1、专题部分浅析矿井水的资源化摘要：水是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线。水资源问题是21世纪我国社会经济可持续发展最突出的问题之一。在我国，煤矿缺水现象普遍存在，尤其是北方矿区严重缺水。长期以来煤矿矿井水未能得到充分利用，大量矿井水被作为废水排放掉，极大的浪费了宝贵的水资源。因此，矿井水资源化是在解决煤炭产区严重缺水和矿井水污染环境这两个困扰煤炭行业难题的基础上提出的，是解决矿区水问题的最佳选择。实现矿井水的资源化，可大大缓解矿区生产和生活用水紧张问题，减轻该地区的供水压力，对煤炭工业生产和整个矿区环境的改善将起到巨大的推动作用，为矿区创造明显的经济效益。关键词：矿井水、资源化、工艺方法
2、1绪论1.1水资源背景水资源是人类生产和生活不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源。据水文地理学家估算，地球上的水资源总量约为14.5亿km3之多，其中海水约占97.2%，陆地淡水仅占2.8%，但陆地淡水资源中绝大部分是冰雪冰川，与人类生活最密切的江河、淡水湖和浅层地下水等淡水，仅占淡水储量的0.34%。由此可见，尽管地球上的水资源是丰富的，但可利用的淡水资源是极其有限的。随着人口的增长及工农业的发展，一方面水资源严重短缺，一方面水资源污染日益严重。目前全球有62个国家22亿人面临淡水不足，其中26个国家3亿人严重缺水。全世界约有11亿人未能喝上安全的饮用水，约有24亿人缺乏充足的用水
3、卫生设施，每年有300万到400万人死于和水有关的疾病。全国水资源总量约为2.8万亿m3，居世界第六位，但是我国人口众多，若按人均水资源量计算，人均占有量只有世界人均量的1/4，远远低于世界平均线，被列为全球13个人均水资源贫乏国家之一。我国缺水形势主要受地理气候等因素影响。我国降雨的时空分布极不均匀，南方多北方少，季节性很强，年际变化很大。降雨量自东向西逐步递减，年降雨量的70%到80%主要集中在汛期，非汛期时往往引起严重干旱。特别是北方大部分地区降雨量比较少，水资源十分紧缺，水资源短缺已经成为我国经济和社会发展的主要制约因素之一。目前缺水问题情况，大多靠超采地下水或者过度开发地表水来弥补，
4、以牺牲生态环境的方式来维持用水平衡，现在已经导致了地面沉降、海水入侵等一系列环境问题。另外近些年来，受全球气候变化和人类活动的影响，我国许多地区呈现出了新的水资源问题。特别是黄河流域，近几年来黄河不断出现断流这样严重的水资源问题。因此目前水环境的不断恶化更进一步加剧了水资源短缺的矛盾。1.2问题的提出及解决水问题的出路水是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线。随着人口和经济的增长，一方面人类对水的需求量和品质要求越来越高，另一方面，水污染的范围和程度也越来越大。这一对日益严重的矛盾已经成为制约社会经济环境可持续发展的主要因素。解决我国水问题的根本出路在于“以节水为本，强化统一管理”。1、以
5、节水为本，应全方位地节约利用水资源，发挥有限水资源的最大效益和潜力，在发展经济的同时逐步减少用水量，节约用水是关系到我国社会经济可持续发展的根本大计，应当将建立节水型社会作为一个奋斗目标。2、强化水资源统一管理，加强水资源保护防止污染，改变水资源管理的无序状态，建立健全相应的法规与制度，提高用水(节水)的科学管理水平。3、应通过多种途径开源，有计划地进行水利工程建设，建立新水源。根据不同情况，利用海水、苦咸地下水等高矿化水，搞好污水回用，扩大可利用水资源的范围。积极进行跨流域调水的规划与实施，以缓解缺水地区水的供需矛盾。4、改善生态环境，加强水体保护、水土保持，涵养水源，增加可利用水量。其中废
6、水回用是开辟新水源的有效途径之一。废水回用有很多优点，能节约宝贵的新鲜水，缓和工业与农业及工业与城市的用水矛后，实现“优质水优用，劣质水回用”的原则，减轻或避免了长距离输水问题。我国矿区用水越来越紧张，己严重制约了矿山生产和影响职工的日常生活。地面水源受到广泛污染，处理成本日益提高，而矿井水来源于地下水，矿井水污染程度轻，处理容易，成本低。而将提升上来的矿井水作为废水白白排掉，非常可惜，且矿一方还需缴纳排污费。抽用地下水需缴纳水资源费和提升费。而地下水的取用逐年增多，水资源费的征收标准也在逐步提高。国家现已开始实行污染物排放总量控制与收费，这种排与用的反差现象，将越来越突出。可见，矿井水回用是
7、矿区解决水问题的必走之路。矿井水是在矿井开拓、采掘过程中，渗入、滴入、淋入、流入、涌入、和溃入井巷或采掘工作面的任何水源。它的来源有大气降水、地表水、含水层水、断层水、老窑积水、岩溶水、和封闭不良钻孔水等。在煤矿开采过程中，各种水源与煤、岩层接触，发生一系列物理、化学和生化反应，产生的矿井水是煤炭生产过程中排放量最多的废水。据1993年统计，我国国有重点煤矿年排矿井水约22亿m3，平均吨煤涌水量约4.0m3。而且随着煤炭工业的发展，矿井水的排放量还将不断增多。长期以来，矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。这样不仅严重污染了水资源，而且造成了工业和生活用水短缺。现在随着科学的发展和人们环境保
8、护意识的提高，对矿井水也逐步有了新的认识，开始将矿井水作为种水资源加以处理利用，即矿井水资源化。矿井水的资源化是解决煤炭产区缺水和矿井水污染环境这两个困扰煤炭行业的难题上提出的，是解决这两个问题的最佳选择，可以达到社会、环境和经济三方面效益的统一。2我国煤矿矿区水资源状况2.1矿区水资源概况我国煤矿集中分布在区域缺水的北方和西北地区，许多煤矿区水资源短缺，其中约70%缺水，40%严重缺水。如缺水严重的大同矿区，人均水量只有全国人均水量的9%。又如2000年，准格尔矿区缺水40.64万m3/d，神府矿区缺水16.7万m3/d，东胜矿区缺水5.4万m3/d。因此煤矿矿区水资源短缺问题越来越严重。然
9、而，伴随煤矿区水资源短缺的同时，煤炭生产过程中却要排放出大量矿井水。矿井水成为煤炭工业具有行业特点的污染源，量大面广。我国煤炭系统，每年矿井水排放量约为45亿m3，随着煤炭工业的发展，排放量还必将不断增多。矿井水水质差异非常大。有的水质好，无须处理，即可达到生活饮用水卫生标准，更有甚者可达矿泉水要求。但是，更多的是含悬浮物、高矿化度、酸性、甚至含重金属和其他毒性物质的矿井水，如不加处理任意排放，会污染矿区环境，破坏矿区生态，影响矿区的生产和生活。轻者，淤塞河流、湖泊，破坏地表景观，抑制水生生物的生长与繁衍，使土壤板结或盐渍化；严重者，使地表水、浅层地下水和土壤产生毒性，通过食物链危害人体健康，
10、甚至导致严重的地方病。因此，煤矿矿区缺水和矿井排水污染已严重影响了煤矿区人民的生活，制约着经济的可持续发展。煤矿水资源的利用与保护问题，已经成为国家总体发展战略亟待解决的重大问题，矿井水资源化也已成为解决煤矿缺水和矿井排水污染的最佳选择。加强矿井排水的资源化处理和矿区地下水的资源化利用，加强煤矿区水资源尤其是地下水资源运移的系统研究，加强合理供排和科学管理已成为当务之急。2.2煤矿废水的来源按照目前我国煤矿企业生产和管理特征，煤矿生产排出的废水主要有矿井排水、洗煤废水、火药厂废水及矸石淋溶水等。下面主要讨论与煤炭产业关系密切的废水的主要来源。2.2.1矿井排水这类废水来源于煤矿建设和开采过程之
11、中。我国煤炭以地下开采为主，约占整个煤炭产量的97%。由于所采煤层一般在地下含水层之上下，在采煤过程中，为确保安全生产，必须排出大量的矿井涌水。据不完全统计，目前全国煤矿年排水约45亿m3。矿井水受开拓及采煤影响，含有大量煤粉、岩粉等悬浮物和微生物，颜色呈不同程度 的黑色；开采高硫煤层的矿井排水，由于硫铁矿等含硫化合物的氧化分解作用，呈现酸性，并含有大量的铁、铝和重金属离子等污染物；此外，有些矿井水含较高的盐、氟等污染物，少数矿井的排水还含有放射性污染物。2.2.2选煤废水煤矿生产的原煤均含有各种杂质，灰分和硫分高。为了除去这些杂质以提高煤的质量，节约运费，环境友好，需要对原煤进行洗选。选煤方
12、法有干法和湿法两类，我国绝大多数选煤厂采用湿法选煤。在湿法选煤工艺中，水是选煤介质，每洗选1t原煤用水量约为4.0m3，其中清水耗量为0.51.5 m3。当原煤经分级、脱泥、精选、脱水等作业分选成精煤时，由于煤的粉碎和泥化，产生一挂号信粒径小于0.5mm的煤粉，其中大部分进入产品煤带，但仍有不少部分与水混合在一起，成为煤泥水。原则上，煤泥水要求循环利用，但由于管理、操作和工艺等诸多原因，往往外排大量煤泥水，造成环境污染。2.2.3焦化厂废水目前，我国煤矿企业正在大力发展焦化产业。焦化厂主要是生产焦炭和煤气。焦化厂废水是在煤的高温干馏、煤气净化以及化工产品精制过程中产生的。其组成相当复杂，从色谱
13、图中初步显示含有几百种有机组分，其中含有高浓度的酚、多环芳烃及含氧、硫、氯等杂环化合物。此外，还含有大量的无机物，如氰、硫、硫氰根等阴离子，以及Si、Ca、Fe、Mg、Ge、Ga等化合物。所以，焦化厂废水， 成分复杂，浓度高，毒性大。2.2.4煤气发生站废水煤炭气化是弱粘煤或不粘煤等在高温下与气化剂反应，使煤炭中的可燃物转化为可燃气体的过程。气化时所获得的可燃气体称为气化煤气。煤气由于输送方便、燃烧热值高、使用方便、清洁等优点而得到广泛利用。煤气发生站废水主要来自煤气炉粗煤所中水蒸气的冷凝水。水蒸气主要来自：1、原煤中的含水在炉内被蒸发而进入粗煤气中；2、原煤中的一些有机物被氧化或燃烧生成的热
14、解水；3、作为气化剂或为了控制炉内反应温度向炉内通入过量水蒸气，其中62%63%未被分解的水蒸气进入粗煤气中；4、生产过程中，一些副产水蒸气未被回收而进入精煤气中。所以，煤气发生站废水成分很复杂，不但存在着大量的悬浮固体和水溶性无机化合物，如氨、H2S、CO2、SO2、氰化物；而且含有大量的酚类化合物、苯及其衍生物，如吡啶等有机物，其危害性大。2.2.5矿区生活污水矿区生活污水主要是指矿区居民生活活动产生的污水，还包括煤矿工人升井后洗浴污水、大气降水等。从本质上讲，矿区生活污水与城市污水没有根本区别，主要污染物有有机污染物，如蛋白质、脂肪和糖类等；还有洗涤剂及病原微生物和寄生虫卵等。由于煤矿大
15、多数位于农村不发达山区，生活条件相对较差，同时大量洗浴污水排入，因此使矿区生活废水中有机物浓度相对降低，但却含有较高的悬浮物。2.2.6医院污水目前，我国煤矿均设有煤矿医院，大部分规模不大，主要治疗一些常见的疾病和对突发性事件的临时治疗，用水量比一般城市大医院要少得多。其排水中含有多种病菌、病毒、寄生虫和些有害、有毒物质。这些病菌、病毒和寄生虫卵在环境中具有一定的抵抗力，有的在污水中存活时间较长。所以，医院污水具有较大的危害性。2.2.7其他废水煤矿其他废水包括一些小型化工厂废水，如TNT炸药生产厂废水、生产混凝剂工厂废水、煤矸石电厂冲灰水及煤矸石堆的冲矸和淋溶水等。2.3矿井涌水情况我国矿井
16、水主要来自于奥陶及寒武系灰岩水、煤系灰岩水、煤系砂岩裂隙水、第四系冲积层水等。矿井涌水量大小取决于矿区地下水的补给、径流、排泄条件、开采方法、开采深度和开采范围等。东北大部分矿井涌水主要来自于第四系冲积层水和二叠系砂岩裂隙水，一般矿井吨煤涌水量在23m3之间，矿井涌水量由东向西有逐渐减少的趋势，东部的珲春矿区吨煤涌水量高达14.5m3，西部有些矿区吨煤涌水量减至0.66m3。随着开采深度的增加，矿井涌水量呈减少趋势。华北、华东大部分矿区矿井涌水主要来自于奥陶及寒武系灰岩水、石炭系灰岩水和二叠系砂岩裂隙水，涌水量一般较大，吨煤涌水量在310m3之间。峰峰、淄博等矿区煤矿吨煤涌水量在10m3以上，焦作矿区平均吨煤涌水量竟达66.3m3。西北的新疆、甘肃、宁夏、陕西中部、内蒙古西部地区，矿井大部分地处高原、山丘及沙漠戈壁边缘，海拔在8002000m，最高达3000m
