矿井水研究报告

古交矿区矿井水研究报告————科学论文写作论文学生姓名：专业班级：学生学号：太原理工大学环境科学与工程学院古交矿区矿井水研究报告前言：水是生命之源，人类的生活与发展都离不开水，但地球上可供人类利用的水资源缺很少，因此我们应该在各个方面合理利用水资源。例如在煤炭开采过程中，地下水与煤层、岩层接触，加上人类的活动的影响，发生了一系列的物理、化学和生化反应，因而水质具有显著的煤炭行业特征：含有悬浮物的矿井水的悬浮物含量远远高于地表水，感官性状差；并且所含悬浮物的粒度小、比重轻、沉降速度慢、混凝效果差，我们将这种水称为矿井水：矿井水中还含有废机油、乳化油等有机物污染物。其中含有的总离子含量比一般地表水高得多，而且很大一部分是硫酸根离子。而且矿井水往往PH值特别低，常伴有大量的亚铁离子，增加了处理的难度。我国是个煤炭生产大国，煤炭开采方式以井工开采为主，约占煤炭总产量的94%。井工采煤的同时，为了确保井下安全生产，必须排放大量矿井涌水。矿井水一方面是地质灾害，严重威胁着矿井安全生产；另一方面，大量的矿井水外排，会对周边环境造成污染，也是对水资源的巨大浪费。实际上我国许多矿区水资源匮乏，据资料显示，全国有70%的矿区面临缺水，其中40%矿区严重缺水。因此，对数量可观的矿井水进行综合利用成为解决矿区缺水的一条捷径，同时还可以实现环境、社会和经济效益的统一。矿井水利用的必要性矿区采煤抽排大量的地下水，破坏和疏干矿区和周边地区地下水资源，使地下水水位下降，造成矿区水资源的枯竭，引起隐伏矿区的地面下降，诱发岩溶矿区岩溶地面塌陷。大量的矿井地下水若直接外排则会引起水质恶化，造成水环境污染。由于这些地下水初始流入井筒和巷道时比较清洁，如果将矿井地下水资源净化成饮用水，不仅可以满足生产和生活用水，还可以节省大量钻探深水源井的资金，创造较好的经济效益和环境效益。目前大部分煤矿缺水很严重，因此有必要对矿井水加以利用。1、古交矿区概况古交矿区位于太原西山煤田的西北端，其东、南分别与西山矿区和清交矿区相接，西北和东北均为煤田边缘的煤层露头，矿区东西宽约20公里，西北长约35公里，面积约660平方公里。矿区内有太（原）古（交）铁路，从太原市汾河站到古交西曲编组站41公里，往西已至镇城底。从太原市区通往矿区的盘山公路长56公里.1.1、煤层与煤质主要含煤地层为太原组和山西组，含煤地层总厚150米，含煤13层，总厚11米，含煤系数为7%。太原组共含煤7层，其中7、8、9号为主要可采煤层；山西组共含煤6层，其中1、2、3号为主要可采煤层。矿区煤种齐全，贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤都有。山西组以焦煤、肥煤为主，灰分含量高，含硫低，可选性差。太原组以焦煤、瘦煤为主，灰分含量低，中—富硫，中等可选。各煤层、煤质纵横变化明显，在垂直分带由上而下变质程度逐渐加深。1.2、开采技术条件各主要可采煤层顶底板物理性质试验，石灰岩强度最大，抗压强度为608—1942公斤/厘米2，抗拉强度101—238公里/厘米2，抗剪强度394公斤/厘米2。细粉砂岩抗压强度470—1164公斤/厘米2，抗拉强度64—167公斤/厘米2，抗剪强度163—181公斤/厘米2，砂质泥岩抗压强度51—896公斤/厘米2，抗拉强度44—146公斤/厘米2，抗剪强度125公斤/厘米2。9号煤底板多为松软泥岩，常有底鼓现象。瓦斯含量将随矿井开采深度而增加，浅部开采矿井属低沼气矿井。煤尘爆炸指数一般为10—20%，应属于爆炸性煤层。1.3、概况介绍本矿区矿井水水量丰富，水质在全国煤矿具有代表性，在矿井水处理方面已做了大量的工作，取得了一批成果，目前部分单位对矿井水进行简单处理后已用于矿区和周边地区的工业用水，取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。不仅大大缓解了古交矿区水资源紧张的矛盾，可广泛应用于矿区生产、生活用水中，现在古交矿区已有自备电厂8座，日用水量1.2万吨，全部取自矿井排水。同时也向附近大型企业单位供水，每年可对外供应水量约为1261万吨；更重要的是在全国煤炭系统具有重大推广价值，此项目推广，可大幅度提高煤矿矿井水的资源化程度，为煤矿生产和非煤产业的发展提供廉价而可供的水源，减少或杜绝矿区抽取地下水资源，减少矿井污水外排量，大量节约用于矿井水外排和抽取地下水利用的电力消耗量，年预计煤炭系统可创造（节约）3.5～5.2亿元的效益。2、矿井水种类与处理方法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4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。2.1、含悬浮物矿井水2.1.1、含悬浮物矿井水的水质特点这里所指的含悬浮物矿井水系指除感官性指标和细菌学指标外，其余各项指标均符合生活饮用水卫生标准的矿井水．含悬浮物矿井水的主要污染物来自矿井水流经采掘工作面时带入的煤粒、煤粉、岩粒、岩粉等悬浮物(SS)，所以这类水中含有较多固体悬浮物。由于悬浮物中煤粉多呈黑色，故这类矿井水多显灰黑色，并有一定的异味，混浊度也比较高，景观性和感官性都较差。矿井水在井下水仓中自然沉淀了一段时间，较粗的煤、岩颗粒都已被沉淀下来，因而在正常情况下，矿井水中的悬浮物颗粒都是比较细的。矿井水中SS以煤粉为主，颗粒物的平均密度约为1.3～1.5g/cm3，仅为泥砂类密度的1／2。而且煤属于有机物质，具有一定的疏水性，不容易彼水包覆，均为导致值难以自然沉淀的原因。含悬浮物矿井水的另一个水质特征是细菌含量较多，主要来自井下工人的生活、生产活动，所以消毒杀菌在矿井水处理中是非常必要的。2.1.2、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。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物的工艺。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，是有效的去除方法。2.2、高矿化度矿井水2.2.1、高矿化度矿井水的水质特点高矿化度矿井水是指溶解性总固体(含盐量)大于1000mg／L的矿井水。这一类水主要分布在西北地区、黄淮海平原和东北、华北部分地区，水中含盐量高而不适宜饮用。这类矿井水的含盐丰要来源于Ca2+、Mg2+、Na+、K+，SO2-、HCO-、C1-等离予，其硬度往往较高，有些矿井水硬度含CaO可达1000mg／L。这类矿井水还含有较高的煤、岩粉等悬浮物，浊度大。因高矿化度矿井水盐含量高，处理工艺除包括混凝、沉淀等工序外，其关键工作是脱盐。2.2.2、处理方法和原理化学方法：离子交换法是化学脱盐的主要方法，这是一种比较简单的方法，就是利用阴阳离子交换剂去除水中的离子，以降低水的含盐量。膜分离法：反渗透和电渗析脱盐技术均属于膜分离技术，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的主要方法。(1)反渗透法：反渗透法是借助于半透膜在压力作用下进行物质分离的方法。可有效地去除无机盐类、低分子有机物、病毒和细菌等，适用于含盐量大于4000mg／L的水的脱盐处理。(2)电渗析法：在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。浓缩蒸发：反复处理使含盐量高的剩余水浓缩到很小体积，然后在合适的地方存放。依靠自然蒸发，使其避免排往下游。水蒸发后将留有盐分结晶，可在其浓缩至200g／L以上浓度时运走，用做化工原料。稀释排放：稀释排放是将低含盐量的水混合在一起，达到排入水体的标准后排放。避免对下游的不利影响。消耗利用：消耗利用用于对含盐量要求不高的场所，把水消耗掉，最后蒸发到大气中，避免了向下游排放。2.3、酸性矿井水2.3.1、酸性矿井水的水质特点酸性矿井水是硫铁矿在有氧、有水的条件下氧化彤成的，主要含有Fe2+’、Fe3+、Ca2+、Mg2+，SO2+以及其他金属离了，如A13+，Zn2+．Mn2+，cu2+等。游离的硫酸极少，可以忽略不计。酸性矿井水的主要指标是pH值、酸度、Fe2+等。水质pH值小于5.5，当开采含硫高的煤层时，硫化物受到氧化与升华作用产生硫酸，而使水呈酸性。目前酸性水一般处理后达标排放或回用于一些对水质要求较低的工业用水。2.3.2、处理方法和原理物理化学法(中和法)：(1)石灰石中和法。采用石灰石作中和剂与酸性水中硫酸中和反应，产生微溶硫酸钙和易分解的碳酸，从而降低酸度。(2)石灰中和法。石灰的主要化学成分是CaO，当用水调配成石灰乳，则形成熟石灰Ca(OH)2，熟石灰与酸性水中的H2SO4反应。(3)石灰石．石灰联合中和法。该工艺第一阶段选用石灰石滚筒法中和，消耗酸性矿井水中绝大部分游离H2SO4，使酸性水的pH值接近于6；然后在第二阶段再投加石灰中和处理，使水的pH值进一步提高，达到8左右，这时Fe2水解产生沉淀，形成絮状物，起到混凝作用，有利于悬浮固体去除。生物化学方法(微生物法)：该方法是目前国内外研究比较多的处理方法，在美国、日本等国家已进行了实际应用。其原理是利用氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下将水中的Fe2+氧化成Fe3+，以实现酸性矿井水的除铁。氧化亚铁硫杆菌能从Fe2+的氧化反应中获取自身生存和繁殖所需的能量，无须加任何营养液。湿地生态工程处理法：人工湿地(ConstructedWetlands)酸性矿井水处理方法是20世纪70年代末在国外发展起来的一种污水处理方法，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化，与中和法等传统的酸性矿井水的处理方法相比，人工湿地处理方法具有出水水质稳定、对N、P等营养物质去除能力强、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、耐冲击负荷强、适于处理间歇排放的污水和具有美学价值等优点，因而在北美、欧洲的许多国家得到了广泛应用。2.4、含特殊污染物矿井水2.4.1含特殊污染物矿井水水质特点含特殊污染物矿井水是指水中放射性指标或毒理学指标(如重金属、氟、砷等)超过国家饮用水卫生标准的矿井水。这类矿井水主要指含氟矿井水、含微量有毒有害元素矿井水、含放射性元素矿井水或油类矿井水。2.4.2、处理方法和原理目前重金属废水的处理方法可分为两大类：第一类是使呈溶解状态的重金属转交为不溶的重金属沉淀物，经沉淀从废水中去除，具体方法有中和法，硫化法、还原法、氧化法、离子交换法，活性炭吸附法、电解法和隔膜电解等。第二类是浓缩和分离，具体方法有反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法等。含放射性废水的基本处理方法有化学沉淀法、离予交换法、蒸发法3种。化学沉淀法可处理高含盐量溶液，但是当含有油质洗涤剂、络合剂时，可能有不利影响。离子交换法适宜于处理悬浮固体量低、含盐量低、无非离予型放射性物质的矿井水。而蒸发法适宜预处理洗涤剂含量低的废水。含氟矿井水的处理．主要采用锡盐沉淀法、石灰乳沉淀法、离子交换一吸附法和电渗析法等。其中石灰乳沉淀法运行费用较低，处理后出水能够满足排放标准的要求，所以目前煤矿经常采用此法来除氟。3、结语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。