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煤矿废水处理工艺及应用分析论文

时间:2018-09-03 理工毕业论文 我要投稿

  长期以来,大规模的煤炭开发利用给当地的生态环境造成了严重破坏,尤其在煤矿开采过程产生大量废水,对周边自然水体和土壤构成了严重威胁。据调查,不考虑废水利用,我国每年外排矿井废水约22 × 108m3。大量煤矿废水排放不仅给水资源缺乏的当地带来巨大供水压力,而且对周边地下水、地表水和土壤造成严重污染。因此,对煤矿废水的治理势在必行。

  1 煤矿废水来源及分类

  1. 1 煤矿废水的来源

  煤矿废水在煤矿建井和煤炭开采过程中,由地下涌水、防尘洒水、设备冷却水等汇集而成。其水质取决于矿区地质环境和煤层矿物成分。一般而言,煤矿废水主要来源于地下涌水,因此污染程度较轻,水质与一般城市污水性质类似,但其中含大量悬浮物和矿化物。

  1. 2 煤矿废水的分类

  煤矿废水按其污染程度可以分为洁净废水、悬浮物废水和高矿化度废水三种。洁净废水水质较好,经过简单的消毒处理后可直接作为工业用水或生活饮用水,甚至经过深度处理后制成矿泉水; 含悬浮物废水通过混凝沉淀、过滤消毒等处理工艺后才可排放或回用; 高矿化度废水含有大量无机盐,矿化度一般在1000mg /L 以上,且硬度较高,须经过脱盐处理。

  煤矿废水按pH 值可以分为酸性废水( pH < 6. 5)、中性废水(6. 5 < pH < 8. 5)、碱性废水( pH > 8. 5) 三大类。我国中部和北方地区煤矿废水多呈中性或弱碱性,南方地区存在一定的酸性废水。酸性煤矿废水中铁、锰等重金属含量较高,总硬度和矿化度较高。其传统处理方法采用聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺( PAM) 进行石灰中和沉淀法,另外,利用高分子生物絮凝剂处理酸性废水也是目前的研究热点之一。

  2 煤矿废水常见处理工艺

  20 世纪70 年代末,我国开始对煤矿废水进行处理,常见的处理工艺流程为混凝、沉淀、过滤、脱盐和消毒等,处理出水作为生产或生活用水。

  2. 1 洁净废水、含悬浮物废水的处理

  洁净废水、含悬浮物废水常见的处理工艺流程如图1所示。废水经调节池去除废水中较大颗粒悬浮物,经泵房提升后进入澄清池或沉淀池,在池前投加混凝剂和絮凝剂以去除废水中胶体态悬浮物,经沉淀后自流进入滤池过滤,然后消毒,出水回用或达标排放; 调节池、澄清池和滤池产生的底泥经污泥浓缩后压滤成泥饼外运。

  处理中混凝剂和絮凝剂的选择至关重要。PAC 效果好,且成本低采用较为广泛,但因其对生物体的毒害作用,从而推进了铁盐的应用。聚合铝铁(PAF) 和聚合氯化铝铁(PAFC)是目前较为常见的铁盐。前者腐蚀性较强且出水带褐色,故需慎重选取,而后者各方面具有较好的效果,成为聚铝和聚铁的替代品。PAM 良好的吸附和架桥作用成为目前首选的絮凝剂。

  沉淀池(澄清池)和过滤是处理流程中的主要处理单元。常见的沉淀池有斜板( 管) 式沉淀池和平流式沉淀池。常见的澄清池有机械加速澄清池和水力循环澄清池。常见过滤设施有普通快滤池和重力式无阀滤池。各种构筑物在其负荷、占地、水质适应性、施工容易度、造价等方面各有利弊,在选用时宜根据当地条件进行选取。

  2. 2 高矿化度废水的处理

  高矿化度煤矿废水一般在图1 处理工艺流程基础上增加脱盐工艺,其关键在于脱盐。硫酸盐和硬度的去除是除盐的难点。常见的脱盐方法有离子交换法、热力法和膜分离法等。常见的3 种脱盐方法的原理、适应范围及其优缺点见。

  各种脱盐方法使用条件不同,实际处理过程中可根据废水水质、当地自然、地理和经济等条件进行合理选用。

  2. 3 酸性煤矿废水的处理

  酸性煤矿废水危害矿井安全、严重污染生态环境和处理困难,一直为环境工作者研究的热点和难点。目前,针对酸性煤矿废水的处理主要有中和法、微生物法和人工湿地法。

  3 工程案例分析

  实际的煤矿废水中,悬浮物、矿化度、酸性等水质常常表现为2 ~ 3 种同时出现,因此在处理此种较为复杂的煤矿废水时需要引起足够重视。

  3. 1 含悬浮物和高矿化度矿井水的处理

  银洞沟煤矿位于宁夏回族自治区固原市六盘山下的彭阳县境内,属于水资源相对较匮乏地区,将矿井水净化处理后可作为矿井的生产、生活水源。该工程自2012 年11月完工投产以来,每天可产出2000m3 脱盐产品水,基本上解决了矿井生产和生活用水的需求。银洞沟煤矿废水采取间歇排放,水量为3000m3 /d,其水质指标见表3。该废水悬浮物含量不稳定,悬浮物浓度差异也较大,悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢。悬浮物颗粒粒径较小,平均只有2 ~ 8μm,约85% 的粒径在50μm以下,煤粉平均密度仅有1. 3 ~ 1. 5g /cm3 ,远低于地表水系中泥沙颗粒物平均密度(2. 4 ~ 2. 6g /cm3 )。该废水中矿化度(无机盐总含量) 大于1000mg /L, 主要含SO2 -4 、Cl -、Ca2 +、Mg2 +、K +、Na +、HCO -3等离子,硬度相应较高,水质多数呈中性或偏碱,带苦涩味。另外,由于井下综采设备的机油及乳化油等污染,废水中含有少量的油类。银洞沟煤矿含悬浮物和高矿化度矿井水的处理工艺流程图。

  其进水中颗粒物主要呈胶体态物质且密度较小,2 次投加混凝剂后有利于形成大颗粒矾花,通过斜管沉淀去除,然后辅以多种过滤设施。对溶解性离子的去除主要通过反渗透工艺单元。经上述工艺处理后,其反渗透出水水质指标。该煤矿废水处理成本为4. 96 元/m3 ,其中人工费0. 55元/m3、电费1. 67 元/m3、药剂费1. 20 元/m3、维护及折旧费1. 54 元/m3。

  3. 2 高盐、高铁酸性矿井水的处理

  汾西矿业集团公司下属煤矿废水为典型的高盐、高铁酸性废水,其水质情况见表5。针对该水质情况,提出了矿井水处理工艺。该煤矿废水为间歇排放,水量为1800m3 /d,pH 值为2. 63。处理中采用纯碱(NaCO3) 作为中和药剂降低其酸性从而有利于Fe2 + 氧化,然后通过混合和斜板沉淀去除Fe3 + ; 通过锰砂过滤去除Mn2 + 和未氧化的部分Fe2 + ; 通过反渗透RO 去除溶解性的离子,水的回收利用率约为75%,出盐率为99. 5%,最后通过ClO2消毒去除微生物。

  酸性废水直接影响混凝效果,因此工艺开始即对pH 值进行调节,通过样氧化作用使其低价离子氧化成高价离子,然后通过混凝沉淀过滤得以去除部分离子,溶解态离子则通过RO 去除。经上述工艺处理后,其出水水质。通过上述两个工程实例比较可以看出,银洞沟煤矿废水,由于悬浮态物质含量较高,导致其总出水中离子( 主要为悬浮态)含量仍然较高,TDS 的去除率为81. 2%; 汾西矿业集团公司下属矿矿井废水,虽然TDS 含量远远高于银洞沟煤矿废水中TDS,但其悬浮物含量仅为59mg /L,经pH值调节后混凝沉淀过滤的效果较好,TDS 的去除率高达99. 7%。由此看出,实际废水中悬浮物形态含量是影响其脱盐效果的关键因素,同时也说明,酸性废水处理中pH 值的调节的重要性。

  4 结语

  面对日益严峻的水资源短缺和水环境恶化问题,采用技术可行、经济合理的废水处理工艺是当今污水治理发展的必然趋势。煤矿废水处理应充分依据废水水质,提出相应的处理构筑物,在选取混凝剂、絮凝剂和中和药剂时要综合考虑技术和经济因素,最后制定出较为合理可行的工艺处理流程,并在考虑达标排放的同时考虑其回用,这样既为矿区提供新的水源,减小水资源利用压力,又可;た笄鼙咚搴屯寥阑肪,实现可持续性发展。

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