礦床開采破壞了地下水原始賦存狀態并產生了裂隙,密切了大氣降水、地表水、地下水和生活用水,各含水層之間的水力聯系,使各種水沿著原有的和新裂隙滲入井下采掘空間形成礦井水。
礦井水的處理技術
目前我國按照對環境影響以及作為生活飲用水水源的可行性,習慣上將礦井水按水質類型特征分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和含有毒有害元素或放射性元素礦井水五類。不同的礦井水采取不同的處理方法。
1.潔凈礦井水
多指礦區煤系地層中的奧灰水、砂巖裂隙水、第四紀沖積層水及老空積水。這種水質中性,低濁度,低礦化度,有毒有害元素含量很低,基本符合生活飲用水標準,可設專用輸水管道給予利用,作生活飲用水時需進行消毒處理。太原市古交礦井在開采過程中穿過第四紀河谷沖積層,就遇到這種水,古交礦直接供全礦生產和生活使用。
2.含懸浮物礦井水
這種水中含有較多煤粒、巖、粉、等懸浮物,一般呈黑色,但其總硬度和礦化度并不高。懸浮物的主要特性是在動水中呈懸浮狀態,但在靜水中可以分離出來,輕的上浮,重的下沉。根據懸浮物的特性,對工業用水凈化處理常用的主要方法有混凝、沉淀。混凝是水處理工藝中十分重要的環節。選用混凝劑的原則是產生大、重、強的礬花,凈水效果好,對水質沒有不良影響,價格便宜,貨源充足。常用的混凝劑為鋁鹽和鐵鹽混凝劑。混合過程是讓藥劑迅速而均勻地分散到水中,應在盡量短的時間內與原水均勻混合,使水中的全部膠體雜質都能和藥劑發生作用。原水加混凝劑后,經過混合作用,水中膠體雜質凝聚成較大的礬花顆粒,在沉淀池中去除。在經過快濾和消毒處理后也可達到飲用水標準。山西很多煤礦的井下排水屬這類礦井水。
3.高礦化度礦井水
礦化度無機鹽總含量大于1000mg/L的礦井水。主要含有S0i2-、CI-1、Ca2+、K+、Na+等離子。硬度相應較高,水質多數呈中性或偏堿,帶苦澀味,少數有酸性。高礦化度礦井水不利于作物生長,會使土壤鹽漬化。用作鍋爐用水,容易結垢。作建筑用水,會影響混凝土質量。人們長期飲用,將引起腹瀉和消化不良,尤其對心臟和腎臟病患者影響更嚴重。我國北方缺水礦區的礦井水往往屬于高礦度礦井水,有必要通過凈化和淡化工藝處理成為飲用水和生產用水。當前高礦化度礦井水采用以下處理方法。
4.化學方法
離子交換法是化學脫鹽的主要方法,這是一種比較簡單的方法,就是利用陰陽離子交換劑去除水中的離子,以降低水的含鹽量。
5.膜分離法
反滲透和電滲析脫鹽技術均屬于膜分離技術,是我國目前苦咸水脫鹽淡化處理的主要方法。
(1)反滲透法。反滲透法是借助于半透膜在壓力作用下進行物質分離的方法。可有效地去除無機鹽類、低分子有機物、病毒和細菌等,適用于含鹽量大于4000mg/L的水的脫鹽處理。
(2)電滲析法。在直流電場作用下,利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性,而使溶液中的溶質與水分離的一種物理化學過程。
酸性礦井水
水質特征為pH值小于5.5的礦井水,一般為3~3.5,個別小于3,總酸度高。當開采含硫煤層時,硫受到氧化與生化作用產生硫酸,酸性水易溶解煤及其圍巖中的金屬元素,故鐵、錳重金屬以及無機鹽類增加,使礦化度、硬度升高。酸性水在我國南方高硫礦區比較常見。酸性水容易腐蝕礦井設備與排水管路,并且危害工人健康。如果抽排至地面,會影響土壤酸堿度,導致土壤板結和作物枯萎,而且使地表水酸度上升,間接的影響了水生生物的生存。對環境與生態會造成重大的損害,因此必須進行治理達標后外排,其處理的方法有以下幾種。
1.物理化學法(中和法)
(1)石灰石中和法。采用石灰石作中和劑與酸性水中硫酸中和反應,產生微溶硫酸鈣和易分解的碳酸,從而降低酸度。
(2)石灰中和法。石灰的主要化學成分是CaO,當用水調配成石灰乳,則形成熟石灰Ca(OH)2,熟石灰與酸性水中的H2SO4反應。
(3)石灰石.石灰聯合中和法。該工藝第一階段選用石灰石滾筒法中和,消耗酸性礦井水中絕大部分游離H2SO4,使酸性水的pH值接近于6;然后在第二階段再投加石灰中和處理,使水的pH值進一步提高,達到8左右,這時Fe2水解產生沉淀,形成絮狀物,起到混凝作用,有利于懸浮固體去除。
2.生物化學方法(微生物法)
該方法是目前國內外研究比較多的處理方法,在美國、日本等國家已進行了實際應用。其原理是利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將水中的Fe2+氧化成Fe3+,以實現酸性礦井水的除鐵。氧化亞鐵硫桿菌能從Fe2+的氧化反應中獲取自身生存和繁殖所需的能量,無須加任何營養液。
中國是一個礦產資源大國,礦產開采和利用對水資源的破壞相當嚴重,酸性礦井水的處理是眾多礦山企業面臨的主要環境和生態問題。人工濕地作為一種有效的酸性礦井水處理方法,在中國的應用將越來越廣泛,其作用將越來越大。
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