煤礦礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)_圖文

1、第36卷第7期2008年7月煤炭科學(xué)技術(shù)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(shí)用技術(shù)郭中權(quán)1,王守龍2,朱留生1(1.煤炭科學(xué)研究總院杭州環(huán)境保護(hù)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(diǎn)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(duì)我國(guó)煤礦礦井水的水質(zhì)特點(diǎn),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(shí)用技術(shù)。關(guān)鍵

2、詞:煤礦礦井水;凈化處理;深度處理中圖分類號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):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(guó)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(huì)受到粉塵和巖塵的污染,是具有煤礦行業(yè)特點(diǎn)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(fèi),而且還污染了礦區(qū)周圍農(nóng)田及地表水系。對(duì)礦井水進(jìn)行處理并加以利用,不但可防止水資源流失,避免對(duì)水環(huán)境造成污染,而且對(duì)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(jì),2006年全國(guó)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(guó)

7、家發(fā)展和改革委員會(huì)2006年8月發(fā)布的礦井水利用專項(xiàng)規(guī)劃,到2010年,全國(guó)煤礦礦井水利用量將達(dá)到36億I n3,利用率達(dá)到70%。礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)是提高礦井水利用率的有力技術(shù)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(gòu)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(yīng)的礦井水處理技術(shù),主要包括含懸浮物礦井水處理技術(shù)、高礦化度礦井水處理技術(shù)、酸性礦井水處理技術(shù)和特殊污染型礦井水處理技術(shù)。隨著國(guó)家對(duì)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(shí)用技術(shù)將會(huì)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(shí)用技術(shù)2.1含懸浮物礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)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(yuǎn)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(xué)技術(shù)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(diǎn)。煤是有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的復(fù)合體,不同煤化階段的煤分子結(jié)構(gòu)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(tuán)(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(tuán)而成憎水物質(zhì)。含懸浮物礦井水中煤粉J無(wú)機(jī)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(shí)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(cāng)清倉(cāng)時(shí),懸浮物含量每升最高可達(dá)上萬(wàn)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(xué)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(jī)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(jìn)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(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)。混凝通常采用聚合氯化鋁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?yàn)橹饕饔迷怼５V井水混凝反應(yīng)后,再進(jìn)行沉淀,實(shí)現(xiàn)固液分離,去除大顆粒的懸浮物,細(xì)小的懸浮物,再用過濾的方法去除,出水達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。過濾的濾料通常為無(wú)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(jī)污染的工藝。吸附原理是利用物質(zhì)強(qiáng)大的吸附性能來(lái)去除礦井水中有機(jī)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(jié)構(gòu)和表面憎水性,其對(duì)水中某些污染物有極強(qiáng)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(diǎn),經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐,開發(fā)出含懸浮物礦井水的實(shí)用處理技術(shù)。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(shí)用處理技術(shù)在全4國(guó)十幾個(gè)礦區(qū)的一百多個(gè)煤礦中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)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(shù),水處理成本低,處理出水水質(zhì)可靠。該實(shí)用技術(shù)在東北地區(qū)多個(gè)煤礦進(jìn)行了工程實(shí)踐,處理出水并入城市自來(lái)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(shí)用技術(shù)3.1高礦化度礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)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(guó)煤礦高礦化度礦井水含鹽量在1一10g/L,少數(shù)達(dá)10g/L以上。高礦化度礦井水主要分布

13、在我國(guó)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(bǔ)給不足,促使礦井水鹽分濃縮。當(dāng)開采高硫煤層時(shí),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(yīng),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(guó)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(quán)等:煤礦礦井

14、水處理利用實(shí)用技術(shù)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(dòng)力的膜分離方法,脫鹽率高達(dá)95%以上。由于高礦化度礦井水的特殊性,膜污染和膜結(jié)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(jī)械過濾器一活性炭過濾器一保安過濾器”三級(jí)過濾工藝,也呵用超濾(t r y代替前面的三級(jí)過濾。為了解決膜結(jié)垢問題,必須投加阻垢劑,阻垢劑的選擇和投加量應(yīng)根據(jù)不同不質(zhì)的高礦化度礦井水,通過試驗(yàn)來(lái)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(shù)在東北礦區(qū)、

15、華東礦區(qū)多個(gè)煤礦進(jìn)行了工藝實(shí)踐,結(jié)垢控制良好,運(yùn)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(shí)用技術(shù)4.1含鐵礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)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(jià)鐵氧化成三價(jià)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(wú)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(yù)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(shù)在我國(guó)東北松花江流域部分礦區(qū)進(jìn)行了工程實(shí)踐,處

16、理后水質(zhì)達(dá)到煤礦工業(yè)用水的要求。4.2含氟礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)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(guó)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(shí)際在煤礦礦井水處理除氟中應(yīng)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(yīng)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(qiáng)化。在除氟和再生過程中,鋁離子起關(guān)鍵作用,形成了鋁氟配合物,與氟離子的交換反應(yīng)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(yù)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(jié)論1對(duì)礦井水進(jìn)行處理并加以利用,不但可防止水資源流失,避免對(duì)水環(huán)境造成污染,而且對(duì)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(dá)到工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)。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(dá)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(dá)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(dá)到飲用水的要求。參考文獻(xiàn):