贵州煤矿区矿井水水质特点及处理工艺探讨
2023-07-28
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第26卷5期 2014年5月 doi:10.3969 ̄.issn.1674—1803.2014.05.12 中国煤炭地质 C0AL GE0L0GY 0F CHINA Vo1.26 No.05 Mav. 2014 文章编号:l674—1803(2014)05-0049-04 贵州煤矿区矿井水水质特点及处理工艺探讨 高建国 ,王大州 (1.贵州省煤矿设计研究院,贵州贵阳550025; 2.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550025) 摘要:根据贵州不同煤矿区矿井水的水质特征,将矿井水分为含悬浮物矿井水、酸性含铁锰矿井水和非酸性含铁 锰矿井水三大类,并总结出各类矿井水的分布规律。矿井水的水质特点及类型决定了矿井水应采取的处理工艺。 工程实践表明:含悬浮物矿井水宜采用混凝沉淀+过滤工艺进行处理;酸f生矿井水铁锰含量高,宜采用中和+混凝沉 淀+过滤工艺处理,用浓度为5%的高锰酸钾浸泡过的锰砂作为滤料能减少矿井水处理站的启动时间;非酸性含铁 锰矿井水适宜采用混凝沉淀+锰砂过滤工艺进行处理。选择合适的处理工艺对于确保矿井水达标排放,减轻环境 污染具有重要意义。 关键词:矿井水;特征;分类;处理工艺;混凝沉淀;锰砂过滤;贵州 中图分类号:x751 文献标识码:A Discussion on Mine Water Quality Characteristics and Treatment Techniques in Guizhou Coalmine Areas Gao Jianguo ,Wang Dazhou。 (1.Guizhou Coalmine Design and Research Institute,Guiyang,Guizhou 550025;2.State Key Laboratory of Environmental Geochemisty,Irnstitute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guiyang,Guizhou 550002) Abstract:Based on mine water quality characteristics in different Guizhou coalmine areas,can divide mine water into three categories, namely suspended solids containing mine water,acidic ferromanganese containing mine water and non—acidic ferromanganese contain— ing mine water,and summed up distribution pattern of mine water categories.Water quality characteristics and types determine treat— ment techniques.The engineering practice has shown that suspended solids containing mine water preferable to use coagulating sedi— mentation plus filtration process;acidic mine water containing high content of ferromanganese,preferable to use neutralization plus CO— agulating sedimentation plus fihration process.using 5%concentration potassium permanganate soaked manganese sand as filtering material can reduce starting time of mine water treatment station;non—acidic ferromanganese containing mine water preferable to use coagulating sedimentation plus manganese sand filtering process.To select preferable treatment process is essential to ensure mine wa— ter drainage on standard and reduce environmental pollution. Keywords:mine water;characteristics;classiifcation;treatment techniques;coagulating sedimentation;manganese sand filtering;Gui— zhotl 0引言 矿井水是煤炭开采过程中的外排水。在采矿过 程中,地下水与煤层、岩层接触并发生了一系列的物 理、化学和生化反应,煤层、围岩中的有毒元素进人 矿井水中,如不处理直接排放将污染水体,破坏生 态环境 ~I。近年来,我国在高悬浮物、高铁锰、高矿 化度矿井水处理技术以及矿井水井下处理就地复用 和自动化控制方面取得了新进展,不同矿区因地制 宜地选择矿井水处理方法,能较大程度地提高矿井 水的利用率,同时可降低对环境的污染I4-51。本文收 作者简介:高建国(1985一),男,山东潍坊人,T程师,硕士,主要从 事环境污染防治及生态修复方向研究。 收稿日期:2013一l2—06 集贵州不同煤矿区的矿井水资料,总结矿井水的水 质特点和分布规律,对贵州矿井水处理站的设计和 运行具有一定的指导意义。 1矿井水质特点及分布特征 按照矿井水的水质类型特征可将矿井水分为洁 净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性 矿井水和含微量元素或放射性元素矿井水5类 。 。 根据贵州158处煤矿矿井水水质结果统计(表1),盘 县盘关向斜西翼、威宁结里、辅处、赫章妈姑以及毕 节海子街、纳雍维新、姑开等地,一般为含悬浮物矿 井水,主要污染物质为悬浮物、COD。悬浮物主要是 煤粉和岩粉,经井下水仓自然沉淀之后,颗粒较大的 悬浮物得以去除,抽到地面后的矿井水中悬浮物的 责任编辑:樊小舟 粒径绝大部分都在501xm以下,其浓度一般为每升 5期 高建国,等:贵州煤矿区矿井水水质特点及处理工艺探讨 5 1 政府已明确禁止高砷煤的开采,但对废弃矿山缺乏 有效治理措施,废弃矿井酸性矿井水的排放已对矿 区周边环境造成严重污染影响 。 贵州酸l生矿井水分布区域地表水体污染的主要原因 之一,如凯里重安江上游河段因不达标的煤矿废水 排人,导致地表水污染严重,河流沿岸区域采用受污 染的河水灌溉农田,致使废水污染流域内水稻、蔬菜 等农产品中重金属出现不同程度的超标 。因此选 盘县响水、佳竹箐、纳木羊场及水城、纳雍、郎 岱、六枝、大方、黔西、金沙、晴隆、遵义、桐梓一带水 质一般为中性一偏酸性,Fe浓度一般2 ̄20mg/L,为非 择合理的矿井水处理工艺对于确保矿井水达标排 放,减轻环境污染具有重要意义。 酸性含铁锰矿井水,其他有毒有害重金属离子含量 相对较低,在喀斯特煤矿区离子强度及矿化度相对 偏高(图1)。 3矿井水处理工艺 3.1含悬浮物矿井水处理工艺 2矿井水处理现状 贵州省现有矿井1 738处,其中规模以上矿井仅 占13.5%,大部分为中小矿井。由于部分中小矿井 国内外常用的含悬浮物矿井水处理工艺为混 凝+沉淀+过滤T艺(图2),该工艺成熟、可靠,出水 稳定,同样也适用于贵州含悬浮物矿井水的处理。 存在建设、管理不规范、环保意识薄弱等问题,造成 矿井水未经处理或经简单混凝沉淀处理后就直接排 放。贵州省内矿井水处理站实际运行情况表明,对 混凝剂可选用聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、 明矾(KA)、硫酸铝(A12(SO )3)和三氯化铁(FeC”),助 凝剂选用PAM,滤池主要有普通快速滤池、虹吸滤 池和无阀滤池,滤料主要为石英砂。工程实践表明, PAC和PAM酉己比10:1~30:1,投力口量20~60mg/L,GT 于水质成分相对简单的含高悬浮物矿井水(例如盘 县山脚树矿、大方县小屯煤矿、盘县祥兴煤矿等)混 凝沉淀T艺能使悬浮物、COD和石油类得到有效去 除,能确保矿井水达标排放。但对于Fe、Mn含量较 高的酸性矿井水,混凝沉淀T艺对悬浮物去除效率 尚可,但对Fe、Mn等重金属离子处理效果较差。矿 井水处理工艺选择不合理或不处理直接排放是造成 IPAC AM 值10000左右,可确保浊度的去除率高达95%以 上。在实际工程中,为确保有较好的出水效果,建议 通过正交混凝试验,并通过极差分析确定混凝的最 优化条件。 相对于常规的混凝+沉淀+过滤工艺,近几年发 矿井水——一一. 至垂垂 ]—王-. 垂 []_——’[垂垂 ]卜—一. 雯 []_+利用 图2混凝沉淀处理工艺流程 Figure 2 Process low fof coagulating sedimentation 展起的混凝+膜分离组合工艺是在混凝沉淀的基础 上采用选择透过性的薄膜将悬浮物与水分离的技 术,该 [艺可在不投加消毒剂的情况下使矿井水达 富含铁、锰等金属离子,可变废为宝综合利用来生产 氧化铁红和聚合硫酸铁。但微生物法存在处理速度 慢,要求反应器的体积大,投资高、管理复杂等弊端 [27 31],到饮用水水质标准t16-171,可作为深度处理后综合利 用工序,但不适用于大水量矿井水的处理。 3.2酸性矿井水处理工艺 且由于贵州地区酸性矿井水成分复杂,常含有 一些对微生物具有抑制作用的重金属离子,从而造 成微生物单元系统运行困难,造成污染物去除效率 低。 中和+混凝沉淀+锰砂过滤法是采用碱性物质 中和反应去除矿井水中的酸性物质,添加混凝剂使 得悬浮物发生沉淀而去除,通过过滤工序进一步去 除铁、锰离子,该方法因工艺简单、处理效果好而成 酸性矿井水的处理工艺主要有人工湿地法、微 生物处理法、中和+混凝沉淀+过滤法等。人工湿地 生态系统处理法f简称人工湿地法)是近几十年发展 起来的一种污水处理技术,具有投资省,运行费用 低,易于管理等优点,在欧美一些国家已广泛应用, 如英国Cornwell矿山,美国也有400多座矿山采用人 工湿地处理酸性矿井水” 。但该工艺需要较大的 占地面积,贵州地处西南山区,受地形限制布置湿地 系统难度大,难以大面积推广。微生物处理法 为目前酸性高铁锰矿井水常用的处理方法,也是最 为适合贵州省酸性矿井水水质的处理工艺。贵州兴 仁某煤矿采用混凝沉淀+锰砂过滤工艺(图3)去除 高Fe、Mn酸性矿井水取得较好的效果(表2)。 矿井水处理站运行实践表明,酸性矿井水污染 是利用硫酸盐还原菌和氧化亚铁硫杆菌在酸性条件 下将矿井水中的Fe 氧化成Fe“而随沉积物沉积以 去除矿井水中铁、锰等金属离子的方法,因沉积物中 物的去除效果受pH、絮凝剂选择、滤料及水力条件 等多种因素的影响。pH为6.5~9有利于混凝沉淀和 52 中国煤炭地质 第26卷 矿井水— J 滤液 。. 污泥外运聿’ Fe 352 利用・—[一 /mg’L一 图3兴仁某煤矿矿井水处理工艺流程 Figure 3 Mine water treatment process low fin a Xingren coalmine 表2兴仁某煤矿矿井水处理效果表 Table 2 Mine water treatment effect in a Xingren c0almine 监测项目污水处理站进口水质 污水处理站出口水质 pH 2.64 7.23 SS 368 28 COD 64 25 Mn 232 As 0.003 2 F一 4.5 O盘 石油类 0.50 0.12 0.8 0_3 0.0007 Fe的去除,PAC与PAM混合使用可以取得较好的混 凝沉淀效果,悬浮物去除效率高。混凝沉淀对铁也 有一定的去除效果,但对锰的去除效果不明显。锰 砂滤料一般需要1个月以上的时间形成活性滤膜后 和电吸附法等。 3.3非酸性含铁锰矿井水处理技术 非酸性含铁锰矿井水中污染物质介于含悬浮物 矿井水和酸性矿井水之间,主要污染物质为Ss、 COD,同时Fe浓度一般在2~20mg/L,适宜采用混凝 沉淀+锰砂过滤工艺进行处理。矿井水中ss和COD 主要通过混凝沉淀T序去除,而Fe的去除主要依靠 锰砂过滤工序。由于过渡区非酸性含铁锰矿井水为 中性一偏酸性,因此不需进行中和处理。Fe为2~ 才能对Fe、Mn离子有效去除,而用5%高锰酸钾浸泡 过的锰砂能使锰砂滤料的表面快速形成活性膜,大 大缩短了滤料的成熟期,减少矿井水处理站的启动 时间。除滤料外,滤速和滤层高度也会影响污染物 的去除效率。一般情况下,滤速7~10m/h,滤层高度 应在75cm以上时对污染物的去除效果最佳。混凝 20mg/L且主要以Fe“形式存在,因此一般也不需要 进行曝气处理。六枝特区某煤矿为非酸性含铁锰矿 沉淀工序对氟化物也具有30%左右的去除效率,出 水能够满足排放标准,若中和剂选用石灰(石),则 井水,采用混凝沉淀+锰砂过滤工艺(图4)能使矿井 水中污染物质得到有效去除(表3)。 F一去除效率能达80%以上。如若达到更高水质要 求,需进行深度处理,常用的方法有吸附法、膜过滤 矿井水 利用 一 图4六枝特区某煤矿矿井水处理工艺流程 Figure 4 Mine water treatment process low ifn a Luzhi special zone coalmine 表3六枝特区某煤矿矿井水处理效果表 Table 3 Mine water treatment effect in a Luzhi special zone coalmine 4结论 ①贵州煤矿区矿井水有含悬浮物矿井水、酸性 矿井水以及非酸性含铁锰矿井水三大类。 艺处理,用浓度为5%的高锰酸钾浸泡过的锰砂作为 滤料能减少矿井水处理站的启动时问,并能确保污 染物的去除效率。 ②含悬浮物矿井水宜采用混凝沉淀+过滤_丁艺 进行处理,PAC与PAM配合投加更有利于矿井水中 悬浮物的去除。 ④非酸性含铁锰矿井水宜采用混凝沉淀+锰砂 过滤工艺处理,一般情况不需进行中和沉淀,铁锰离 子通过锰砂过滤能得到有效去除。 (下转第67页) ③酸性矿井水宜采用中和+混凝沉淀+过滤工 5期 丁同福,等:浅水湖泊水上煤田钻井液污染分析 l0l—l02. 67 散初期其浓度迅速减少,且水流整体流速越大,则钻 井液扩散越快,在扩散后期钻井液会形成高浓度聚 集区,钻井液浓度的衰减变慢,当流入水体的钻井液 总量相对于水体总量很小时,钻井液浓度将很快降 低以至达到各项环境指标与原水的基本一致。 参考文献: 【1]韩广德.中围煤炭 业钻探T程学[M1.北京:煤炭_r业出版社, 2000. 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