煤矿矿井水处理利用实用技术_图文.doc

第36卷第7期2008年7月 煤炭科学技术 C O A L SC I E N C E A N D7r E C H N O L O G Y V oL36N o.7 J ul.2008煤矿矿井水处理利用实用技术 郭中权1,王守龙2,朱留生1 1.煤炭科学研究总院杭州环境保护研究所,浙江杭州311201;2.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿,山东兖州272102 摘要矿井水是具有煤矿行业特点的废水,也是一种水资源。矿井水分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和特殊污染型矿井水。针对我国煤矿矿井水的水质特点,介绍了煤矿含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、含铁矿井水和含氟矿井水处理利用实用技术。 关键词煤矿矿井水;净化处理;深度处理 中图分类号X703文献标志码A文章编号02532336200807000303 A 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 on G 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,H angzhou311201,C h/n a; 2.X i n gl ongzhuan g Coal胁,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 a A bs t r ac tM 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 be cl 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 duced 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 er a nd f l uori ne con t ent ed m i ne w a t e r. K e y w o r dsm i ne w at er;pur i f i ed t r e at m e nt;deep t r e at m ent 1概述 我国煤矿以地下开采为主,为确保井下安全生产,必须排出大量的矿井水。矿井水是矿井开采过程中产生的地下涌水,在开采过程中会受到粉尘和岩尘的污染,是具有煤矿行业特点的废水。矿井水也是一种水资源,大量矿井水的流失,不仅造成水资源的极大浪费,而且还污染了矿区周围农田及地表水系。对矿井水进行处理并加以利用,不但可防止水资源流失,避免对水环境造成污染,而且对于缓解矿区供水不足、改善矿区生态环境、最大限度地满足生产和生活用水需求具有重要意义。 据统计,2006年全国煤矿矿井涌水量约在42亿m3。矿井水处理利用率由2000年的22增加到2006年的40。按照国家发展和改革委员会2006年8月发布的矿井水利用专项规划,到2010年,全国煤矿矿井水利用量将达到36亿I n3,利用率达到70。矿井水处理利用实用技术是提高矿井水利用率的有力技术保障。 矿井水水质状况随煤矿开采的品种、类型、方式以及煤矿所处的区域和地质构造等不同有较大的差异。矿井水按水质主要分为5类洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和特殊污染型矿井水。 除了洁净矿井水可直接利用外,矿井水的利用都需要相应的矿井水处理技术,主要包括含悬浮物矿井水处理技术、高矿化度矿井水处理技术、酸性矿井水处理技术和特殊污染型矿井水处理技术。随着国家对矿井水资源化利用力度加大,矿井水处理利用率逐年提高,矿井水处理利用实用技术将会在矿井水资源化利用工作中起到有力的保障作用。 2含悬浮物矿井水处理利用实用技术 2.1含悬浮物矿井水的水质特点 含悬浮物矿井水中主要包含煤粉、岩粉和黏土等,尤其是煤粉粒径大小相差悬殊,密度一般只有1.5g/cm3,远小于地表水系中泥砂颗粒物的密度平均密度一般为2.42.6g/c m3。因此,含悬 3 2008年第7期煤炭科学技术第36卷 浮物矿井水具有悬浮物粒径差异大、质量轻、沉降速度慢等特点。煤是有机物和无机物的复合体,不同煤化阶段的煤分子结构大小不同,煤粒表面所带电荷数量也不相同,因而其亲水程度各异。低阶段煤的大分子芳香缩合环周边有较多的极性基团一cO O H,一O H等,随着煤化程度增高逐渐减少,最后完全失去这些极性基团而成憎水物质。含悬浮物矿井水中煤粉’J无机混凝剂的亲和能力较地表水系巾的泥砂颗粒物弱很多,矾花形成困难,混凝沉降性能差。 由于含悬浮物矿井水中煤粉的作用,尽管有时矿井水悬浮物不是很多,可黑色却十分明显,感观性状差。含悬浮物矿井水中悬浮物的含量每升为几十至几百毫克,少数超过1g,/L。但在井下水仓清仓时,悬浮物含量每升最高可达上万毫克。不同的含悬浮物矿井水,由于悬浮物含量和煤屑占悬浮物的比例不同,使得化学需氧量C O D差异较大,但C O D是由于煤屑中碳原子的有机还原性所致,在水t}|f一分稳定,它将随着悬浮物的去除而消失,故不需要进行生化处理。 2.2处理方法和原理 含悬浮物矿井水处理采用“混凝一沉淀一过滤”的方法,出水可达到工业用水的标准。混凝通常采用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺药剂配合投加。聚合氯化铝以电性中和为使胶体脱稳的主要作用原理。聚丙烯酰氨以粒问吸附架桥为主要作用原理。矿井水混凝反应后,再进行沉淀,实现固液分离,去除大颗粒的悬浮物,细小的悬浮物,再用过滤的方法去除,出水达到工业用水标准。过滤的滤料通常为无烟煤、石英砂。 如果矿井水处理出水质要作为生活饮用水,除采用“混凝一沉淀一过滤”的方法外必须增加吸附方法去除水中有机污染的工艺。吸附原理是利用物质强大的吸附性能来去除矿井水中有机污染物。目前用于矿井水处理的吸附剂是活性炭,活性炭具有丰富微孔结构和表面憎水性,其对水中某些污染物有极强的亲和力,足有效的去除方法。 2.3工艺流程和处理效果 根据煤矿含悬浮物矿井水的水质特点,经过多年的试验研究和工程实践,开发出含悬浮物矿井水的实用处理技术。含悬浮物矿井水处理作为工业用水的工艺流程如图l a所示。该实用处理技术在全4 国十几个矿区的一百多个煤矿中进行实际应用,工程投资省,水处理成本低,处理效果好。 含悬浮物矿井水处理作为生活饮用水的工艺流程如图1b所示。 矿井水.1塑塑塑堇垫H堡量壅}_T一壹塑举煎丝I 消毒剂混凝剂I 用户匾莉}』{历圃 aA2业用水 矿井扣恒面匦卧匦匝H画蛩屯圃 吸附剂混凝剂消毒剂 用户一清水池卜_L一多介质滤池I b生活饮用水 图1含悬浮物矿井水处理工艺流程 含悬浮物矿井水处理技术,水处理成本低,处理出水水质可靠。该实用技术在东北地区多个煤矿进行了工程实践,处理出水并入城市自来水管网,作为城市居民生活饮用水i 3高矿化度矿井水处理利用实用技术 3.1高矿化度矿井水的水质特点 高矿化度矿井水中含有大量的ca2,M g“, K,N a,s o;一,cl一,H cof等离子,这些离子总量大于l g/L,水质多数旱中性或偏碱性,带苦涩味,俗称苦咸水。高矿化度矿井水又可分为微咸水矿化度为110g/L、咸水矿化度为10 50m g/L。我国煤矿高矿化度矿井水含盐量在1一10g/L,少数达10g/L以上。高矿化度矿井水主要分布在我国北方矿区、西部高原、黄淮海平原及华东沿海地区。 矿井水中矿化度高的原因是多种因素形成的,主要是①被采煤层中含有大量碳酸盐矿物及硫酸盐类矿物,使矿井水中ca“,M g“,s o一,C1一等盐类离子增加。②地区干旱,降水量小,蒸发量大,地下水补给不足,促使矿井水盐分浓缩。③当开采高硫煤层时,因硫化物氧化产生游离酸,再同碳酸盐矿物、碱性物质发生反应,使矿井水中ca2,M g“,s o一等离子增加。④矿区处于沿海地带,地下咸水浸入煤田。 3.2处理方法和原理 目前国内主要有药剂法、离子交换法和膜处理法。较常用的法是膜处理法。膜处理法主要包括电渗析法和反渗透法。目前电渗析法基本淘汰不 郭中权等煤矿矿井水处理利用实用技术2008年第7期 用,主要采用反渗透法处理高矿化度矿井水。反渗透法原理是以压力为推动力的膜分离方法,脱盐率高达95以上。由于高矿化度矿井水的特殊性,膜污染和膜结垢是影响反渗透系统工作效率和使用寿命的重要因素。为了减小膜污染,必须增加前处理工艺,一般采用“机械过滤器一活性炭过滤器一保安过滤器”三级过滤工艺,也呵用超滤t r y代替前面的三级过滤。为了解决膜结垢问题,必须投加阻垢剂,阻垢剂的选择和投加量应根据不同不质的高矿化度矿井水,通过试验来确定。 3.3工艺流程和处理效果 高矿化度矿井水处理作为工业用水的工艺流程矿井水一前处理一阻垢剂投加_反渗透装置一出水。该技术在东北矿区、华东矿区多个煤矿进行了工艺实践,结垢控制良好,运行稳定可靠,脱盐率一直保持在95以上。 4特殊污染型矿井水处理利用实用技术 4.1含铁矿井水处理利用实用技术 大多数含铁矿井水的铁含量一般在10m g/L以下,pH值在67,除铁处理后出水町作为工业用水。含铁矿井水处理处理方法和原理是将二价铁氧化成三价铁,再采用过滤去除铁。铁的氧化法主要有充氧氧化法、氯氧化法、高锰酸钾氧化法、臭氧氧化法等。过滤采用的滤料主要有石英砂、无烟煤或锰砂滤料。 采用充氧氧化法的除铁工艺流程含铁含悬浮物矿井水一预沉调节池一去悬浮物净化处理系统_氧化过滤除铁系统一出水供用户。 该技术在我国东北松花江流域部分矿区进行了工程实践,处理后水质达到煤矿工业用水的要求。 4.2含氟矿井水处理利用实用技术 含氟矿井水的氟浓度一般在110m g/L,如果矿井水处理后作为饮用水,我国规定生活饮用水不超过1m g/L。 含氟矿井水的处理方法主要有活性氧化铝法、电渗析法、电凝聚法、絮凝沉淀法等。絮凝沉淀法由于需要投加大量铝盐才能去除少量的氟,所以适合矿井水含氟不大于4m g/L,且水量30m3/d。由于适合的水量较小,絮凝沉淀法实际在煤矿矿井水处理除氟中应用基本没有。电渗析法除氟主要适合高含盐量的矿井水的一并处理。目前,在煤矿应用较多的除氟工艺是活性氧化铝法。 活性氧化铝是一种白色颗粒状多孔吸附剂,由各种含水氧化铝煅烧而成,具有很大的表面积,其吸附交换能力随着比表面积的增大而强化。在除氟和再生过程中,铝离子起关键作用,形成了铝氟配合物,与氟离子的交换反应如下 A1203A12S043nH206F一一 A12032A I F3nH203SO;一 含氟矿井水处理工艺流程含氟含悬浮物矿井水_预沉调节池一去悬浮物净化处理系统_活性氧化铝过滤除氟系统一出水供用户。 5结论 1对矿井水进行处理并加以利用,不但可防止水资源流失,避免对水环境造成污染,而且对于缓解矿区供水不足、改善矿区生态环境、最大限度地满足生产和生活用水需求具有重要意义。 2悬浮物矿井水处理工艺采用“混凝一沉淀一过滤”的方法,出水可达到工业用水的标准。如出水作为生活饮用水,处理工艺增加活性炭吸附工艺。混凝通常采用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺药剂配合投加。 3高矿化度矿井水处理工艺采用“前处理一阻垢剂一反渗透”的方法,出水可达到工业用水和饮用水的要求。 4含铁矿井水采用“充氧氧化一过滤”的工艺,出水可达到工业用水的要求。 5含氟矿井水采用活性氧化铝过滤的工艺,出水可达到饮用水的要求。 参考文献 [1]周如禄,高亮,陈明智.煤矿含悬浮物矿井水净化处理 技术探讨[J].能源环境保护,20001. [2]高亮,刘雨忠,周如禄,等.矿井水净化及资源化成套技 术与装备的开发[J].能源环境保护,20041. [3]高亮.我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势 [A].现代煤炭科学技术理论与实践[c].北京煤炭工 业出版社.2007.。 作者简介郭中权1973一,男,安徽肥西人,高级工程师,主要从事煤矿矿井水和煤矿生活污水科研、工程设计方面的工作o T e l057182714853,Em ai lgz ql63163.cor n 收稿日期20080318;责任编辑朱拴成 5