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我国现阶段矿井水资源化综合利用体系与技术创新简述
《煤炭科学技术》 何绪文 / 时间:2018-11-23 10:39:58

  据煤炭科学技术微信公众平台2018年11月12日讯 在煤炭企业经济发展中,需要树立“矿区与周边环境是一个生命共同体”的理念,对矿井水进行无害化处理及资源化利用,激发矿井水所蕴含的巨大环境和社会效益。
  近年来,生态环境保护受到了国家、企业及社会的广泛关注,新一届政府提出了“两山论”、“山水林田湖是一个生命共同体”、“治水十六字方针”等新发展、新理念,对促进生态文明与美丽中国建设提供理论支撑。
  据统计,我国开采1吨煤炭约产生2.1吨矿井水,每年产生矿井水约70亿吨,矿井水利用率60%左右。根据矿井水所含污染物特征,一般将其分为洁净矿井水、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。
  近年来,国内外学者在矿井水处理方面开展大量研究工作。但矿井水处理技术仍存在短板,主要表现在三个方面。
  (1)涌水量预测。现常用涌水量预测方法过多考虑影响矿井涌水量的水动力条件和求解方法的精确性,很少考虑过水通道结构、性质、形成条件、出现的位置和时间等重要因素,也没有将矿井涌水发生的时间、地点与采掘工程的进展有机的结合起来。
  (2)高效分离设备与井下处理技术研究不足。井下矿井水处理相关工艺设计参数、运行参数与工艺控制条件等基础数据依旧不足,大部分实际工程均处于试点阶段,距离大规模的应用还需做更多工作。
  (3)含特殊污染物矿井水的处理。由于含特殊污染物矿井水的形成过程各异,导致对于此种矿井水的处理缺乏普适性的工艺方案。
  矿井水资源化利用新模式
  1. 分质供水、梯级利用工艺
  此工艺为各矿区矿井水处理与资源化利用的常规工艺,适用于以去除悬浮物为主要对象的矿井水。


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分质供水、梯级利用典型工艺流程


  由于我国现有矿井中约60%的矿井水需解决水中悬浮物的污染问题,而此工艺具有流程简单、配置灵活、易于管理、运行成本较低等优点,并经过多年不断发展,相关理论与技术均较成熟,实际应用中具有相当的普适性,是矿井水处理中的经典工艺。
  2. 井下处理、就地复用工艺
  矿井水经废弃巷道预沉淀后,混凝沉淀去除悬浮物,最后经过滤后进入清水池。处理后的水可用于井下的乳液配制、防尘与冷却用水。混凝沉淀所产生的泥浆经板框压滤机脱水后可与煤一起抬升至地面外运。


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井下处理、就地复用典型工艺流程


  该工艺要求下水处理设备亦要具有安全等级高,智能化水平强,鲁棒性好等特点。
  3. 高品质按需供水工艺
  此模式是模式1,2的深度处理,需要重点解决反渗透浓水的处理问题。


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高品质按需供水典型工艺流程


  矿井水经地面处理工艺或井下处理工艺去除悬浮物和特殊污染物后,经过反渗透装置去除水中大部分的阴阳离子,达到除盐的效果,以供对水中离子含量控制严格的用户使用。
  4. 矿井水废水零排放工艺


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高矿化度矿井水零排放工艺流程


  此模式更适用于环境容量低、生态承载力差的生态脆弱地区以及环保要求高的无排放地区,可通过综合考虑煤电煤化工产业链用水耦合与蒸发结晶来达到零排放的目的。目前此技术仍需建设更多示范工程,并进行更详细的技术经济评估。
  矿井水资源化利用新技术
  1. 矿井水资源化、生态化利用技术体系


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矿井水资源化、生态化利用技术体系


  该体系基本囊括了矿井水回用的所有可能途径,可满足不同单位的用水需求。但在现有的矿井水回用报道和实际工程中,Ⅰ分质供水、梯级利用和Ⅲ 农业供水均已取得了较为广泛的应用,Ⅱ安全、卫生供水和Ⅳ生态供水和超净排放应用较为薄弱,仍需加强相关研发与实践。
  2. 酸性矿井水处理技术
  轻烧镁粉中和法。轻烧镁粉来源于尾矿,具有相当大的成本优势。轻烧镁粉的主要成分是活化氧化镁,氧化镁在与矿井水中酸性物质反应的过程中,即使投加量过大,溶液的pH值也不会超过9。用氧化镁中和酸性矿井水,废水中某些金属离子亦会形成沉淀。所生成的沉淀大而密实,很容易沉淀、澄清和过滤,可以有效减少泥浆体积,降低处理成本。
  高浓度泥浆法。该方法将浓密池中沉积的部分底浆返回反应池,提高了石灰的利用效率,降低了石灰的消耗量。同时,由于泥浆中固体颗粒物浓度较大,可提高颗粒物之间的碰撞概率,加快了沉降和分离的速度。
  3. 相互冲洗滤池
  中国煤炭科工集团杭州研究院设计研发了一种新型相互冲洗滤池,该滤池一般由多个密闭的滤格组成,采用压力式进出水,保证了过滤和反冲洗时所需要的水压。该滤池不需要上部体积很大的冲洗水箱。相互冲洗滤池内外部结构简单,检修维护工作量小,特别适合于中、小处理规模且空间狭小的场所,尤其适合煤矿井下巷道断面尺寸和工作环境。
  荣伟国使用相互冲洗滤池处理济宁三号煤矿矿井水,出水可满足MT 76- 2002《煤矿企业矿山支护标准—液压支架(柱)用乳化油、浓缩物及其高含水液压液》中,配置乳化液用水水质要求,同时满足防尘洒水和设备冷却用水要求。
  4. TDS处理工艺中RO浓水利用技术


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TDS处理工艺中RO浓水利用


  RO浓水去除Ca 2+ 、Mg 2+等硬度离子后可作为选煤用水。RO浓水还可调制水煤浆,水煤浆作为气化原料,既可用于生产化工产品,如合成氨、二甲醚等,还可用于煤制油、煤制气、联合循环发电(IGCC)及以煤气化为基础的多联产等领域。RO浓水经蒸发结晶与分盐结晶后还可产出工业盐。
  编辑概况
  何绪文,工学博士,教授,博士生导师,现任化学与环境工程学院副院长;中国矿业大学(北京)水污染控制工程研究所所长。生态环境部应急事故处理专家;中国煤炭工业协会矿区环境保护专家委员会委员;中国煤炭协会选煤分会常务理事;中国煤炭学会环境保护专业委员会委员;高浓度难降解有机废水处理技术国家实验室技术委员会委员。
  近年来作为科研项目负责人承担了国家水体污染控制与治理科技重大专项4项、国家“863”项目3项、国家自然科学基金项目2项、国家发改委项目1项、国家科技部项目1项、教育部科学技术研究重点项目1项、北京市科技计划项目2项、北京市科委项目1项、北京市自然科学基金项目2项、环保公益项目10项、国际交流合作项目3项、横向项目几十余项。发表论文200余篇,申请专利20余项,2009年获得煤炭工业协会科学技术奖二等奖,2013年获得环保部环境保护科学技术奖二等奖。

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