1高礦化度礦井水的形成與危害

    高礦化度礦井水一般是指含鹽量大于1000ng/L的礦井水。據不完全統計，我國煤礦高礦化度礦井水的含鹽量一般在1000～3000mg/L，少量礦井的礦井水含鹽量達4000mg/L以上。這類礦井水的水質多數呈中性或偏堿性，且帶苦澀味，因此也稱苦咸水。因這類礦井水的含鹽量主要來源于Ca2+，Mg2+，Na+，K+，SO42-，HCO3-，Cl-等離子，所以硬度往往較高。

    產生高礦化度礦井水的主要原因：由于我國部分地區降雨量少，蒸發量大，氣候干旱，蒸發濃縮強烈，而地層中鹽分增高，地下水補給、徑流、排泄條件差，使地下水本身礦化度較高，所以礦井水的礦化度也高;當煤系地層中含有大量碳酸鹽類巖層及硫酸鹽薄層時，礦井水隨煤層開采，與地下水廣泛接觸，加劇可溶性礦物溶解，使礦井水中的Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO3-，CO32-增加;當開采高硫煤層時因硫化物氣化產生游離酸，游離酸再同碳酸鹽礦物、堿性物質發生中和反應，使礦井水中Ca2+，Mg2+，SO42-等離子增加;有些地區是由于地下咸水侵入煤田，使礦井水呈高礦化度水。

    高礦化度礦井水如果不經過處理就直接排放，會給生態環境帶來一定的危害。主要表現為河流水含鹽量上升、淺層地下水位抬高、土壤滋生鹽堿化、不耐鹽堿類林木種勢削弱，農作物減產等。同時還影響地區的工業生產，因為許多工業生產不能用高含鹽量的水，若用則必須先降低水中含鹽量，這樣就會增加成本。若是不用而改用地下水，會造成地下水的大量開采，造成地下水資源的短缺，會嚴重影響本區的經濟發展。

    2高礦化度礦井水的處理技術

    2.1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。此法用在進水含鹽量小于500mg/L時比較經濟，可用作高礦化度水經膜分離法處理的進一步除鹽工序。

  2.2膜分離法

    膜分離方法是利用選擇性透過膜分離介質，當膜兩側存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差)時，使溶劑(通常是水)與溶質或微粒分離的方法。

    膜分離法的主要特點：低耗、高效、不發生相變、常溫進行、適用范圍廣、裝置簡單、易操作和易控制等。而膜法水處理則具有適應性強、效率高、占地面積小、運行經濟的特點。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。但是膜分離法的一個主要問題是膜易污染，為了防止膜污染，一般這兩種技術對進水水質均有嚴格的要求。因此進水必須經過一般的預處理，即經過沉淀、過濾、吸附和消毒等幾個步驟方可。

    2.2.1反滲透法

    反滲透(簡稱RO)技術發源于國外20世紀五六十年代的宇航技術研究，80年代初在我國得到實際應用。進入20世紀90年代后，隨著反滲透膜性能的提高和膜制造成本的降低，進一步加快了反滲透的應用。經過近40a的不懈努力，反滲透技術已經取得了令人矚目的進展。反滲透技術是利用壓力差——各種離子、分子、有機物、膠體、細菌、病毒、熱源等，是當今世界公認的高效、低耗、無污染水處理新技術，適用于含鹽量大于4000mg/L的水的脫鹽處理。目前反滲透膜與組件的生產已經相當成熟，膜的脫鹽率高于99.3%，透水通量增加，抗污染和抗氧化能力不斷提高，銷售價格穩中有降;反滲透的給水預處理工藝經過多年摸索，基本可保證膜組件的安全運行;高壓泵和能量回收裝置的效率也在不斷提高。以上措施使得反滲透淡化的投資費用不斷降低，淡化水的成本明顯降低。

    與常規的水處理技術如離子交換、加藥、電滲析相比，反滲透裝置特點為單位體積內膜面積比大，脫鹽離高達99%以上;在分離過程中無相變化及相變化引起的化學反應，能耗低;膜分離過程是清潔的生產過程，不使用化學試劑，不排放再生廢液，不污染環境;工藝流程簡單，有利于實現水處理的連續化、自動化;反滲透裝置結構緊湊，占地面積小，適應大規模連續供水的水處理系統;水的回收率比電滲析高，一般為75%～80%。

    但是，在反滲透運行過程中，除了對原水進行嚴格處理外，還要控制進水pH值，以防止膜的水解，同時要定期清洗膜組件，以避免膜表面污染和結垢阻塞。

    2.2.2電滲析法

    電滲析法(ED)是一種利用電能來進行膜分離的方法。電滲析是在直流電場作用下，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。電滲析法除鹽以兩個條件為基本：一是離子的帶電性。水中離子是帶電的，在直流電場中，陰、陽離子作定向遷移，根據同性相斥、異性相吸的原則，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。二是離子交換具有選擇透過性。離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，離子交換膜是一種由高分子材料制成的具有離子交換基團的薄膜，分為陽膜和陰膜兩類，陽膜只允許水中的陽離子透過，阻擋陰離子，而陰膜只允許水中的陰離子透過而阻擋陽離子。良好的離子交換膜應具備下列各種條件：①具有較高的離子選擇透過性;②具有低的滲水性;③具有較低的膜電阻;④化學穩定性良好，能耐高濃度的酸堿和一定的溫度;⑤具有高的機械強度和適當的厚度;⑥膜的全部結構應均勻一致，表面光滑。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

  電滲析技術具有無需任何化學藥品，且設備及其組裝工藝簡單、操作方便等優點。我國有數十家煤礦相繼采用了這一技術，均取得了較好的脫鹽效果。但這一技術也暴露一些缺點，如：①對原水的預處理要求較高;②電耗較大，易結垢和膜壽命短;③電滲析本體由塑料件組成，因此塑料老化成為增加電滲析維修費用的因素;④電滲析操作電流、電壓直接受原水水質、水量的影響，過程穩定性差，容易出現惡性化。

    2.3蒸餾淡化法

    蒸餾法是對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理的有效方法。此法以消耗熱能為代價，一般適用于含鹽量超過3000mg/L礦井水的處理。1957年英國學者R.S.SILVER發明了多級閃蒸(MSF)脫鹽方法，當時，它在降低能耗及防垢問題方面有獨到的優越性，因而自其誕生之日起，發展非常迅速，成為脫鹽的一種重要方法。多效蒸餾法(MED)歷史比較悠久，變化較為劇烈，至今具有商業價值的脫鹽技術有豎管蒸餾(VT-MED)和水平管蒸餾(HT-MED)。隨后在兩種方法的基礎上又發展到多效多級閃級蒸發(MEMS)，它改善了MSF和MED的性能，具有重復利用二次蒸汽的潛熱，即能使熱量經濟利用，又避免了嚴重的結垢現象，大幅度地提高造水比。

    蒸餾法與其他處理方法不同，其最大的弱點是高能消耗，這也成為阻礙其推廣的主要原因。但其有獨特的優點：①由于這種方法是依靠能源加熱原水，經蒸發提取淡水，故不需任何化學藥品或離子分離膜;②適應原水的含鹽量的范圍廣，含鹽數百～數萬mg/L的礦井水均可處理，這一點是其他方法不能比擬的;③對原水的預處理要求低，只需進行普通預處理懸浮物即可;④由于蒸餾法得到的是蒸餾水，故水質品質高;⑤淡化率較高。

    雖然蒸餾法有高能消耗的弱點，但是其可以在煤礦廣泛推廣。若是在煤礦區利用煤矸石和低熱值煤作燃料，用蒸餾法處理高礦化度礦井水，有幾個好處：一可以加速煤矸石的利用程度，減少占用土地和征地費用;二是可以消除礦區煤矸石污染源，有利于改善礦區大氣環境質量、水環境質量和土壤環境質量;三是可以變廢為寶，大大降低高礦化度礦井水的處理費用;四是燃燒后的煤矸石仍然可作建筑材料和水泥拌料。

    3結語

    高礦化度礦井水處理是一項較為復雜的系統工程，涉及范圍廣，影響因素多，投資大。從以上各種處理工藝及運行結果來看，用蒸餾法淡化苦咸水，可以充分利用煤礦充裕的低值能源，處理同等規模的苦咸水水量時，投資大體與電滲析相當，但運行費用要低于電滲析，在煤礦處理高礦化度礦井水方面具有廣泛的前景;反滲透技術優越的價格性能比在煤礦苦咸水淡化中將發揮其更大的作用，無論出水水質、電耗、脫鹽效率、占地面積、自動化程度都是其它工藝所無法比的，但由于一次性投資較大，在目前的煤礦經濟條件下，還不可能廣泛推廣應用。電滲析技術是目前處理高礦化度礦井水較為成熟也較為經濟的一種方法，雖然還存在一些問題，但還是使用最廣泛的一種技術，我國目前處理高礦化度礦井水大多使用電滲析技術。

    總之，高礦化度礦井水的處理方法已經相對成熟，但是各種方法都有一些缺點，且處理成本較高，因此，研究高礦化度礦井水處理技術的新方法，并降低處理成本，是礦井水處理技術今后研究的一個重要課題。