矿山废水的处理与利用

第一节矿山废水污染第二节环境标准第三节煤矿矿井水处理与利用第四节水处理设备第五节矿井水的综合利用第二章矿山废水的处理与利用第一节矿山废水污染一矿山废水的概念在矿山范围内，从采掘生产地点、选矿厂、尾矿库、废石场、排土场等地点排出来的废水。全国煤矿外排矿井水每年约为22亿m3以上，大部分矿区的吨煤排水量约为2~4m3二矿山废水来源（一）矿井水在矿井开拓、采掘过程中渗入、流入、涌入和溃入井巷或工作面的水，统称为矿井水。矿井水大气降水地表水含水层水断层水采空区水断层破碎带是地下水的通道和汇集带，沿断层破损带可沟通各个含水层，并与地表水发生水力联系，形成断层水前期生产形成的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而汇积的地下水。来源：镉与含羟基、氨基、巯基的蛋白质分子结合，能使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能。二矿山废水来源（二）废石场淋滤水据2005年统计，我国煤矸石年排放量可达1.5亿吨，利用率为43%，历年积存的煤矸石20亿吨，大量的煤矸石堆积成煤矸石山。煤矸石中的黄铁矿经过风化及大气降水的长期淋溶作用，形成的硫酸或酸性水离解处有毒有害元素，如镉、汞、铅、砷等渗入地下。铀矿石的开采和冶炼加工中产生带有天然放射性元素，如铀、镭等的废渣和尾矿等固体废物。二矿山废水来源（三）选矿废水1、来源：（1）碎矿过程中湿法除尘的排水,碎矿及筛分车间、胶带走廊和矿石转运站的地面冲洗水。（2）选矿废水。含大量悬浮物的选矿废水,通常经沉淀后澄清水回用于选矿，沉淀物根据其成分进入选矿系统后排入尾矿系统。（3）冷却水。碎、磨矿设备冷却器的冷却水和真空泵排水。这类废水只是水温较高,往往被直接外排或冷却后回用于选矿。（4）石灰乳及药剂制备车间冲洗地面和设备的废水2、特点水量大，悬浮物含量高，有害物种类多等特点，主要有害物质有重金属和选矿药剂3、对环境影响悬浮固体淤塞河道有毒药剂使水体气味变臭鱼虾减少异味变形，有毒金属造成水体污染，在鱼和农作物中富集对人体危害。三矿山废水的特点利用率低，排放量大，持续时间长污染范围大，影响地区广成分复杂，浓度极不稳定矿井废水的特点全国煤矿年排矿井水约45亿吨，一般吨煤排放2.5m3矿井水。选矿方法处理1t矿石（原矿石）废水排放量浮选法3.5~4.5t浮选-磁选6-9t全国外排矿井水的利用率不足23%，远低于发达国家的80%利用率。有机污染物油类污染物酸、碱污染物无机污染物三矿山废水的特点主要污染物碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素等。Hg、Cd、Pb、Cr、Cu的化合物，放射性元素及砷、氟、氰化物等。（一）危及人体健康及动植物的生存水中含有的微生物和病毒，会引起各种传染病的蔓延饮用水中含有氰化物、砷、汞、有机磷等有害物质时，会引起中毒事故。矿山水体污染严重时排入河流、湖泊，还会影响水生植物的生长，甚至造成鱼虾绝迹。四矿山废水污染的危害我国江西某铜矿，由于矿区的酸性水大量排入附近的交集河，致使排放口以下5km河段内，河水呈酸性，河中鱼虾绝迹，水草不生，称为一条典型的“死河”。四矿山废水污染的危害（二）危害工农业生产矿井废水对农业生产的危害相当严重，酸性水侵入农田或用于灌溉会导致农作物不能正常生长，甚至枯萎死亡矿山废水对工业生产带来严重危害。地面和地下水受到污染后，若使用污染水进行生产，往往会引起产品质量下降或造成设备腐蚀。广东某铅锌矿，过去层采用氰化钠作为铅锌分选的抑制剂，致使废水中含氰浓度大大超过排放标准，先后污染农田千余亩，并使数以万计的牲畜死亡。赣州开采稀土污染严重，破坏70%以上的耕地第二节环境标准是为维护环境质量、控制污染而制定的各种技术指标和准则的总称。环境标准我国水环境质量标准，执行《地面水环境质量标准》（GB3838-2001），该标准根据地表水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类。一地表水环境质量标准类别适用范围Ⅰ类源头水、国家自然保护区Ⅱ类集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。Ⅲ类集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、迂回通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。Ⅳ类一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区Ⅴ类农业用水区及一般景观要求水域五类地表水水域功能自2007年10月1日起，煤炭工业水污染物排放按《煤炭工业污染排放物标准》（GB20426-2006）执行。本标准规定了原煤开采、选煤水污染物排放限值。二煤炭工业污水排放标准选矿废水污染物排放限值序号污染物日最高允许排放质量浓度/（mg/L）（PH值除外）现有生产线新（扩、改）建生产线1pH值6~96~92悬浮物100703化学需氧量（CODCr）100704石油类1055总铁766总锰44以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。三非煤矿矿井水的处理与利用（P36）（一）来源：废石堆场、矿坑、选矿、尾矿废水（二）特点：PH值低，硫酸盐含量高，重金属离子，有机和油类污染物。（三）治理技术：中和沉淀法、硫化沉淀浮选法、人工湿地法、微生物法、离子交换法、萃取法等。采用石灰石或石灰作为中和剂进行中和处理，利用酸碱中和反应生成难溶于水的氢氧化物沉淀，净化污水，提高废水的PH值的治理技术。其他中和剂：苛性钠、纯碱中和沉淀法硫化沉淀浮选法利用硫化剂将水溶液中的金属离子转化为不溶性或难溶性沉淀，然后加入表面活性剂改变沉淀物的疏水性，疏水性沉淀物与起泡剂发生黏附上浮，从而达到去除或回收重金属离子的目的。反应方程式：常用的硫化物：Na2S、H2S、NaHS、FeS等•分离速度快•金属离子去除率高•沉渣含水率低优点•PH值难以控制•排放后不易达到国家标准•不经济缺点人工湿地法利用自然湿地生态系统中的物理、化学、生物的协同作用，通过沉淀、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除悬浮物。净化机理湿地植物：根系富集吸收。湿地基质：植物生长着床，循环过滤截留、生化降解。湿地集水管：循环过滤出水。来水格栅沉淀池湿地系统出水一高三低：高效率、低投资、低运转费、低维持技术1、简述选矿废水的来源、特点，以及对水环境的影响。2、请写出三种非煤矿矿井水的处理方法，并简述其概念。第三节煤矿矿井水处理与利用一煤矿矿井水分类矿井水洁净矿井水高悬浮物矿井水高矿化度矿井水酸性矿井水含特殊污染物矿井水相对于其他被污染的水而言，一般直接在井下涌水口通过管道抽出地表。矿化度低，总硬度低，PH值接近中性，有害离子含量低微或者未检出。洁净矿井水含有煤粉、岩粉。特点：悬浮物颗粒密度小、沉降速度慢；悬浮物含量高，每升达数千或数万毫克；往往含有大肠菌数和细菌数也较高。高悬浮物矿井水也称苦咸水，含有较高的可溶性盐类及悬浮物质，含盐量达到1000mg/L，甚至达到10000mg/L。特点：（1）含有SO42-、Cl-、Ca2+、K+、Na+等离子（2）呈中性或偏碱，带苦涩味，少数为酸性。微咸水1000~10000mg/L分类：咸水10000~50000mg/L高矿化度矿井水导致矿化度高的因素：（1）被采煤层中含有大量碳酸盐矿物及硫酸盐类矿物；（2）地区干旱，降水量少，蒸发量大，地下水补给不足，使得矿井水盐分浓缩；（3）开采高硫煤层，因硫化物被氧化产生游离酸，与碳酸盐发生各种酸碱反应；（4）矿区处于沿海地带，地下咸水侵入煤田。PH6.5酸性矿井水含特殊污染物的矿井水含有毒、有害元素（氟或铅）或放射性元素（镭和铀）等当地煤矿特征污染物的矿井水。特点：中性或弱碱性，低矿化度，无有毒有害元素或者其含量很低，基本符合生活饮用水的标准。注意：设专用输水管给予利用二洁净矿井水的处理与利用中性，含盐量1000mg/L，金属元素微量或未检出，不含有毒离子灰黑色，浑浊，细菌含量较多，悬浮含量100-400mg/L，粒径50μm以下85%，平均密度1.2-1.3g/cm3三含悬浮物矿井水的处理与利用水质特征名称粘土砂石石英湿细沙三合土无烟煤焦煤密度1.912.202.651.90-2.102.411.601.30有关物料的比重（单位：g/cm3）处理工艺井下水仓调节池过滤池澄清池清水池浓缩池提升泵站压滤机水塔生活饮用水外运流程一矿井水消毒加药处理工艺包括水和药剂的混合、反应及絮凝体与水的分离三个阶段。澄清池就是完成上述三个过程与一体的专门设备。井下水仓调节池沉淀池反应池过滤池浓缩池提升泵压滤机清水池生活饮用水外运流程二消毒加药含盐量大于1000mg/L主要来源于SO42-、Cl-、Ca2+、K+、Mg2+、HCO3-、Na+等离子四高矿化度矿井水的处理与利用水质特征混凝、沉淀、脱盐两种脱盐方法：电渗析脱盐技术、反渗透脱盐技术脱盐方案电渗析，是一种以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作。原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。原液工艺流程高矿化度矿井水地面蓄水池砂滤池沉淀池活性炭过滤池反应池电渗析投药清水池用户消毒剂反渗透膜：一种只允许水（溶剂）通过而不允许溶质通过的半透膜，反渗透的孔径大多≤10×104m。反渗透膜的基本要求：（1）单位面积膜的透水速度快，除盐效率高；（2）膜的机械强度答，耐压密；（3）膜的化学稳定性好，耐酸碱能力强，不易受微生物污染；（4）性能衰减慢，使用寿命长。姚桥煤矿高矿化度矿井水反渗透处理技术概况：井田中，构造断层较多，含水性、导水性不强，断层带较宽且存在局部突水的可能。1994年，涌水量为0.8×104~1.0×104m3/d。二期改、扩建工程投产后，将达到2.2×104m3/d。生活、生产综合用水量为6.6×103m3/d，其中工业用水量3.8×103m3/d，生活用水量2.8×103m3/d，硫酸盐含量2252.7mg/L案例工艺流程过滤器反渗透器贮水箱淡水预处理后矿井水泵浓缩水当电导率为4050μS/cm、硬度（以CaO计）为990mg/L的原水经反渗处理后，除盐率达91.6%，除硬度率达96.7%，最大回收率为50%。实验结果类型主要方法关键问题洁净矿井水悬浮物矿井水高矿化度矿井水酸性矿井水收集、提升、消毒混凝、沉淀、过滤、消毒去除悬浮物、脱盐投加碱性药物中和反应（1）根据原水水质和回用要求确定处理工艺（2）技术先进经济合理（3）污泥处理、浓水处理，不引起二次污染一改革工艺，抓源治本最根本、最有效从井下突水点直接抽排地下水，避免水流沿途岩（矿）粉的混入，减轻地面水的压力；选矿厂生产工艺采用无毒药品代替有毒药剂、选择污染度小的选矿方法第五节矿井水的综合利用二循环用水，一水多用采用循环供水系统，后处理后再次利用选矿废水的循环利用可以回收废水中残存的药剂，节约用药量。若上游工序产生的废水若能满足下游工序用水的水质要求时，不用新鲜水。三化害为利，回收利用思考题