陕北煤矿区矿井水资源化及综合利用研究姬亚东(煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安710054)
[摘 要] 阐述了陕北煤矿区矿井水开发利用中存在的问题,分析了矿井水的水质特征,探讨了矿井水资源化的处理技术、综合利用途径以及进一步提高矿井水资源综合利用的措施。陕北煤矿区矿井水的资源化和综合利用具有显著的经济、社会和环境效益,是缓解其水资源用水矛盾、建立资源节约型矿区的必然选择。[关键词] 陕北煤矿区;矿井水资源;综合利用[中图分类号] P64114+61 [文献标识码] A [文章编号] 1004-1184(2009)01-0084-03
[收稿日期] 2008-10-30[作者简介] 姬亚东(1976-),男,陕西米脂人,博士,主要从事区域水文地质及矿井水害防治方面的研究工作。
StudyonComprehensiveUtilizationofCoalMineWaterResourcesintheCoalMineareaofNorthShaanxiJIYa-dongAbstract:Thearticledescribessomeexistingproblemsduringexploitationandutilizationofcoalminewater,andanalyzesqualitycharacteristicsofcoalminewater,discussestreatmenttechnologiesandcomprehensiveutilizationwaysandmeasuresfurtherimprovingcomprehensiveutilizationofcoalminewaterresources.Comprehensiveutilizationofcoalminewaterresourceshaveobviouslyeconomicandsocialandenvironmentalbenefits,andisaninevitablechoiceforeasingcontradictionofusingwaterandconstructionofresource-savingminingareainthecoalmineareaofnorthShaanxi.Keywords:coalmineareaofnorthShaanxi,coalminewaterresourcesandcomprehensiveutilization
0 前言陕北煤矿区地处陕西北部,煤炭储量大,埋藏浅,
开采条件相对简单,是我国建设的世界级特大型煤炭生产基地。但这一地区又属干旱、半干旱大陆气候区,
水资源相对贫乏、生态环境脆弱,水资源和煤炭资源极不平衡。第四系萨拉乌苏组地下含水层水量相对丰富,是当地主要供水水源。由于该含水层直接覆盖于含煤地层上部,煤炭开采将使其大量地下水渗漏到矿井中,一方面,随着煤炭资源的大量开采,缺水现象日趋严重,导致矿区工农业生产和生活用水紧张;另一方面,矿井水如果得不到很好利用,大量的矿井水被白白的排放掉,这样既浪费宝贵的水资源,又可能污染环境,甚至会破坏生态平衡。因此,对矿井水进行处理并加以综合利用,既可防止水资源流失,避免对水环境造成污染,又可缓解矿区供水不足的局面,是建立资源节约型矿区的最佳选择之一,也直接关系到陕北煤炭资源的可持续开发利用。1 矿井水开发利用中存在的问题近年来,随着陕北煤炭工业的快速发展,对水资源的需求越来越高,矿井水利用量在逐渐扩大,利用技术水平也有了较大提高,这些都促进了陕北煤矿区利用矿井水的积极性。如神东矿区已建和再建的井下污水处理厂共有七个,出水水质均能满足井下防尘、消防、地面洗煤、电厂冷却循环、绿化以及冲厕等一般性水质用途,目前总处理能力在60000m3～80000m3/d。但从总体上来说,陕北煤矿区矿井水综合利用仍维持在
48
2009年1月第31卷 第1期 地下水Groundwater Jan1,2009Vol131 NO11一个较低水平,矿井水开发利用中主要存在以下问题:①矿井水资源利用不充分,水平低。有些矿的矿井水甚至没有被利用就直接排放掉(尤其是中小型煤矿),有些矿的矿井水经选矿后一次排出,水的重复利用率较低;②矿井水深加工处理能力差。有些矿的矿井水利用从大面上看利用率较高,但大多是在低水平的一次性利用,重复利用和循环利用率不高;③矿井水设计处理能力小,与矿井排水量不相适应,致使矿井水得不到全部处理,或即使全部处理也达不到用水或排放要求。2 矿井水资源化的处理技术2.1 矿井水水质特征通过对陕北神东矿区上湾、大柳塔、哈拉沟、补连塔、石圪台、活鸡兔等煤矿以及榆林的黑龙沟煤矿矿井水水质资料[1][2]的收集分析,根据矿井水质情况,从矿井水资源化的角度出发,矿井水分为两种类型:①洁净矿井水,即没有被污染的地下水,水质基本符合生活饮用水标准,经过澄清、过滤、消毒处理即可饮用;②受污染的矿井水。矿井水的主要超标项是色度、浊度、悬浮物、油类、BOD、COD5和硫化物等,而pH值、矿化度、硫酸根等指标与地下水水质分析相应指标略有升高,但不超标,矿井水水质总体上呈现出悬浮物升高和有机物污染的特征,这与我国其它矿区矿井水的污染特点大体一致。按目前的技术条件,这些超标项目的污染物均比较容易得到处理,这对陕北煤矿区矿井水资源化是十分有利的。2.2 矿井水资源化的处理技术目前,国内外对矿井水处理技术都已经达到了较高的水平,根据其水质和出水用途的不同,国内矿井水处理主要采用以下工艺[3]:一、混凝(絮凝)、沉淀(澄清)工艺,实现矿井水无害化处理后,达标排放;二、混凝(絮凝)、沉淀(澄清)、过滤、杀菌处理工艺将矿井水净化处理后作为工业或生活用水;三、净化处理后的高矿化度矿井水,采用反渗透等膜技术处理进行脱盐淡化,使其达到工业和生活用水标准后回用。通过对陕北煤矿区矿井水处理工艺收集资料进行分析可知,根据上述矿井水水质特点,陕北煤矿区矿井水处理一般采用如下技术:1)清污分流技术有些矿将井下未被污染的洁净矿井水与其他受污染的含悬浮物较多的矿井水分开,单独排至地面,直接用于生产和生活饮用水。如神东矿区乌兰木伦矿地面强排孔工程:井下(清)水由地面强排孔排入地面净水厂的供水管道,经净水厂净化处理后进入供水管网,供水能力达到4000m
3
/d;再如大柳塔井下净水工程:它
充分利用井下采空区的蓄水能力,将所蓄清水在井下经过澄清、过滤、消毒处理后,供入矿区自来水主管网,
设计处理能力达10000m
3
/d,大大地缓解了矿区用水
紧张的局面。2)地面净化处理技术
陕北多数大中型煤矿在地面都用矿井污水处理厂,将受到污染的含悬浮物较多的矿井水在井下水仓汇集后排至地面进行净化处理,根据受污染的矿井水水质特点,主要去除色度、浊度、悬浮物、BOD、COD和硫化物等污染物,有些净化处理后达标排放,有些再经过过滤、杀菌处理后回用工业和生活。根据对大柳塔矿、活鸡兔矿等井下水处理厂处理工艺综合分析,陕北煤矿区矿井水一般处理工艺流程如图1:
3)新处理技术的研究
由上分析可知,陕北煤矿区矿井水处理技术应用的是非常成熟的处理技术。但是,现在仍然有许多学者在继续研究新的矿井水处理技术,目的是寻找更为经济合理的处理方法,使经济效益最大化。有的学者[1][2][4]通过试验研究,提出利用自然净化方式处理陕北煤矿区矿井水:由于陕北煤矿区地表广泛覆盖中、细风积砂层及萨拉乌苏组细砂层,考虑到风积砂具有很强的吸附和过滤功能,同时从因地制宜、就地取材和降低成本的角度考虑,选择合适的地理条件将矿井水直接排放到风积砂层中,利用风积砂吸附过滤悬浮物或有机质强的特点,使矿井水自然净化后达到排放或利用标准,这既能减少矿井水资源化的投资、又可避免浪费宝贵的水资源。同时提出在选择矿井水排放场地时,要充分考虑对环境的影响及水资源利用问题,避免造成新的环境污染。
58
第31卷 第1期 地下水 2009年1月3 矿井水资源综合利用3.1 综合利用的途径陕北煤矿区矿井水净化处理后一般主要回用于矿区本身,综合利用途径十分广泛,主要有四个方面:即煤炭生产过程用水、矿区生活用水、生态环境用水和农业等其它用途用水,具体利用途径见图2。矿井水的利用应坚持先井下,后井上,先工业后生态、生活、最后为农业的原则。另外,具体矿区矿井水综合利用应视具体情况区别对待。1)工业用水矿区工业用水一般对水质要求较低,矿井水经过简单净化处理后即可满足要求。工业用水主要可以用于以下几个方面:井下灌浆、灭火、除尘和防暴,锅炉用水(需要做专门处理)、洗煤厂、电厂及其它附属企业生产用水(需要深度处理)。2)生态环境用水矿井水经过简单净化处理后即可满足生态环境用水要求。生态环境用水主要可以用于以下几个方面:园林绿化(需要深度处理)、道路洒水、景观(喷泉等)用水。3)生活用水经过对矿井水深度净化处理后,如果达到国家饮用水水质标准,可以作为饮用水直接供应矿区用户,弥补自来水供应的不足。如食堂、洗浴、洗衣房等。4)农业用水经过对矿井水深度净化处理后,用于农业灌溉。3.2 提高矿井水资源综合利用的措施图2 矿井水综合利用途经虽然陕北煤矿区矿井水得到了一定程度的综合利用,但是要建设资源节约型、环境友好型矿区,就需要进一步采取措施,解决矿井水开发利用中存在的问题,加强矿井水的处理力度,提高矿井水的综合利用效率,建议采取如下措施。①高度重视矿井水资源化利用工作,根据矿井水排水量和水质特点,对现有矿井水处理设施工艺进行改造,提高处理能力和处理效果;②根据井下生产变化规律,强化清污分流,提高洁净矿井水的分流量,减轻矿井水处理设施的压力;③根据各用水环节的水质和水量要求,采取分质供水,选择不同的处理深度,降低运行费用;全局考虑整个矿区各种水源的用水情况,做到互相补给,物尽其用;④实行有偿供水机制,提高矿井水处理的经济效益。
4 效益分析陕北煤矿区矿井水资源化及综合利用,能有效地缓减水资源紧张局面,具有显著的经济、社会和环境效益。就经济效益而言,陕北煤矿区矿井水的综合利用增加了出售矿井水的水费收入,相应地降低了煤炭的开采成本,减少了水费、排污费、污水处理费的支出,随着矿井水的深化利用,其经济效益将更加显著。就社会效益而言,矿井水的综合利用,将有效地缓解矿区水资源紧张的问题,为煤炭产业的发展提供尽可能多的水源。同时为职工生活和矿区农业用水提供重要保证,对工农业生产发展和人民生活水平提高都有积极的作用。就环境效益而言,矿井水的综合利用,能从根本上解决矿井水对环境的污染问题,对防止水源枯竭,
维持地下水的良性循环,改善矿区生态环境,搞好矿区的环境保护工作有积极作用。
5 结论矿井水是一种宝贵的资源,实施矿井水资源和综合利用,对保护环境和节约水资源具有重要的意义,也是建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。陕北煤矿区在开发煤炭资源的同时,应更进一步地考虑处理和利用矿井水,使其发挥显著的经济、社会和环境效益,从而促进煤矿区社会经济的可持续发展。