矿井水和污水的行业现状和特点(cnshangu.com)
煤炭是我国重要的基础能源和原材料，在国民经济中具有重要的战略地位。在中国的一次能源结构中，煤炭占70%以上。建国57年来，共生产煤炭372×108多吨，为我国国民经济和社会发展做出了巨大贡献。在煤炭开采过程中，不可避免地要排放大量矿井水，破坏水资源。目前，我国煤矿矿井涌水量约为42亿m3，约占整个矿业(有色冶金、黄金、化工等矿山)的80%，利用率约为26%。中国大部分富煤地区都是缺水地区。十一五十三个煤炭基地中有十个是缺水地区。这些矿区缺水非常严重。很多煤矿生产用水非常短缺，甚至使用不合格的生产用水。水资源短缺严重制约了这些煤矿区的经济发展和人民生活水平的提高。
高浊度矿井水(cnshangu.com)现状及存在的问题
1.1高铁锰矿井水的水质特征
铁锰矿井主要是含铁、锰的地下水在地层中渗透形成的。矿井水中的铁和锰以二价铁或锰的形式存在。由于煤炭开采过程的影响，铁锰矿井水的水质不同于含铁锰的地下水。
1.2高铁锰矿井水利用现状
目前，天然锰砂在矿井水处理工程中主要用作除铁除锰的滤料，其成熟期至少为一个月。而且虽然对锰有一定的去除效果，但过滤后的出水仍然不能完全满足回用水的水质要求。
1.3高铁锰矿井水利用中存在的问题
参照地下水除铁除锰技术，煤炭行业含铁锰矿井水处理设计存在诸多问题。
2.1酸性矿井水的水质特征
不同地区酸性矿井水的理化性质差异较大，但共同的特点是PH值较低，一般在2 ~ 5之间。酸性矿井水是硫化物氧化产生的，主要是黄铁矿(FeS2)，所以水中Fe和SO42-的浓度很高。总铁含量一般在300 ~ 800 mg/L之间，部分矿井水超过1g/L，其中Fe2+含量一般在200 ~ 300 mg/L之间；二氧化硫含量从几百到几万毫克/升不等，有时高达15克/升，大大超过了饮用水250毫克/升的上限。在酸性水的演化过程中，围岩的溶解导致水中Ca2+、Mg2+离子增多，使水的总硬度变大。黄铁矿、煤和围岩中含有的重金属，如砷、锰、铜、锌、铅、镍、钴、镉等。，在酸性条件下也会溶于水，以毒性更大的离子存在。由于水中含有大量的煤粉以及采矿过程中人类活动的影响，酸性矿井水的COD值通常很高。
2.2酸性矿井水利用现状
我国对酸性矿井水的处理基本上采用中和化学法，加入碱性药剂或过滤中和石灰石和白云石。另外，人工湿地生态工程处理酸性矿井水是近年来迅速发展起来的一项处理技术，具有良好的推广前景。
2.3酸性矿井水利用中存在的问题
常用的中和设备复杂、噪音大、环境条件差、二次污染严重。反应产物CaSO4、Fe(OH)3与过量的石灰石混合，很难处理。
3.1高浊度矿井水的水质特征
(1)煤矿高浊度矿井水悬浮物含量高，感官性状差。
(2)煤矿高浊度矿井水粒径小，比重轻，沉降速度慢。
(3)煤矿高浊度矿井水混凝过程中难以形成矾花，沉淀效果差。
3.2高浊度矿井水利用现状
混凝剂通常用于高浊度矿井水的净化，矿井水处理中混凝剂的混合方式通常有水泵混合、管道混合器混合和机械混合，其中水泵混合较为常用。沉淀池或澄清池是矿井水净化的主要处理装置。沉淀池采用水平沉淀和斜管(板)沉淀，处理能耗低。但也存在处理设施面积大、沉淀污泥易堵塞、排泥不畅等缺点。机械加速澄清池和水力循环澄清池都是集混凝反应和沉淀过程于一体的水处理设施。水力循环澄清池具有能耗低、抗负荷冲击能力强、设施维护简单、操作方便等优点。加速澄清池占用机械面积小，但处理能耗和设备维护工作量大，实际应用中处理效果不如水力循环澄清池。
矿井水处理中常用的过滤设施有快速过滤器和重力无阀过滤器。快滤池的管道和阀门系统复杂，反冲洗操作复杂；重力式无阀滤池可自动反冲洗，操作简单，管理维护方便，但处理效果不稳定。通常，无烟煤和石英砂用于过滤器。
3.3高浊度矿井水利用中存在的问题
(1)矿井水中主要含有以煤尘为主的悬浮物，具有松散的矾花结构，加药后形成的沉降速度慢的特点。许多含悬浮物的矿井水处理工程投产后，设计水量和水质达不到设计要求，主要是由于平流或斜管沉淀池的反应不充分和表面负荷值不合理。
(2)不同煤矿的矿井水中悬浮物浓度差异较大，决定了投加混凝剂的种类和数量不同。由于混凝剂选择和投加不当，一些煤矿水处理后达不到预期效果。由于无法及时监测水质、处理流量、加药量、水池水位等，很多矿井水处理工程只有水泵和简单的加药装置。因此，矿井水处理后的水量和水质无法得到保证。
(3)煤矿井下生产使用的采掘机械需要乳化油和机油，油类物质进入矿井水。常规的混凝、斜管沉淀和过滤技术不能有效去除矿井水中的油类物质。
4.1高盐度矿井水的水质特征
高矿化度矿井水是地下水与煤系中的碳酸盐岩和硫酸盐岩接触，这些矿物溶解于水中的结果。矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-和SO42-增加，部分酸性矿井水被碳酸盐岩中和，导致矿化度升高。有些矿区气候干旱，年蒸发量远大于降水量，地层含盐量高，地下水含盐量也相应增加。少数矿区处于海水和矿井水的混合分布区，因此矿井水的盐度增加。
4.2高盐度矿井水利用现状
工程上以前常用电渗析，但电渗析不能去除水中的有机物和细菌，在高矿化度矿井水淡化工程中的应用因能耗高而受到限制。因此，在高矿化度矿井水脱盐中，原来的电渗析装置逐渐被反渗透装置取代。
4.3高盐度矿井水利用中的问题
反渗透膜污染是一个亟待解决的问题，严重影响了高盐度矿井水的处理和利用。
处理前后一般要求的水质(cnshangu.com)
聚丰环境推荐处理(cnshangu.com)简介及工艺流程
1.1.处理过程简介
1.1.1.调节预沉淀池。
矿井废水从井下抽到调节预沉淀池，废水储存在调节预沉淀池中，调节水量满足恒定涌水量的需要；另一方面，达到水中悬浮物初步沉淀的目的，大大降低水中悬浮物和后续处理单元的负荷。初沉池底部的污泥由行车刮泥机集中到一处，定期排放。
1.1.2.高密度沉淀器
高密度沉淀池是近年来出现的一种新型净水技术，其特点是体外污泥回流。该设备集机械混合混凝、机械强化絮凝和斜管沉淀分离于一体。在沉淀区末端设置回流泵，将活性污泥回流到絮凝反应区，大大提高了絮凝沉淀效果，在处理低温低浊水方面显示出明显的优势。
与其他絮凝沉淀反应器相比，高密度沉淀器具有以下优点:
A.使用合成高分子有机絮凝剂PAC和助凝剂PAM，使反应产生较大的明矾，污泥回流进一步增加明矾的密度和沉降性能，加快污泥和水的分离。沉淀后的出水水质较高，浊度一般在1NTU以内。
b、从慢速移动反应区到斜板沉淀区，矾花可以保持完整，产生的矾花颗粒大、密度高。
高效斜板沉淀能保证沉淀区有较高的上升速度，矾花絮凝能得到良好的沉淀。
d、混合、反应、沉淀一体化，结构紧凑，降低建设成本，节约土地。
1.1.3.多介质过滤+活性炭过滤
高密度沉淀池排出的上清液中含有极少量的细小悬浮固体。水流入中间水箱后由中间水箱提升泵依次抽到多介质过滤器和活性炭过滤器，废水中的细小悬浮物被进一步过滤，达到超滤进水水质要求。
多介质过滤器的主要原理是利用一种或几种过滤介质，使浊度较高的水在一定压力下通过一定厚度的颗粒或非颗粒材料，从而有效去除悬浮杂质，使水得到澄清。常用的过滤材料有石英砂、无烟煤、锰砂等。，主要用于水处理和除浊。本项目用于纯水预处理，出水浊度可达3度以下。还能去除水中的泥沙、悬浮物、胶体等有机物等杂质，减少对超滤膜元件的机械损伤和污染。
活性炭过滤器是一种罐式过滤设备。外壳一般为不锈钢或玻璃钢，内部填充活性炭，用于过滤水中的游离物质、微生物和一些重金属离子，能有效降低水的色度。活性炭过滤器是一种常用的水处理设备。作为水处理除盐系统的预处理，可以吸收前一级过滤无法去除的余氯，有效保证后期设备的使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是后期超滤膜、反渗透膜、离子交换树脂的游离残氧中毒污染。
过滤时间长了，过滤器的砂层表面会有更多的污泥，堵塞砂层，导致操作压力增大，过滤速度变慢，过滤级别变高；此时需要进行反洗处理。过滤后的清水由大容积反洗泵从下部泵入过滤器，并伴有高压空气体，进行气水混合反洗，使过滤器内的砂层疏松，使砂层膨胀。系统中的细小悬浮物随高速气流和水流脱离滤层，随水流从上部流出过滤器，排入调节池再次处理。在反冲洗过程结束时，过滤器恢复其原来的通量，并再次投入使用。
1.1.4.超滤
超滤水首先进入叠层过滤器，以保护超滤系统免受机械损伤。超滤系统采用外压膜组件，废水从膜丝外侧进入管内侧，以全容积过滤方式运行，产水全部进入超滤产水缓冲池。
超滤设置定期反洗，每20-40分钟反洗一次。通过UF反洗泵，超滤产水从UF膜产水侧进入，对膜表面的沉淀物进行短时间反向冲洗，恢复膜性能。
整个超滤系统设计为全自动，程序设定为正常过滤、气水反洗、在线化学清洗。反洗水可返回反洗水缓冲池进行再处理。超滤系统还配有离线化学清洗系统，可单独或成组清洗单个膜组件，膜组件无需从设备本体上拆卸。
超滤膜是一个网状分离过程。其过滤孔径范围为0.1 ~ 0.01 μm，在压力作用下，原料液中的溶剂和小颗粒通过膜成为透过液，而大于膜孔径的大分子和颗粒被膜阻挡和截留，形成浓缩液。一般超滤膜可以截留悬浮物、大分子胶体、蛋白质、粘土颗粒、细菌等。在溶液中分子量大于数千。
超滤膜因其优良的过滤性能被广泛应用于各种水处理系统中，在自来水处理系统中被广泛用于替代常规的预处理方法。超滤膜分离技术可以彻底去除胶体、细菌、微生物、悬浮物等。出水的SS可达到0.1ppm以下，污染指数(SDI)可小于3。
水处理用超滤膜一般采用介质空纤维结构，如下图。为了避免过多的污染物堵塞通道和积累，一般限制介质空纤维膜的进水:ss < 20mg/L，浊度< 100NTU .
中空纤维膜结构示意图(cnshangu.com)
注:膜组件结构类似于管式换热器，中间空纤维膜丝相当于换热管。(如上图)又分为内压式和外压式。以下是外压式的流程描述，内压式则相反。
过滤时，污水在膜丝外侧即壳侧流动，污染物被截留在膜丝外壁上，产水透过管壁进入膜丝内侧，以外进内出的方式进行。在中间空膜丝中产生的所有水将被收集到产水管中。
反洗:反洗流向与过滤相反，即UF的产水上升，进入膜丝内侧，反方向渗出到膜丝外侧，将截留在膜外表面的污染物从膜表面冲洗掉，最终冲出膜组件，即进即出。
介质空纤维膜内/外压形式示意图(cnshangu.com)
根据中间空纤维滤膜致密层的位置，分为内压膜、外压膜、内外压膜三种。外压膜的进水通道在膜丝之间，膜丝有一定的自由运动空，更适用于原水水质差、悬浮物含量高的情况。内压膜的入口通道是介质空光纤的内腔。为了防止堵塞，对进水的粒径和含量有严格的限制，因此适用于原水水质良好的条件。
超滤以两种模式运行:全流过滤(死端过滤)和错流过滤。全流过滤时，进水全部通过膜面，成为产出水；但错流过滤时，进水一部分通过膜表面成为产水，另一部分携带杂质排入浓水中。全流过滤能耗低，操作压力低；然而，错流过滤可以处理悬浮固体含量较高的流体，具有更大的处理能力和更少的化学品消耗。具体操作形式根据水中悬浮物含量和调试情况确定。
膜污染形式:
膜污染主要有两种形式:膜表面覆盖污染和膜孔堵塞污染。
(1)膜表面的污染层大致为双层，上层为颗粒较大的疏松层，凝胶层有小颗粒附着在膜表面。一般来说，疏松层不足以对膜性能表现出很大的影响，在水剪切力的作用下可以被冲走，而膜表面的精细层对膜的正常性能影响很大。由于这种污染层的存在，覆盖了大量的膜孔，颗粒与这一层中的其他杂质长时间相互作用，容易凝胶成滤饼，增加了透水阻力。
膜孔
