煤矿高矿化度矿井水生态利用初探--中国期刊网

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煤矿高矿化度矿井水生态利用初探

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：葛立雯

[导读] 摘要：对近年来我国煤矿高矿化度矿井水的处理现状和生态利用现状进行了综述，分析了各类处理方法的优缺点，指出未来可将高矿化度矿井水的消纳与盐碱土改良、耐盐碱植被的研究结合起来，以及工程预处理与尾水生态灌溉利用结合起来，研究出环境友好、经济适用的煤矿高矿化度矿井水利用方式。

        中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉 430000
        摘要：对近年来我国煤矿高矿化度矿井水的处理现状和生态利用现状进行了综述，分析了各类处理方法的优缺点，指出未来可将高矿化度矿井水的消纳与盐碱土改良、耐盐碱植被的研究结合起来，以及工程预处理与尾水生态灌溉利用结合起来，研究出环境友好、经济适用的煤矿高矿化度矿井水利用方式。
        关键词：生态环境、煤矿区、遥感生态指数
        煤炭的开采往往伴随着大量的矿井水产生，据估算约每开采1t煤，就产生2t矿井水。我国淡水资源较为短缺，其总量约为28000亿立方米，仅占全球水资源的6%。按照矿井水含有的污染物不同，常分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、酸性矿井水、高矿化度矿井水及含有毒有害物质矿井水几大类，其中盐分含量高于1000mg/L时即为高矿化度矿井水，在我国多分布于西北、两淮、华北等北方重点煤区，而这些区域又是我国的干旱缺水地区。因此，如何提升高矿化度矿井水综合利用率，将高矿化度矿井废水变为为宝，对减少当地环境污染、缓解煤炭企业与当地居民生产、生活的用水矛盾具有重要意义。
        1 高矿化度矿井水的形成原因及危害
        矿井水主要来源于地下水，煤炭开采过程中地下水与煤、岩层接触，发生一系列物、化、生反应形成。矿井水从本质上来说就是区域水文地质系统与水文地质单元隔水构造破坏后，改变了地上以及地表水径流的方向，最后汇集到井内的水体。高矿化度矿井水的形主要有以下几个原因[1]：（1）区域内降雨量小于蒸发量，导致地层中盐分升高，区域内地下水本身总含盐量也就较高；（2）煤系地层中含有大量的碳酸盐及硫酸盐岩层，随着煤层的开采，矿井水的涌入与该类岩层充分接触，使矿化度增大；（3）高硫煤层的开采使大量游离酸同碳酸盐等碱性物质发生中和反应，最终使水中含盐量剧增，矿化度增大；（4）部分地区有地下咸水，开采时侵入煤田，使矿井水呈高矿化度。
        高矿化度矿井水带来的危害主要有：（1）高矿化度矿井水中含盐量高，会腐蚀矿井水排放设施、其中溶解度较低的会以水垢的形式附着；（2）高矿化度矿井水中含硫酸根离子，被还原成硫化氢时会产生恶臭；（3）一旦进入地表水体或流入周边土壤中，就可能造成淤塞河流湖泊、抑制水生生物生长、土地盐碱化等生态环境问题。
        2 高矿化度矿井水处理现状
        目前，对煤矿高矿化度矿井水的处理方式主要为（1）运用阴阳离子交换降低水中含盐量的离子交换法；（2）利用选择性透过膜分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差、振动弹力）时，使溶剂（通常是水）与溶质或微粒分离的反渗透法（RO，含DTRO）、电渗析法（ED）法、DM 振动装置法以及（3）采用热力脱盐的热法蒸馏（含传统蒸馏、MSF、MVR）三大类工程处理方式。

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        上述各类方式对进水盐浓度的要求有较大区别，如离子交换法仅适用于处理1000mg/L以下含盐量的矿井水，现多用于钙、镁离子较多的矿井水前期处理工艺，以防后期膜等设备结垢或者末端水软化方面；膜分离技术适用的盐浓度适用范围较广，其中电渗析法可处理含盐量小于1500mg /L、反渗透法可处理含盐量50000mg /L以下、DM 振动装置法可处理含盐量在3000-60000mg /L的矿井水[2]，该技术类的方法主要受限于结垢、电耗、设备投资成本和稳定性；热法蒸馏，该方法对预处理、设备、药剂要求都比较低，出水品质也较高，但其能耗大，经济代价过高且不燃料燃烧易产生大气污染不符合现行环保政策。
        3 生态利用矿井水现状
        随着科技的进步和对矿区治理的多层次要求，如何低成本、低能耗、无次生污染的将矿井水进行利用成为新的研究方向。近些年，生态利用研究多为针对洁净矿井水和含悬浮物矿井水，主要是（1）构建人工湿地、人工湖或者经过滤最终进入有植被和水生动物的生态池。在新技术方法上的研究多集中于构建人工湿地的方式，该方法采用种植芦苇、铜钱草、碗莲等水生植物吸附其中的COD、SS、TN、TP等，其主要局限性在于长期的运行过程中，基质系统的更换与清洗直接影响去除效果，水力停留时间对植物去除污染物呈现出先扬后抑的特征[3]。（2）进行矿井水的农业灌溉研究，由于玉米、冬小麦耐微咸水，因此这两种作物及其土壤影响方面实验较多。由于酸性矿井水灌溉用会使作物禾苗枯黄造成耕地土壤结构破坏、形成土壤板结，而高矿化度矿井水长期用于农田浇灌，易形成耕地土壤的盐碱化，因此现在对于高矿化度矿井水的生态利用主要还是先用工程处理将矿化度降低，再进行梯级利用、绿化灌溉等构建矿井水生态化利用系统。
        4 高矿化度矿井水生态利用展望
        随着社会的发展，将高矿化度矿井水作为废水直排弃掉是对水资源的极大浪费，也是不符合国家绿色矿山建设要求和环境保护要求的。生态利用方面，人工湿地、生态池等造价低、不需设备、不加药剂的方式较受好评，但有部分研究发现在长期的运行过程中，其基质系统的更换与清洗会直接影响去除效果，水力停留时间对植物去除污染物呈现出先扬后抑的特征。
        对于高矿化度矿井水生态利用的未来研究方向，根据我国高矿化度矿井水分布区域的环境特征，很大部分区域的土壤本身盐碱化程度较高，而近些年有不少研究耐盐碱植物在吸附、改良盐碱土效果方面的成果，结合这两个方向的研究，将高矿化度矿井水作为耐盐碱植被的灌溉用水，研究其吸附性能等，以及结合工程处理，由不同处理方式的所用设备及运营成本有相当大的差异，将经济成本低出水盐分浓度较高的工程措施作为预处理手段，后续用其尾水对不同种耐盐碱植被进行灌溉制度研究，可得到适宜各区域煤矿的工程+生态灌溉利用模式。
        参考文献：
        [1]刘勇，孙亚军，王猛.矿井水水质特征及排放污染[J].煤矿环保，2007（03）：83-86.
        [2]寇雅芳，朱仲元，修海峰等.神东矿区高矿化度矿井水生态利用处理技术[J].中国给水排水，2011，27（22）：86-89.
        [3]徐颖，王治哲，初世敬等.不同类型人工湿地处理矿井废水的室外模拟试验研究[J].环境工程，2017，35（增刊）：276-280.