煤矿酸性废水处理技术的应用研究.pdf

煤矿酸性废水处理技术的应用研究 * 康媞胡文陈守应 贵州省楚天环境工程技术研究中心，贵阳 550081 摘要 为了寻求对于煤矿酸性废水的经济适用处理技术， 利用石灰中和沉淀法和石灰石中和法分别在贵州省织金县凤 凰山地区废弃煤矿及贵阳市花溪区猫冲煤矿废水处理工程中进行应用研究， 前者处理后出水 pH 平均值为 8. 06、 TFe 浓度平均值为 0. 66 mg/L、 TMn 浓度平均值为 0. 85 mg/L， 工程运行费用为 1. 06 元 /t 废水; 后者处理后出水 pH 平均值 为 5. 99、 TFe 浓度平均值为 177. 76 mg/L、 TMn 浓度平均值为 8. 48 mg/L， 工程运行基本没有费用。从两个技术应用的 水质情况及运行情况分析， 两个技术有其相应的适用性。 关键词 石灰中和沉淀;石灰石中和;煤矿酸性废水;应用技术研究 THE APPLIED RESEARCH ON COAL MINE ACID WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGY Kang TiHu WenChen Shouying Chutian Environmental Engineering Technique Research Centre of Guizhou Province，Guiyang 550081，China AbstractTo seek for affordable treatment technology of coal acidic waste water，The lime neutral sediment and the limestone neutral are used for the coal mine acid waste water treatment projects in Fenghuangshan Area of Zhijin County and Maochong coal mine in Guiyang Huaxi District respectively． The ers quality of the treated water average pH is 8. 06，that of TFe and TMn is 0. 66 mg/L and 0. 85mg/L respectively． And the running cost of the project is 1. 06 yuan/t;the latters quality of the treated water average pH is 5. 99，and that of TFe and TMn is 177. 76 mg/L and 8. 48mg/L respectively， and no running cost of the project． Which shows that both s have their corresponding applicability． Keywordslime neutral sediment ;limestone neutral ;coal mine acid wastewater;applied technology research * 贵州省科技厅省 级环境工程技术中 心 资 助 项 目 黔 科 合 社 G 字 ［ 2011］ 4005 。 煤及煤化工是贵州的重要产业， 但是在煤炭开采 过程中对环境会产生较大的影响， 特别是贵州省大量 煤矿矿层含硫量较高的情况下， 产生的煤矿废水呈酸 性， 且铁锰浓度较高， 据估计该类废水占全省煤矿废 水的比例达到 40 左右， 对于该类废水的有效治理 对贵州省煤及煤化工产业的可持续发展具有重要意 义。为了寻求对于煤矿酸性废水的经济适用技术， 本 研究在贵州省织金县凤凰山地区废弃煤矿矿井废水 及贵阳市花溪区猫冲煤矿废水处理中分别应用石灰 中和沉淀法及石灰石中和法对酸性水进行处理。 1工程概况 织金县凤凰山地区废弃煤矿废水处理工程设计 处理能力为12 000 m3/d。设计进水水质见表 1。贵 阳市花溪区猫冲煤矿废水处理工程设计处理能力为 30 m3/d。 设计进水水质见表 2。设计出水水质应达 到 GB 204262006煤炭工业污染物排放标准 和 DB 52 /121999贵州省环境污染物排放标准 一级 标准， 见表 3。 表 1凤凰山地区废弃煤矿废水设计进水水质 mg/L pH 除外 pHSS总铁总锰 2 ～ 320030020 表 2花溪区猫冲煤矿废水设计进水水质 mg/L pH 除外 pHSS总铁总锰 2 ～ 3200350 ～ 5008 ～ 15 表 3设计出水水质 mg/L pH 除外 pH悬浮物 SS总铁总锰 6 ～ 9≤50 ≤1 ≤4 64 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 2工艺设计 针对以上处理要求， 织金县凤凰山地区废弃煤矿 废水处理工程设计处理工艺流程如图 1 所示。 选用石灰作为中和沉淀剂， 其优点是工艺简单、 操作方便， 出水 pH 值能达到标准， 除铁效率比石灰 石中和法高 ［1］。 图 1石灰中和沉淀法工艺流程 在经过石灰调节 pH 至 9 左右后， 进行鼓风曝气， 将二价铁的羟基络合物氧化为三价铁的羟基络合物， 三价铁羟基络合物不稳定， 容易在水中进一步水解， 反应中 H2O 分子中的 H 不断被释放， 因而使 pH 下 降 ［2］。三价铁羟基络合物可不断形成多核络合物， 直至形成稳定的氢氧化铁沉淀， 除铁除锰净化器对二 沉池出水中残留的铁锰做进一步的处理。废水在系 统中总的停留时间为 9 ～ 10 h。 贵阳市花溪区猫冲煤矿废水处理工程设计处理 工艺流程如图 2 所示。 图 2石灰石中和法工艺流程 主反应池中填充石灰石， 经过主反应池处理后产 生的沉积物收集于集泥槽中， 定期排入浓缩池， 外运 处置。主反应池划分为 7 个处理单元， 依次分别填 充 大粒径石灰石颗粒、 中粒径石灰石颗粒、 小粒径石 灰石颗粒， 废水中的重金属离子可通过化学沉淀、 吸 附 － 共沉淀等作用得以去除。废水在系统中总的停 留时间为 4 ～ 5 d。 3工程处理情况 3. 1处理效果 织金县凤凰山地区废弃煤矿废水处理工程于 2010 年 11 月 7 日建成并通水调试， 经过两周的工程 调试及试运行， 处理后出水达到设计标准。调试及试 运行期间水质情况见表 4。 表 4工程调试水质情况 mg/L pH 除外 日期 进水出水 pHTFeTMnpHTFeTMn 2010- 11- 102. 94210. 637. 559. 321. 541. 17 2010- 11- 112. 83262. 508. 599. 030. 670. 84 2010- 11- 122. 91312. 327. 057. 660. 402. 11 2010- 11- 132. 86277. 149. 368. 690. 420. 30 2010- 11- 142. 98211. 397. 017. 060. 610. 33 2010- 11- 153. 12264. 568. 447. 640. 620. 30 2010- 11- 162. 92268. 667. 347. 380. 650. 23 2010- 11- 272. 87315. 9216. 49. 120. 591. 17 2010- 11- 282. 82299. 9913. 390. 691. 31 2010- 11- 303. 12272. 777. 157. 370. 751. 24 2010- 12- 022. 97299. 998. 027. 740. 590. 72 2010- 12- 032. 92288. 1811. 577. 960. 551. 51 2010- 12- 112. 74289. 2110. 297. 790. 600. 43 2010- 12- 132. 94255. 3111. 118. 130. 540. 30 平均值2. 92273. 479. 528. 060. 660. 85 工程调试中开始加入石灰量为 1. 2 kg/m3污水， 结果出水 pH 偏高， 超过了出水标准， 后调整石灰加 入量为 1. 0 kg/m3污水后， pH 控制在 6. 0 ～ 9. 0 之 间。出水总铁、 总锰浓度平均值均在 1. 0 mg/L 以下， 总铁、 总锰平均去除率分别为 99. 76 和 91. 07 。 贵阳市花溪区猫冲煤矿废水处理工程于 2011 年 建成运行， 运行期间水质情况见表 5。 3. 2运行费用 织金县凤凰山地区废弃煤矿废水处理工程采用 下转第 69 页 74 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 定在较高水平。 2 解吸时， 塔底 通空 气解 吸 气体中 SO2含 量 40‰ 高于解吸塔底封闭时 SO2含量 30‰ ， 说明 有机胺中 SO2的解吸属于气膜控制。 3 本实验解吸气体中 SO2含量达到了 40‰ ～60‰， 可基本满足 SO2的回收要求。可混入工业制取硫酸的 SO2主流气体， 不会明显冲淡主气流的 SO2浓度。 综上所述， 本实验中的解吸气体中的 SO2浓度可 满足硫酸转化系统的 SO2回收浓度要求， 最佳的工艺 条件解 吸 时 塔 底 通 空 气，乙 二 胺 浓 度 0. 3 ～ 0. 4 mol/L， 吸收液初始 pH 7. 3 ～ 8. 0， 液气比L/G 1. 0， 解吸温度为 100 ℃ 。 参考文献 ［1］国家环境保护总局． 中国环境报 ［N］． 2006- 6- 30． ［2］张魏魏． 石 灰 石石膏湿法烟气脱硫技术［J］． 环境 科 技， 2008， 21 2 90 ～ 92． ［3］钟秦． 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］． 北京 化学工业 出版社， 2007 24- 162． ［4］王乃光， 阿娜尔， 刘启旺， 等． 有机酸盐强化石灰石湿法烟气脱 硫试验研究［J］． 中国电机工程学报， 2008， 28 17 61- 65． ［5］杨毅， 岑祖望． 可资源化活性焦烟气脱硫技术简介［J］． 硫酸工 业， 2007 1 46- 49． ［6］梁大明． 活性焦干法烟气脱硫技术［ J］ ． 煤质技术， 2008 6 48- 51． ［7］刘瑜， 康世富． 可再生胺法脱硫技术的应用［J］． 硫酸工业， 2007 1 39- 45． ［8］王智友， 陈雯， 耿家锐． 有机胺烟气脱硫现状［J］． 云南冶金， 2009， 38 1 39- 42． ［9］周长城， 汤志刚． 乙二胺 /磷酸溶液吸收 SO2的实验研究［J］． 精细化工， 2003， 20 8 409- 512． ［ 10］武汉大学． 分析化学［M］． 4 版． 北京 高等教育出版社， 2000． ［ 11］尤铁学． 碘量法标定二氧化硫和甲醛标准贮备溶液的改进 ［J］． 化学试剂， 2008， 30 6 447- 448． 作者通信处杨志平510640广州市天河区五山路华南理工大学 逸夫工程馆 119 室 电话 020 87111814 E- mailyzp205 126. com 2011 － 12 － 05 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 47 页 表 5工程运行水质情况 mg/L pH 除外 日期 进水出水 pHTFeTMnpHTFeTMn 2011 － 02 － 152. 99385. 778. 155. 13194. 197. 95 2011 － 02 － 252. 93495. 1610. 306. 08198. 829. 42 2011 － 03 － 182. 98397. 069. 026. 25170. 057. 08 2011 － 04 － 223. 0309. 249. 766. 50147. 979. 49 平均值2. 97396. 819. 315. 99177. 768. 48 石灰中和法， 经核算每吨废水运行费用为 1. 06 元， 而 猫冲煤矿采用石灰石中和法， 基本没有运行费用。 4结果讨论 1从两个工程运行情况看， 石灰中和沉淀法在 设计参数满足要求时， 处理出水完全能够达标排放; 而石灰石中和法的处理出水超标严重。 2经对水质进一步分析， 凤凰山废弃煤矿酸性 废水中亚铁的浓度为 50 ～ 60mg/L， 而猫冲煤矿废水 中的亚铁浓度达到 191 ～ 198 mg/L， 故用石灰中和并 曝气能够将亚铁转化为三价铁离子， 利于铁离子的去 除， 而石灰石中和工艺缺少了曝气措施， 造成较高浓 度的亚铁无法转化为易沉淀的三价铁沉淀物质， 故出 水指标不能达标。在对煤矿酸性废水处理中， 应重点 关注亚铁离子的含量， 由于氢氧化铁、 氢氧化亚铁的 溶度积分别为 1. 1 10 － 36、 1. 64 10－ 14， 故工程中应 首先将亚铁氧化为三价铁， 才更能有效地去除铁。亚 铁离子的浓度决定了工程中采用的氧化措施的设计。 3石灰中和沉淀法的占地面积较石灰石中和法 小， 但运行费用较高， 在废水中亚铁含量不高且有场 地条件的情况下， 采用石灰石中和法更加经济适用， 并且能够做到无需人员管理。当亚铁离子含量较高 时， 采用石灰中和沉淀法能够确保达标排放。 4在要求对酸性废水进行低运行费用、 低管理 要求的情况下采用石灰石中和法时， 如果有一定量的 亚铁离子存在时， 可以结合人工湿地的处理技术， 在 反应池上种植植物， 根系通过释放氧气， 氧化分解根 系周围的沉降物 ［3］， 同时达到对 Fe Ⅱ 的氧化目的。 参考文献 ［1］孟君． 煤矿 酸 性 废 水 处 理 研 究 进 展［J］． 贵 州 化 工， 2009， 34 2 50- 51． ［2］龚书椿、 陈应新． 环境化学［M］． 上海 华东师范大学出版社， 1991． ［3］唐述虞． 铁矿酸性排水的人工湿地处理［J］． 环境工程， 1996， 14 4 5- 6． 作者通信处康媞550081贵阳市金阳新区金阳北路 7 号金北大 厦 10 楼 E- mailkitty106 163． com 2011 － 10 － 08 收稿 96 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期