梅媛
山东和正环保工程有限公司，山东省济南市，250117，
摘要：根据矿井水污染的特点，煤矿矿井水主要分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含特殊污染物的矿井水。大量的研究也表明，对矿井水的处理和利用可以大大缓解西部地区的缺水问题，节省传统水资源。
关键词：电化学技术；矿井水处理；应用
前言
近年来，随着人们对生态文明建设的重视，为了不断提高处理后的矿井水出水质量，相关研究专家不断开发新技术用于提高以高矿化度为特点的矿井水利用率。
1矿井水的分布特性和特点
我国地理环境是东南部地区雨水丰沛，而西北部地区降水量少且富含大量的煤炭资源，由于煤炭的开采已经不再是浅煤层开采，造成地下水不断下降，导致该地区用水日益匮乏。全国80多个重点矿区中，80%属于缺水矿井，42%属于严重缺水。水作为矿井日常生产、工人生活、消防及除尘的必备资源，直接关系着矿井能否正常生产。我国矿井大部分处于干旱地区，水资源极度匮乏，为了提高人们的生活水平，不断开采地下水，水位持续下降。水资源同时也制约着矿井的发展，尤其处于缺水地区，合理运用水资源对矿井的发展起着不可或缺的重要作用。我国煤矿的矿井水未做处理直接露天排放，白白浪费大量的水资源，不仅造成地区水资源的极度浪费，而且污染周边环境及农田。矿井水主要污染物类型有悬浮物矿井水、酸性矿井水、高矿化度矿井水、含特殊污染物矿井水等。悬浮物矿井水含有大量的煤粉，浊度高，呈灰黑色，虽然有时矿井水悬浮物含量不高，但是黑色十分明显，视觉感差。但是在井下水仓清仓时，悬浮物的含量最高可达到上万mg/L。悬浮物矿井水水温一般在5-35°C范围之内。酸性矿井水，水质pH值小于5.5，当遇到含硫高的煤层开采时，硫化物被氧化和升华作用产生硫酸，而使水呈酸性。高矿化度矿井水，其中离子（硫酸根离子、碳酸根离子、氯离子、钙离子、镁离子等）含量较高，其水质多数呈碱性或者中性，带苦涩味，俗名“苦咸水”，又可将其分为盐水和微咸水。含特殊污染物矿井水，主要含微量有毒有害元素矿井水、放射性元素矿井水、氟矿井水和油类矿井水等。
2电化学法在矿井水中的应用
2.1电絮凝除硬
电絮凝指在电场的作用下，消耗金属阳极，转化为金属阳离子，与阴极产生的ＯＨ－离子作用得到金属氢氧化物，生成的颗粒具有较大的表面积，可通过表面作用力处理悬浮颗粒物，达到混凝去除的作用。矿井水硬度超标的主要原因之一是悬浮物超标，而其中９０％的悬浮物介于悬浮体和胶体态之间，电位位于－２０～－３０ｍＶ之间，电荷之间的相互排斥，造成矿井水中悬浮物无法自然沉降。通常需要增加絮凝剂和助凝剂来加快悬浮物的沉积，以提高混凝沉淀的效果，但是药剂的添加会导致矿井水中有机大分子含量增大，最终造成深度处理过程中膜器件等污染，加大处理难度。电絮凝正好可以解决矿井水中带电悬浮物无法沉降的难题。通过ｐＨ值的调节，电絮凝可以达到使矿井水中钙镁离子絮凝沉淀的目的，沉淀率高达８５％以上。然而电絮凝在电化学反应过程中会消耗大量电极以及能源，造成铁泥或铝泥等二次污染，导致该技术无法被广泛应用。因此目前矿井水还是采用传统方法添加药剂，以达到混凝沉淀的效果，从而降低矿井水中的硬度。然而从长远考虑，如果可以解决阳极消耗问题并大规模利用可再生能源，降低成本，应用电絮凝技术去除矿井水中的硬度则更加环保、更有前景。
2.2电渗析脱盐
根据矿井水的特点，目前在矿井水处理中最常用的方法是电渗析。电渗析作为一项传统工艺，很早之前被应用到矿井水的处理当中，主要用来淡化高盐矿井水。将高盐矿井水通过反应室，在电场的作用下阴阳离子向两级迁移，在具有选择透过性能离子交换膜中，即阳离子透过阳膜、阴离子透过阴膜分别形成脱盐淡化矿井水和浓缩盐水。电渗析技术主要用于处理进水含盐量为５００～４０００ｍｇ／Ｌ的情况。我国西部矿区矿井水中绝大部分为高矿化度矿井水，非常适合应用电渗析法脱盐。如海州的高矿化度矿井水中的Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋含量较高，主要以排放为主，研究人员采用电渗析处理方法降低了海州露天煤矿矿井水中的盐度，并经过适当处理后达到了国家《饮用水卫生标准》。然而，电渗析技术在实际应用和推广过程中也出现了较多问题。从我国目前使用电渗析工艺的工程看，普遍存在工艺单一、对矿井水的水质特征缺乏分析、水资源浪费大、除垢防垢能力差等问题，导致电渗析电极和离子交换膜的耗损大、脱盐率降低、成本增大，造成较多工程停产停用。此外虽然电渗析法脱盐效率高，但无法处理含有机物和细菌的矿井水。
2.3电吸附脱盐
电吸附也可以作为矿井水深度除盐技术，主要基于双电层理论，通过电极表面的电化学作用，去除矿井水中的盐离子。北部某煤矿发现通过混凝、沉淀、过滤的工艺处理排水量为１７０００ｍ３／ｄ的矿井水，回用水量为９０００ｍ３／ｄ，有将近一半的矿井水达不到生活杂用水和再生水的水质要求，这主要是由于传统工艺没有除盐效果。为了解决这个问题，研究人员利用电吸附除盐技术进行矿井水深度处理，通过不同方案选择、工艺流程及实施方案的设计后，回用水量增加到了８０％。兖矿集团在济宁三号煤矿矿井水进行深度除盐处理工艺组中添加了电吸附除盐模块，处理后的矿井水满足该矿电厂的循环冷却用水需求，并产生了一定的经济效益。电吸附技术除了具有较高除盐效率之外，还具有可操作性、低能耗、管理运行维护简单以及环境友好等优势，具有良好的发展前景。
3矿井水处理技术的发展趋势
随着经济不断发展，地球上的资源日益匮乏，由于我国的人平均淡水资源较少，属于贫水国家，近些年煤炭作为我国战略能源，煤炭开采造成大量水资源浪费，地下水位不断下降，我国北方、西北方缺水日益增加。随着科技的不断发展，水资源处理工艺不断提高和优化，煤矿的开采不再是粗放式开采，而是对煤炭资源和矿井水资源精准的开采及利用，大力引进新设备、新工艺、新方法等改善水资源的过度浪费。因此，各大煤炭研究院和煤炭企业应加大工作力度，加强合作，寻找一种简单有效、成本低廉、净化效果佳，将矿井水变成饮用水资源。将矿井水在井下处理，不再抽排到地面上处理，避免资源的极度浪费。处理好的水资源用于井下生产消防、清理设备等，富余的处理水抽排地面经过过滤消毒达标后作为生活用水或者农业灌溉等。在一些缺水地区可修建水库，处理过的矿井水可以排至水库，应对干旱季节水资源短缺问题。随着社会的发展，人们对生活水平质量要求日益提高，对水资源亦是如此，如何将矿井水的处理创新工作做好，将是煤炭业的重点研究课题。
结束语
我国矿井水排放总量大、利用率低，尤其水资源匮乏地区，未经任何处理直接排放，不仅导致宝贵的水资源严重浪费，还对周边生态环境产生巨大污染。因此，对不同类型的矿井水处理和利用，研究技术可靠、经济环保、处理工艺简单的新设备、新技术，依旧是矿井水变废为宝的重要研究课题。对煤矿矿井水的深度处理，达到矿井水资源化，可供矿区生活生产用水，景观用水、农业灌溉、消防用水、工业用水等，不但缓解矿区周围供水不足局面，而且为当地经济和环境发展做出重要贡献，促进我国经济可持续发展。
参考文献：
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[2]何绪文,胡滇建,胡振玉,王培京.煤矿高矿化度矿井水处理技术研究[J].煤炭科学技术,2002(08):3841.