煤礦礦井水處理利用實用技術_圖文

1、第36卷第7期2008年7月煤炭科學技術C O A L SC I E N C E A N D7r E C H N O L O G YV oL36N o.7J ul.2008煤礦礦井水處理利用實用技術郭中權1,王守龍2,朱留生1(1.煤炭科學研究總院杭州環(huán)境保護研究所,浙江杭州311201;2.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦,山東兗州272102摘要:礦井水是具有煤礦行業(yè)特點的廢水,也是一種水資源。礦井水分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水。針對我國煤礦礦井水的水質(zhì)特點,介紹了煤礦含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、含鐵礦井水和含氟礦井水處理利用實用技術。關鍵

2、詞:煤礦礦井水;凈化處理;深度處理中圖分類號:X703文獻標志碼:A文章編號:02532336(200807000303A ppl i ed t e chnol ogy of m i ne w at er t r e at m e nt and ut i l i zat i onG U O Z hong-quan1,W A N G Shoul on92,Z H U L i ushen91(1.H a ngzho u Ins tit utef or Envir onm en t al Pr ot e ct i on,C hi na C o al R esearch I ns ti t ut e,

3、H angzhou311201,C h/n a;2.X i n gl ongzhuan gCoal脅,le of Y anz hou C oal M i n i ng C om pa ny Li m i t ed,Y anzl w u272102,C hi n aA bs t r ac t:M i ne w at er w a s w as t e w at er w i t h t he coal i ndus t r y f eafur es a nd w a s one of t he w at er r e so ur c es.M i ne w at er co ul d becl

4、as s i f ied t o a cl ea n m i ne w at er,par t i cl e s us pe nded m i ne w at er,hi【gh m i ne r al i zed m i ne w at e r,aci d m i ne w at er a nd s peci al pol l ut ed m i ne w a t er.A c-cor di ng t o t he w at er qual i t y f eatur es of t he m i ne w at er i n C h i na,t h e pa per i nt r o du

5、ced t he appl i e d t r e at m ent a nd uti l iz a ti on t eehnol ogi es f or t he part i cl e s us pe nded m i ne w at er,hi sh m i ne r al i zed m i ne w at e r,i r on con t ent ed m i ne w at era nd f l uori ne con t ent ed m i ne w a t e r.K e y w o r ds:m i ne w at er;pur i f i ed t r e at m e

6、nt;deep t r e at m ent1概述我國煤礦以地下開采為主,為確保井下安全生產(chǎn),必須排出大量的礦井水。礦井水是礦井開采過程中產(chǎn)生的地下涌水,在開采過程中會受到粉塵和巖塵的污染,是具有煤礦行業(yè)特點的廢水。礦井水也是一種水資源,大量礦井水的流失,不僅造成水資源的極大浪費,而且還污染了礦區(qū)周圍農(nóng)田及地表水系。對礦井水進行處理并加以利用,不但可防止水資源流失,避免對水環(huán)境造成污染,而且對于緩解礦區(qū)供水不足、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活用水需求具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計,2006年全國煤礦礦井涌水量約在42億m3。礦井水處理利用率由2000年的22%增加到2006年的40%。按照國

7、家發(fā)展和改革委員會2006年8月發(fā)布的礦井水利用專項規(guī)劃,到2010年,全國煤礦礦井水利用量將達到36億I n3,利用率達到70%。礦井水處理利用實用技術是提高礦井水利用率的有力技術保障。礦井水水質(zhì)狀況隨煤礦開采的品種、類型、方式以及煤礦所處的區(qū)域和地質(zhì)構造等不同有較大的差異。礦井水按水質(zhì)主要分為5類:潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水和特殊污染型礦井水。除了潔凈礦井水可直接利用外,礦井水的利用都需要相應的礦井水處理技術,主要包括含懸浮物礦井水處理技術、高礦化度礦井水處理技術、酸性礦井水處理技術和特殊污染型礦井水處理技術。隨著國家對礦井水資源化利用力度加大,礦井水處理利用率

8、逐年提高,礦井水處理利用實用技術將會在礦井水資源化利用工作中起到有力的保障作用。2含懸浮物礦井水處理利用實用技術2.1含懸浮物礦井水的水質(zhì)特點含懸浮物礦井水中主要包含煤粉、巖粉和黏土等,尤其是煤粉粒徑大小相差懸殊,密度一般只有1.5g/cm3,遠小于地表水系中泥砂顆粒物的密度(平均密度一般為2.42.6g/c m3。因此,含懸32008年第7期煤炭科學技術第36卷浮物礦井水具有懸浮物粒徑差異大、質(zhì)量輕、沉降速度慢等特點。煤是有機物和無機物的復合體,不同煤化階段的煤分子結構大小不同,煤粒表面所帶電荷數(shù)量也不相同,因而其親水程度各異。低階段煤的大分子芳香縮合環(huán)周邊有較多的極性基團(一cO O H,

9、一O H等,隨著煤化程度增高逐漸減少,最后完全失去這些極性基團而成憎水物質(zhì)。含懸浮物礦井水中煤粉J無機混凝劑的親和能力較地表水系巾的泥砂顆粒物弱很多,礬花形成困難,混凝沉降性能差。由于含懸浮物礦井水中煤粉的作用,盡管有時礦井水懸浮物不是很多,可黑色卻十分明顯,感觀性狀差。含懸浮物礦井水中懸浮物的含量每升為幾十至幾百毫克,少數(shù)超過1g,/L。但在井下水倉清倉時,懸浮物含量每升最高可達上萬毫克。不同的含懸浮物礦井水,由于懸浮物含量和煤屑占懸浮物的比例不同,使得化學需氧量(C O D差異較大,但C O D是由于煤屑中碳原子的有機還原性所致,在水t|f一分穩(wěn)定,它將隨著懸浮物的去除而消失,故不需要進行

10、生化處理。2.2處理方法和原理含懸浮物礦井水處理采用“混凝一沉淀一過濾”的方法,出水可達到工業(yè)用水的標準?；炷ǔ２捎镁酆下然X和聚丙烯酰胺藥劑配合投加。聚合氯化鋁以電性中和為使膠體脫穩(wěn)的主要作用原理。聚丙烯酰氨以粒問吸附架橋為主要作用原理。礦井水混凝反應后,再進行沉淀,實現(xiàn)固液分離,去除大顆粒的懸浮物,細小的懸浮物,再用過濾的方法去除,出水達到工業(yè)用水標準。過濾的濾料通常為無煙煤、石英砂。如果礦井水處理出水質(zhì)要作為生活飲用水,除采用“混凝一沉淀一過濾”的方法外必須增加吸附方法去除水中有機污染的工藝。吸附原理是利用物質(zhì)強大的吸附性能來去除礦井水中有機污染物。目前用于礦井水處理的吸附劑是活性炭,

11、活性炭具有豐富微孔結構和表面憎水性,其對水中某些污染物有極強的親和力,足有效的去除方法。2.3工藝流程和處理效果根據(jù)煤礦含懸浮物礦井水的水質(zhì)特點,經(jīng)過多年的試驗研究和工程實踐,開發(fā)出含懸浮物礦井水的實用處理技術。含懸浮物礦井水處理作為工業(yè)用水的工藝流程如圖l a所示。該實用處理技術在全4國十幾個礦區(qū)的一百多個煤礦中進行實際應用,工程投資省,水處理成本低,處理效果好。含懸浮物礦井水處理作為生活飲用水的工藝流程如圖1b所示。礦井水.1塑塑塑堇墊H堡量壅_T一壹塑舉煎絲I消毒劑混凝劑I用戶匾莉歷圃(aA2業(yè)用水礦井扣恒面匭臥匭匝H畫蛩屯圃吸附劑混凝劑消毒劑用戶一清水池卜_L一多介質(zhì)濾池I(b生活飲用

12、水圖1含懸浮物礦井水處理工藝流程含懸浮物礦井水處理技術,水處理成本低,處理出水水質(zhì)可靠。該實用技術在東北地區(qū)多個煤礦進行了工程實踐,處理出水并入城市自來水管網(wǎng),作為城市居民生活飲用水i3高礦化度礦井水處理利用實用技術3.1高礦化度礦井水的水質(zhì)特點高礦化度礦井水中含有大量的ca2+,M g“, K+,N a+,s o;一,cl一,H cof等離子,這些離子總量大于l g/L,水質(zhì)多數(shù)旱中性或偏堿性,帶苦澀味,俗稱苦咸水。高礦化度礦井水又可分為微咸水(礦化度為110g/L、咸水(礦化度為10 50m g/L。我國煤礦高礦化度礦井水含鹽量在1一10g/L,少數(shù)達10g/L以上。高礦化度礦井水主要分布

13、在我國北方礦區(qū)、西部高原、黃淮海平原及華東沿海地區(qū)。礦井水中礦化度高的原因是多種因素形成的,主要是:被采煤層中含有大量碳酸鹽礦物及硫酸鹽類礦物,使礦井水中ca“,M g“,s o:一,C1一等鹽類離子增加。地區(qū)干旱,降水量小,蒸發(fā)量大,地下水補給不足,促使礦井水鹽分濃縮。當開采高硫煤層時,因硫化物氧化產(chǎn)生游離酸,再同碳酸鹽礦物、堿性物質(zhì)發(fā)生反應,使礦井水中ca2+,M g“,s o:一等離子增加。礦區(qū)處于沿海地帶,地下咸水浸入煤田。3.2處理方法和原理目前國內(nèi)主要有:藥劑法、離子交換法和膜處理法。較常用的法是膜處理法。膜處理法主要包括電滲析法和反滲透法。目前電滲析法基本淘汰不郭中權等:煤礦礦井

14、水處理利用實用技術2008年第7期用,主要采用反滲透法處理高礦化度礦井水。反滲透法原理是以壓力為推動力的膜分離方法,脫鹽率高達95%以上。由于高礦化度礦井水的特殊性,膜污染和膜結垢是影響反滲透系統(tǒng)工作效率和使用壽命的重要因素。為了減小膜污染,必須增加前處理工藝,一般采用“機械過濾器一活性炭過濾器一保安過濾器”三級過濾工藝,也呵用超濾(t r y代替前面的三級過濾。為了解決膜結垢問題,必須投加阻垢劑,阻垢劑的選擇和投加量應根據(jù)不同不質(zhì)的高礦化度礦井水,通過試驗來確定。3.3工藝流程和處理效果高礦化度礦井水處理作為工業(yè)用水的工藝流程:礦井水一前處理一阻垢劑投加_反滲透裝置一出水。該技術在東北礦區(qū)、

15、華東礦區(qū)多個煤礦進行了工藝實踐,結垢控制良好,運行穩(wěn)定可靠,脫鹽率一直保持在95%以上。4特殊污染型礦井水處理利用實用技術4.1含鐵礦井水處理利用實用技術大多數(shù)含鐵礦井水的鐵含量一般在10m g/L以下,pH值在67,除鐵處理后出水町作為工業(yè)用水。含鐵礦井水處理處理方法和原理是將二價鐵氧化成三價鐵,再采用過濾去除鐵。鐵的氧化法主要有充氧氧化法、氯氧化法、高錳酸鉀氧化法、臭氧氧化法等。過濾采用的濾料主要有石英砂、無煙煤或錳砂濾料。采用充氧氧化法的除鐵工藝流程:含鐵含懸浮物礦井水一預沉調(diào)節(jié)池一去懸浮物凈化處理系統(tǒng)_+氧化過濾除鐵系統(tǒng)一出水供用戶。該技術在我國東北松花江流域部分礦區(qū)進行了工程實踐,處

16、理后水質(zhì)達到煤礦工業(yè)用水的要求。4.2含氟礦井水處理利用實用技術含氟礦井水的氟濃度一般在110m g/L,如果礦井水處理后作為飲用水,我國規(guī)定生活飲用水不超過1m g/L。含氟礦井水的處理方法主要有活性氧化鋁法、電滲析法、電凝聚法、絮凝沉淀法等。絮凝沉淀法由于需要投加大量鋁鹽才能去除少量的氟,所以適合礦井水含氟不大于4m g/L,且水量30m3/d。由于適合的水量較小,絮凝沉淀法實際在煤礦礦井水處理除氟中應用基本沒有。電滲析法除氟主要適合高含鹽量的礦井水的一并處理。目前,在煤礦應用較多的除氟工藝是活性氧化鋁法?；钚匝趸X是一種白色顆粒狀多孔吸附劑,由各種含水氧化鋁煅燒而成,具有很大的表面積,其

17、吸附交換能力隨著比表面積的增大而強化。在除氟和再生過程中,鋁離子起關鍵作用,形成了鋁氟配合物,與氟離子的交換反應如下:A1203A12(S043nH20+6F一一A12032A I F3nH20+3SO;一含氟礦井水處理工藝流程:含氟含懸浮物礦井水_預沉調(diào)節(jié)池一去懸浮物凈化處理系統(tǒng)_活性氧化鋁過濾除氟系統(tǒng)一÷出水供用戶。5結論1對礦井水進行處理并加以利用,不但可防止水資源流失,避免對水環(huán)境造成污染,而且對于緩解礦區(qū)供水不足、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活用水需求具有重要意義。2懸浮物礦井水處理工藝采用“混凝一沉淀一過濾”的方法,出水可達到工業(yè)用水的標準。如出水作為生活飲用水,處理工藝增加活性炭吸附工藝?；炷ǔ２捎镁酆下然X和聚丙烯酰胺藥劑配合投加。3高礦化度礦井水處理工藝采用“前處理一阻垢劑一反滲透”的方法,出水可達到工業(yè)用水和飲用水的要求。4含鐵礦井水采用“充氧氧化一過濾”的工藝,出水可達到工業(yè)用水的要求。5含氟礦井水采用活性氧化鋁過濾的工藝,出水可達到飲用水的要求。參考文獻: