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矿井水处理综述

2019-06-29

矿井水处理">矿井水处理综述

摘要:我国是一个资源丰富的国家,尤其是煤炭资源,它是我国工业发展的基础。然而,在煤矿挖掘过程中,需要向外排出大量的矿井水,对周围地下水产生较大的危害,导致淡水资源严重污染。因此,在煤炭采掘过程中,需要对矿井水进行有效的处理,减少煤炭采掘过程中对水资源的浪费。据相关资料证明,煤炭矿井水资源的处理技术已经成为决定煤矿企业长久发展的决定性因素。我国将逐步建立较完善的矿井水利用法律法规体系、宏观管理和技术支撑体系,实现矿井水利用产业化。受地质条件等因素的影响,矿井水的杂质成分与含量差异也很大。通过查阅文献,对煤矿矿井水的处理技术现状进行了综述。

关键词:煤矿开采   矿井水   矿井水处理

煤矿矿井水是指在采煤过程中,所有渗入井下采掘空间的水,有时也含有少量渗入的地表水。煤矿矿井水处理技术主要有:中和酸性水、絮凝处理去除悬浮颗粒物、反渗透去除可溶性盐类等技术以及组合。本文在查阅大量文献的基础上,对我国煤矿矿井水回收利用技术发展现状进行了综述。

1 矿井水的分类[1]

(1)洁净矿井水。即未被污染的地下水。基本符合饮用水标准,可开发为矿泉水。

(2)含悬浮物矿井水。矿井水处理设备工程">新疆矿井水处理设备工程其水量约占我国北方部分重点国有煤矿矿井涌水量的60%。水质呈中性,含有煤粉、岩粒等大量的悬浮物。长期外排,会破坏景观、淤塞河道,影响水生生物及农作物的生长[2-4]。

(3) 高矿化度矿井水。水中含有SO4 2-、Cl-、Ca2 +、Na+、HCO3-等离子,水质多数呈中性和偏碱性,带苦涩味,俗称苦咸水,又可分为微咸水、 盐水。不能直接做工农业用水和生活用水。

(4)酸性矿井水。水质PH值小于5.5,当开采含硫高的煤层时,硫化物受到氧化与升华作用产生硫酸,而使水呈酸性。目前酸性水一般处理后达标排放或会用于一些对水质要求较低的工业用水。

(5)含特殊污染物矿井水。这类矿井水主要指含氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、含放射性元素矿井水或油类矿井水。

2 国内矿井水处理技术现状我国矿井水净化处理技术始于20世纪70年代末。在煤矿矿井水处理工艺中,应用于地表、江河、湖泊水的净化处理的构筑物,大部分被采用过,像预沉调节池、反应沉淀池(或澄清池)、过滤池等。净化处理后的矿井水可用于生活或工业用水。沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤、反渗透等净化处理技术目前已得到广泛采用。达标排放的矿井水,常使用沉淀或混凝沉淀处理法; 处理后作为生产用水或其他用水的,常使用混凝沉淀过滤(混凝澄清过滤)处理法; 处理后作为生活用水的,必须再经过消毒处理。含盐量较高的矿井水,处理后要作为饮用水,还必须在净化后再经过淡化处理[5-7]。

2.1含悬浮物的矿井水处理构成矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘,一般呈黑色,靠自然沉淀去除困难。目前,对于矿化度不高而悬浮物含量较高的矿井水的处理,有较成熟可行的经验。根据悬浮物的特性,对工业用水净化处理常用的主要方法有混凝、沉淀。一般采用混凝、沉淀(或浮升)以及过滤、消毒等工序处理后,其出水水质即能达到生产使用和生活饮用标准的要求。选用混凝剂的原则是产生大、重、强的矾花,净水效果好,对水质没有不良影响,表面活性剂对细煤粒的脱水效果表明,阴阳离子表面活性剂能够显著地提高细煤粒过滤脱水的指标。

高矿化度矿井水

2.2高矿化度矿井水处理高矿化度矿井水是指含盐量大于1000 mg/L的矿井水,主要含有SO4 2-,Cl-,Ca2+,K+,Na+等离子,硬度相应较高,水质多数呈中性或偏碱,带苦涩味,少数有酸性。我国煤矿高矿化度矿井水的含盐量一般在 1000 ~ 3000 mg/L之间,少量矿井达 4000 mg/L以上。因这类矿井水的硬度往往较高,既不适用于生活饮用,更不适宜作锅炉用水。对于矿井水矿化度高而又想处理为饮用水和生产用水使用的矿区,就要通过采用净化和淡化工艺来实现。当前高矿化度矿井水采用化学法、 膜分离( 包括反渗透法和电渗析法)、 热力法、稀释排放法以及消耗利用等方法。目前我国苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法是电渗析(ED) 和反渗透(RO)。ED法是在外加直流电场力的作用下,利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性,使溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。含盐水经过电渗析后便可得到淡化水和浓缩液(浓水)。一般淡化水量为总进水量的50% ~70%。当进水含盐量小于4000 mg/L 时用此法较为经济。电渗析法优点是不需要再生、可连续出水,工艺系统简单,与离子交换法串联使用可制取纯水; 缺点是水回收率低(一般为 50%左右),采用浓水循环工艺虽可使水回收率提高,但其循环方法及控制药剂的投加,目前尚少成熟经验,易发生极化结垢。另外,必须对其进水进行深度预处理,并使铁化合物含量不超过100μg/L。RO法是借助于半透膜,在压力(一般为3~7MPa)作用下进行物质分离的方法。它可有效地去除水中的无机盐、低分子有机物、病毒和细菌。适用于含盐量大于4000mg/L的水的脱盐处理较经济。此法与电渗析法相比,其优点是产品水的回收率、脱盐率以及水的纯度均较高;缺点是操作压力高,对进水水质要求高,浓水若得不到适当处理,将会造成二次污染。反渗透脱盐技术目前在国内仍处于深入研究和试用阶段。

2.3c酸性矿井水的处理

酸性矿井水为pH值小于5.5的矿井水,pH值一般为3~3.5,个别小于3,总酸度高。我国的煤矿酸性水主要分布在南方,水质比较复杂。易溶解煤及其围岩中的金属元素,故矿井水铁、锰重金属以及无机盐类增加,使矿化度、硬度升高。抽排过程中易腐蚀设备与排水管

路,危害工人健康;排至地面,会改变土壤酸碱度,使土壤板结和作物枯萎,地表水酸度上升,影响水生生物的生存。

酸性矿井水的处理方法主要有[8]:

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(1)中和法(利用石灰石、石灰进行中和)。是目前煤矿酸性水常采用的处理方法,中和剂有石灰石、大理石、白云石、石灰等碱性物质。其中尤以石灰石及石灰中和剂应用的最为广泛。

(2)生物化学方法(微生物法)。其原理是:利用氧化亚铁硫杆菌,在酸性条件下将水中Fe2+氧化成Fe3+,然后再用石灰石进行中和处理,以实现酸性矿井水的中和及除铁。此法的优点是:对Fe2+具有很高的氧化率;Fe2+氧化细菌无需外界添加营养液;处理后的沉淀物可综合利用;利用生物转盘工艺是可靠的,日本于1976年已建成两座这种处理站。缺点是:反应器体积大,投资高;煤炭矿井水成份复杂,常含有一些不利的重金属(如Pb、Zn 等),对微生物具有抑制作用。

(3)湿地生态工程处理法。该法具有投资省、运行费低、易于管理等突出的优点,近年来发展迅速,引起人们的极大兴趣。上世纪70年代,有美国专家在湿地上建造人工浅池沼,在底部铺上碎石灰石,上面填入混合肥料或其他一些有利于根系生长的有机质,在混合肥料上种植香蒲(一种植物)。酸性矿井水流经人工湿地后,pH值可上升,并可去除50%以上的污染物(如铁可降低80%左右)。但此法处理效果并非很理想,有些酸性矿井还需要进行其他化学处理[9]。

2.4含特殊污染物矿井水处理

这类矿井水主要指含氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、矿井水处理设备工程">矿井水处理设备工程含放射性元素矿井水或油类矿井水。排放量不大,但不处理外排会污染水系。饮用高氟水容易产生骨质疏松、氟斑牙等病症。我国北方一些煤矿矿井水含氟超过1mg/L。含铁、锰矿井水一般是在地下水还原条件下形成的,大多呈现Fe2+,Mn2+的低价状态,有铁腥味,容易变混浊,可使地表水的溶解氧降低,这类水需要经过处理后才能使用或外排。含重金属矿井水主要指含有Cu,Zn,Pd等元素的矿井水,这些元素的浓度符合排放标准,但超过生活饮用水标准,所以不宜直接饮用。放射性元素水主要指含有超过生活饮用水标准的U,Ra等天然放射性核素及其衰变产物氡 Rn的矿井水。对于这类矿井水,首先应去除悬浮物,然后对其中的污染物进行处理。

3结语

煤炭作为我国目前最主要的能源资源,对国计民生有着重要影响,在当前的市场经济环境下,不仅要关注煤炭资源的经济效益,也要关注其产生的生态效益和社会效益,而科技水平的提高正为煤矿开采技术的高效、集约、绿色发展提供技术支撑[10]。

因此,针对不同的水质情况和回用的具体要求,开发研究工艺简单、技术可靠、管理方便、经济合理的新工艺、新设备和新药剂,仍是煤矿矿井废水处理和利用的重要课题。


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