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矿井水处理技术

发布时间: 2011-03-31     来源:

 

根据矿井水的水质和水量确定矿井水的用途,井下矿井水主要由以下三种水构成:
  (1)生产使用过的混水,通过原有部分水砂充填系统,用于井下消防火、采空区注浆及封堵;
  (2)矿井自然涌出的清水,通过原有部分水砂充填系统,用于选煤厂洗煤用水;
  (3)截流矿井的净水,这部分水可替代自来水,主要有两种用途:一是用于地面工业锅炉用水,需增加投入接设专门管路;二是直接用于井下综采生产机械用水、“一通三防”高静压注水和洗尘用水等。
根据以上方案,本着经济合理的原则,充分合理地发挥现有矿井系统、技术、设施的富余能力,实施井下生产排水和地面工业用水系统改造。
  (1)井下生产排水系统改造。首先是对井下水仓进行改造,分为混水仓、清水仓、净水仓,合理进行配水,做到矿井水分贮分排,有效地保证了矿井水合理利用。
  (2)地面工业用水系统改造,实现对生产混水的闭路循环。
  在煤矿开采过程中产生的矿井污水一般分4 种类型,即含悬浮物、高矿化度、酸性及含特殊污染物的矿井水,不同类型的矿井水可采用不同的资源化处理工艺和方法   [2]。除了洁净矿井水可直接利用外,矿井水的利用都需要相应的矿井水处理技术,主要包括含悬浮物矿井水处理技术、高矿化度矿井水处理技术、酸性矿井水处理技术和特殊污染型矿井水处理技术。随着国家对矿井水资源利用力度的加大,矿井水处理利用率逐年提高,矿井水处理利用实用技术将会在矿井水资源化利用工作中起到有力的保障作用。现在的处理技术有:
  (1)混凝剂和混合形式。含悬浮物矿井水净化处理通常采用铝盐或铁盐混凝剂,目前聚合氯化铝较为常用。絮凝剂主要采用聚丙烯酰胺。矿井水处理中混凝剂混合方式通常采用水泵混合、管道混合器混合和机械混合,其中水泵混合较常采用。
  (2)曝气溶解。曝气的作用是将含有金属离子的水在进入净水器前得到充分的氧化;分解成无机分子化合物(二价氧化成三价)使之脱离析除于水,变成絮凝物。曝气装置利用空气中含有的20%的氧充分溶解于水,靠溶解氧将水中金属离子转化成三价无机分子化合物后进入净水器被除掉。
  (3)氧化反应。经过混凝、曝气溶解水质已产生变化,胶体悬浮物和金属离子物质都已脱离于水,形成微小颗粒状,流进净水器反应室。进行一定时间的搅拌反应,反应室内设有小波形板通道,利用波形板的波峰与波谷之间水流变化,在波谷中形成对流旋涡,给水中的悬浮颗粒和金属氧化物颗粒造成了一个有利的相互碰撞、吸附机会,经过吸附氧化分解造成了雪状大颗粒絮体,比重逐渐增大,给沉淀工艺创造了有利条件。
  (4)沉淀和澄清。矿井水净化处理采用沉淀池或澄清池作为主要处理单元。沉淀池采用平流式、斜管沉淀,其处理能耗小,存在处理设施占地面积大,沉淀污泥易堵塞造成排泥不畅等缺点。机械加速、水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施,水循环澄清池具有处理过程中动力消耗低、耐负荷冲击能力强、设施维护简单和操作方便等优点。
  (5)过滤。常用的过滤设施有快滤池和重力式无阀滤池。快滤池管路、阀门系统复杂,反冲洗操作繁琐;重力式无阀滤池能自动反冲洗,操作简便,管理和维护方便。滤池通常采用的滤料有无烟煤、磁铁滤料(可吸附水中三价铁,截留水中铅氧化物)、天然锰砂滤料(可接触催化吸附水中氧化锰、铅、镉、氧化物)和石英砂双层滤料(吸附、截留滤除水中胶体杂质和吸附多种金属氧化物及大量菌群)。
  (6)消毒。矿井水净化处理后作为生活用水必须经过消毒处理,一般采用二氧化氯消毒,次氯酸钠和液氯采用较少。次氯酸本身是一个中性分子,可扩散到带负电荷的细菌表面,并穿过细胞膜进入细菌内部,破坏细菌某种酶系统,导致细菌死亡,达到消毒目的。液氯作为消毒剂在杀死细菌的同时,与水中的某些有机或无机成分发生一系列的化学反应,产生对人身体有害的“三致”消毒副产品,造成二次污染。也可以选择过氧化氢作为消毒剂,因为过氧化氢能与水完全混溶,没有腐蚀性,分解速度慢,保证长时间的消毒作用,且分解后为H2O 和O2,不会带来二次污染
       煤矿矿井水经过水处理之后,其利用途径绝大多数是用于矿区及其矿区周边农村生产生活,主要分为生活用水、生产用水、井下工业用水、煤炭加工用水、农业灌溉用水等。其中生活用水包括城市生活用水、矿区生活用水(生活杂用水如冲洗用水、消防用水、浴室用水等和生活饮用水) 和矿区周边农村生活用水。井下工业包括配乳化液、防尘(包括煤层注水、工作面回采洒水、掘进洒水、装运点洒水、运输机洒水等)、灭火灌浆、运输机保养、空气调节、设备冷却(包括冷冻机房、温度调节器、瓦斯抽放等)。煤炭加工用水包括选煤厂用水、洗煤补充用水、机修厂用水等。另外,经处理后的矿井水达到了选煤生产、电厂冷却用水和工业广场清洁撒水的标准,可用于选煤生产和电厂冷却用水,沉淀物经选煤厂压滤回收,还可与选煤厂煤泥一同供煤泥锅炉发电。
根据我国煤矿矿井水水质特征,对不同类型的矿井水要选择合理的处理技术和工艺流程,为矿井水资源化利用打下良好的技术基础。
  (1)洁净矿井水处理
  对洁净矿井水的处理方法较为简便,只要在源头妥善截流,清污分流后,清水由井下单独布设的排水管路排出,只需经过简单的消毒处理,即可作为生活饮用水。
  (2)含悬浮物矿井水处理
含悬浮物矿井水分布较广,所含的有毒有害物质较少,主要是总硬度、浊度、细菌等超标,此类水经井下水仓初沉后排至地面,采用常规的混凝、沉淀、过滤、消毒等处理工艺,处理后可用于煤矿生产、生活用水。该工艺流程简单,基建投资少,设备占地面积小。
  (3)高矿化度矿井水处理
  高矿化度矿井水含盐高、硬度高,处理工艺分两阶段:首先是预处理阶段,采用常规混凝、沉淀技术,主要去除矿井水中的悬浮物;第二部分是脱盐处理,使出水含盐量达到我国生活饮用水标准。目前国内外采用的脱盐方法主要是:从盐水中分离淡水,主要采用蒸馏法、冷冻法、溶剂萃取法、离子交换法、电渗析法和反渗透法。
  (4)酸性矿井水处理
酸性矿井水在我国南方煤矿尤为常见,处理方法有石灰石中和法、人工湿地法、离子交换法
等。通常采用化学中和法处理工艺,投加碱性药剂或以石灰石、白云石为滤料进行过滤中和;最近开发了利用湿地生态系统来处理酸性矿井水,该技术日趋成熟。湿地生态工程处理酸性矿井水是根据自然水藓(或泥炭)、香蒲在高酸性水条件下生长良好的原理发展起来的,利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化处理。经过预处理的酸l生矿井水进入人工湿地,湿地的去污机理包括稀释、过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解。
  (5)含特殊污染物的矿井水处理
  对于含有毒有害元素的矿井水,可以采用活性氧化铝吸附等处理方法;用电渗析除盐法可去除氟离子;含油类较高的矿井水可采用混凝、气浮、过滤、消毒的处理工艺。