長期以來，大規模的煤炭開發利用給當地的生態環境造成了嚴重破壞，尤其在煤礦開採過程產生大量廢水，對周邊自然水體和土壤構成了嚴重威脅。據調查，不考慮廢水利用，我國每年外排礦井廢水約22 × 108m3。大量煤礦廢水排放不僅給水資源缺乏的當地帶來巨大供水壓力，而且對周邊地下水、地表水和土壤造成嚴重汙染。因此，對煤礦廢水的治理勢在必行。
1 煤礦廢水來源及分類
1. 1 煤礦廢水的來源
煤礦廢水在煤礦建井和煤炭開採過程中，由地下湧水、防塵灑水、裝置冷卻水等彙集而成。其水質取決於礦區地質環境和煤層礦物成分。一般而言，煤礦廢水主要來源於地下湧水，因此汙染程度較輕，水質與一般城市汙水性質類似，但其中含大量懸浮物和礦化物。
1. 2 煤礦廢水的分類
煤礦廢水按其汙染程度可以分為潔淨廢水、懸浮物廢水和高礦化度廢水三種。潔淨廢水水質較好，經過簡單的消毒處理後可直接作為工業用水或生活飲用水，甚至經過深度處理後製成礦泉水; 含懸浮物廢水通過混凝沉澱、過濾消毒等處理工藝後才可排放或回用; 高礦化度廢水含有大量無機鹽，礦化度一般在1000mg /L 以上，且硬度較高，須經過脫鹽處理。
煤礦廢水按pH 值可以分為酸性廢水( pH < 6. 5)、中性廢水(6. 5 < pH < 8. 5)、鹼性廢水( pH > 8. 5) 三大類。我國中部和北方地區煤礦廢水多呈中性或弱鹼性，南方地區存在一定的酸性廢水。酸性煤礦廢水中鐵、錳等重金屬含量較高，總硬度和礦化度較高。其傳統處理方法採用聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯醯胺( PAM) 進行石灰中和沉澱法，另外，利用高分子生物絮凝劑處理酸性廢水也是目前的研究熱點之一。
2 煤礦廢水常見處理工藝
20 世紀70 年代末，我國開始對煤礦廢水進行處理，常見的處理工藝流程為混凝、沉澱、過濾、脫鹽和消毒等，處理出水作為生產或生活用水。
2. 1 潔淨廢水、含懸浮物廢水的處理
潔淨廢水、含懸浮物廢水常見的處理工藝流程如圖1所示。廢水經調節池去除廢水中較大顆粒懸浮物，經泵房提升後進入澄清池或沉澱池，在池前投加混凝劑和絮凝劑以去除廢水中膠體態懸浮物，經沉澱後自流進入濾池過濾，然後消毒，出水回用或達標排放; 調節池、澄清池和濾池產生的底泥經汙泥濃縮後壓濾成泥餅外運。
處理中混凝劑和絮凝劑的選擇至關重要。PAC 效果好，且成本低採用較為廣泛，但因其對生物體的毒害作用，從而推進了鐵鹽的應用。聚合鋁鐵(PAF) 和聚合氯化鋁鐵(PAFC)是目前較為常見的鐵鹽。前者腐蝕性較強且出水帶褐色，故需慎重選取，而後者各方面具有較好的效果，成為聚鋁和聚鐵的替代品。PAM 良好的吸附和架橋作用成為目前首選的絮凝劑。
沉澱池(澄清池)和過濾是處理流程中的主要處理單元。常見的沉澱池有斜板( 管) 式沉澱池和平流式沉澱池。常見的澄清池有機械加速澄清池和水力迴圈澄清池。常見過濾設施有普通快濾池和重力式無閥濾池。各種構築物在其負荷、佔地、水質適應性、施工容易度、造價等方面各有利弊，在選用時宜根據當地條件進行選取。
2. 2 高礦化度廢水的處理
高礦化度煤礦廢水一般在圖1 處理工藝流程基礎上增加脫鹽工藝，其關鍵在於脫鹽。硫酸鹽和硬度的去除是除鹽的難點。常見的脫鹽方法有離子交換法、熱力法和膜分離法等。常見的3 種脫鹽方法的原理、適應範圍及其優缺點見。
各種脫鹽方法使用條件不同，實際處理過程中可根據廢水水質、當地自然、地理和經濟等條件進行合理選用。
2. 3 酸性煤礦廢水的處理
酸性煤礦廢水危害礦井安全、嚴重汙染生態環境和處理困難，一直為環境工作者研究的熱點和難點。目前，針對酸性煤礦廢水的處理主要有中和法、微生物法和人工溼地法。
3 工程案例分析
實際的煤礦廢水中，懸浮物、礦化度、酸性等水質常常表現為2 ～ 3 種同時出現，因此在處理此種較為複雜的煤礦廢水時需要引起足夠重視。
3. 1 含懸浮物和高礦化度礦井水的處理
銀洞溝煤礦位於寧夏回族自治區固原市六盤山下的彭陽縣境內，屬於水資源相對較匱乏地區，將礦井水淨化處理後可作為礦井的生產、生活水源。該工程自2012 年11月完工投產以來，每天可產出2000m3 脫鹽產品水，基本上解決了礦井生產和生活用水的需求。銀洞溝煤礦廢水採取間歇排放，水量為3000m3 /d，其水質指標見表3。該廢水懸浮物含量不穩定，懸浮物濃度差異也較大，懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢。懸浮物顆粒粒徑較小，平均只有2 ～ 8μm，約85% 的粒徑在50μm以下，煤粉平均密度僅有1. 3 ～ 1. 5g /cm3 ，遠低於地表水系中泥沙顆粒物平均密度(2. 4 ～ 2. 6g /cm3 )。該廢水中礦化度(無機鹽總含量) 大於1000mg /L， 主要含SO2 -4 、Cl -、Ca2 +、Mg2 +、K +、Na +、HCO -3電漿，硬度相應較高，水質多數呈中性或偏鹼，帶苦澀味。另外，由於井下綜採裝置的機油及乳化油等汙染，廢水中含有少量的`油類。銀洞溝煤礦含懸浮物和高礦化度礦井水的處理工藝流程圖。
其進水中顆粒物主要呈膠體態物質且密度較小，2 次投加混凝劑後有利於形成大顆粒礬花，通過斜管沉澱去除，然後輔以多種過濾設施。對溶解性離子的去除主要通過反滲透工藝單元。經上述工藝處理後，其反滲透出水水質指標。該煤礦廢水處理成本為4. 96 元/m3 ，其中人工費0. 55元/m3、電費1. 67 元/m3、藥劑費1. 20 元/m3、維護及折舊費1. 54 元/m3。
3. 2 高鹽、高鐵酸性礦井水的處理
汾西礦業集團公司下屬煤礦廢水為典型的高鹽、高鐵酸性廢水，其水質情況見表5。針對該水質情況，提出了礦井水處理工藝。該煤礦廢水為間歇排放，水量為1800m3 /d，pH 值為2. 63。處理中採用純鹼(NaCO3) 作為中和藥劑降低其酸性從而有利於Fe2 + 氧化，然後通過混合和斜板沉澱去除Fe3 + ; 通過錳砂過濾去除Mn2 + 和未氧化的部分Fe2 + ; 通過反滲透RO 去除溶解性的離子，水的回收利用率約為75%，出鹽率為99. 5%，最後通過ClO2消毒去除微生物。
酸性廢水直接影響混凝效果，因此工藝開始即對pH 值進行調節，通過樣氧化作用使其低價離子氧化成高價離子，然後通過混凝沉澱過濾得以去除部分離子，溶解態離子則通過RO 去除。經上述工藝處理後，其出水水質。通過上述兩個工程例項比較可以看出，銀洞溝煤礦廢水，由於懸浮態物質含量較高，導致其總出水中離子( 主要為懸浮態)含量仍然較高，TDS 的去除率為81. 2%; 汾西礦業集團公司下屬礦礦井廢水，雖然TDS 含量遠遠高於銀洞溝煤礦廢水中TDS，但其懸浮物含量僅為59mg /L，經pH值調節後混凝沉澱過濾的效果較好，TDS 的去除率高達99. 7%。由此看出，實際廢水中懸浮物形態含量是影響其脫鹽效果的關鍵因素，同時也說明，酸性廢水處理中pH 值的調節的重要性。
4 結語
面對日益嚴峻的水資源短缺和水環境惡化問題，採用技術可行、經濟合理的廢水處理工藝是當今汙水治理髮展的必然趨勢。煤礦廢水處理應充分依據廢水水質，提出相應的處理構築物，在選取混凝劑、絮凝劑和中和藥劑時要綜合考慮技術和經濟因素，最後制定出較為合理可行的工藝處理流程，並在考慮達標排放的同時考慮其回用，這樣既為礦區提供新的水源，減小水資源利用壓力，又可保護礦區周邊水體和土壤環境，實現可持續性發展。