过沉淀池就能满足要求。
2.煤矿井下生产用水：
井下生产用水（井下防尘、洒水、煤层注水）一般只需降低矿井水中的悬浮物，可利用井下水池进行絮凝、沉淀就可直接用于生产。
3.地面工业用水和生活用水：
矿井水做供水水源时，一般经过混凝、沉淀、过滤、
消毒等工艺就可达到所需要求。对高矿化度矿井水，
由于含盐量高而不易饮用，目前比较成熟的脱盐技术即电渗析技术，虽然处理成本较高，但对于严重缺水的地区采用此法处理还是可行的。
五、矿井水资源化的效益分析
1.经济效益矿井水用于农业灌溉，减轻了农民的负担；用于煤矿生产和居民生活节约了水资源，减少了对水资源的投入；企业免缴了排污费；还能回收矿井水中煤泥，做燃料。对农业和企业经济效益的提高都很明显。
2.社会效益实现矿井水资源化,可以缓解当地地下水资源紧张问题，解决农用水矛盾，缓和工农关系，为提高矿区经济效益创造良好的社会环境。矿井水资源化也是人类社会经济发展，不断开发利用各种资源的必然结果。
3.环境效益实现矿井水资源化，可有效地缓解地下水位下降的幅度，对防治水源枯竭，维护地下水的良性循环，从根本上解决矿井水对环境的污染，改善矿区生态环境，搞好矿区生态环境保护工作都有积极作用。矿井水资源化也是维护良好生态环境的客观要求。
