白家庄矿井废水处理

1白家庄矿井水处理工艺研究煤炭资源的大规模开采极易破坏矿区地下水文环境，造成水文地质构造变异，形成以矿井为中心的地下降水漏斗，改变浅、中、深层地下水源的补给、径流、排泄运动规律和储存条件，使煤层以上的地下水，以至地表水逐步渗漏到矿井内。一般可将其划分为：洁净矿井水、高矿化度矿井水、含悬浮物矿井水、酸性矿井水、碱性矿井水及含特殊污染物的矿井水。(2)一、原水分析白家庄矿为西山矿区的大型矿井，矿井排水设计水量为15000m3/d，矿井水水质见表1。项目臭和味总盐量(mg/l)CL(mg/l)硬度(mg/l)硫化氢味12542.34665.11项目PH硫酸盐(mg/l)矿化度(mg/l)SS(mg/l)7-8530.55110320表1通过表1，对原水水质分析，原水属高矿化度矿井水(1)，该矿井水是从该矿旧开采工作面的石灰岩中涌出为开采安全而单独抽放的灰岩疏干水，经实测硫化氢味较浓，水中总含盐量、硫酸盐、总硬度等指标均偏高，超过《生活饮用水卫生标准》GB5749-85的标准要求，不宜饮用。2产生高矿化度矿井水的成因：(1)（1）由于地区降雨量少，蒸发量大，气候干旱，蒸发浓缩强烈，地层中盐分增高，地下水补给、径流、排泄条件差，使地下水、矿井水矿化度高。（2）当煤系地层中含有大量碳酸岩类岩层及硫酸盐薄层时，矿井水随煤层开采与地下水广泛接触，加剧可溶性矿物溶解，使矿井水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-增加。(3)当开采高硫煤层时，因硫化物氧化产生游离酸，游离酸再同碳酸岩矿物、碱性物质发生中和反应，使矿井水中的Ca2+、Mg2+、SO42-增加。由于原水中硫化氢味较浓，对人体有严重毒害，其含量测定方法采用常规测定方法无法测定，通过与太原理工大学化工学院合作对原水进行了分析。按照国家标准GB/T16489-1996分析后水中硫离子的含量为1.78ppm，水中硫离子以硫化氢的形式放出导致臭味。根据矿井循环经济的发展要求，减少企业交纳的排污费，减少水资源浪费，使水资源得到有效利用，本设计矿井水经处理后要求达到污水综合排放标准（GB8978-1996)中要求的一级排放标准,并满足矿井生产用水对水质的要求。一级排放标准(GB8978-1996)序号污染物标准1悬浮物含量20mg/L2PH值6~93硫化物1．0mg/L(表2）3矿井井下洒水水质标准(2)编号项目标准1悬浮物含量不得超过150mg/L2悬浮物粒度不大于0.3mm3PH值6~94大肠菌群不超过3个/升5臭和味不得有异臭异味（表3）根据原水水质和用水水质要求得出结论，白家庄矿井水中硫化物其含量和异味不能满足排放和生产用水要求，需要对硫化氢进行严格去除，满足要求。若要处理成生活饮用水，需进一步进行电渗析脱盐技术。根据矿区水量平衡，矿井水处理后要全部供给生产用水，本工艺暂不考虑电渗析脱盐，待需要供给生活用水时，可在本工艺之后增加二级电渗析脱盐处理单元，以满足用水要求。本工程中考虑预留用地。本工艺只考虑硫化氢、水中硫离子的去除，满足生产用水的要求。通过了解，矿井水硫化氢的去除工艺在全国较为少见，没有较为成熟的处理工艺可以借鉴，定性定量的设计数据更加缺乏，因此与太原理工大学化工学院合作进行了去除硫化氢工艺研究。二、工艺流程矿井水处理工艺流程图：4图1工艺简介：矿井水进入调节池，由提升泵提升进入曝气池进行曝气，再进氧化消毒间，在进入复用水池。曝气池设置集气罩，经除尘器处理硫化氢气体，经净化排至大气。工艺分析：:(1)曝气池中曝气与传统活性污泥法曝气池中曝气不同，本设计中曝气过程实际为吹脱水中的硫化氢的过程，而传统活性污泥法中曝气池为微生物供氧过程。本工程中曝气的过程指空气进入液相主体后，由于空气和H2S气体在气液相层流膜两侧有浓度梯度，这样就引起H2S气体向外扩散进入空气气泡后，随着气泡的上升被带出液相主体，从而大大的降低了水中气体的浓度。其过程规律符合双膜理论：dxdcADLd从公式可知气体的传质速率受浓度的梯度和扩散系数DL控制，由于气液两相的主体均处于紊流状态，其物质浓度基本上是均匀的，不存在浓度差，也不存在传质阻力，5气体分子从气体主体传递到液相主体，阻力和浓度差仅存在于气、液两层层流膜中(2)曝气流量的选择，根据太原理工大学化工学院测定的结果,对硫离子含量为3.00ppm的500mL水吹气50L前提下，得出气体流量0.035~0.045(Nm3/h),硫离子残留量达到最小，当空气流量增大时，由于传质系数是主要的控制因素，在固定的气量下，空气不能全部用于用于置换硫化氢，空气的利用率降低。按照处理1m3原水计，最佳流量为70~90m3/h。(3)H2S浓度与吹气量的关系：根据实验室测定的结果,开始时随着气量的增加，硫粒子的浓度迅速下降，但当硫离子的浓度低于0.2ppm的时候，随着气量的增加硫离子的浓度浓度基本区域一条直线，气量增加对硫离子的去除已基本不起作用。(4)强氧化消毒：采用二氧化氯对原水进行氧化和消毒，二氧化氯在原水PH=5~9的范围内可将硫化物迅速氧化成硫酸盐，平均3.4mg/L的二氧化氯将1.0mg/L的硫离子氧化成硫酸盐。具体反应方程式如下：8ClO2+5S2-+4H2O==5SO42-+8Cl-+8H+最终二氧化氯被转化成氯化物，硫离子被氧化成硫酸盐。同时二氧化氯作为一种较强的杀菌剂，作为消毒剂应用较为广泛，同时在净化水的过程中不产生害的卤代有机物，用水安全性高。经测算，处理1m3含1.0ppm的硫离子的原水，费用为1.0元。二氧化氯同时起到消毒的作用，对各种病菌有良好的杀灭效果，其结构紧凑，自动化程度高，管理方便，安全性高。6(5)由于在水净化曝气过程中产生了硫化氢类有害气体，为了不让其污染大气环境、并不对人产生危害，需对曝气池吹脱产生硫化氢进行处理。由于硫化氢在与石灰化合中可以成生硫氢化钙沉淀，采用喷雾水浴式除尘器对硫化氢进行去除。在池顶设置集气罩，在原水浴式除尘器的顶部增加喷雾与混合装置，使石灰水与空气中的硫化物首先混合反应，再进入水浴池中进行二次混合反应，净化后的空气从除尘器外筒上升，经挡水器拦截水雾后通过引风机，烟囱送入大气，从而高效去除硫化物。吸风罩采用钢筋砼制作，喷淋与洗浴相结合，去除有害气体效果好。石灰处理成本低，除尘器内贴耐酸衬料，防腐性能好。三、处理效果和效益分析1．处理效果本处理工艺完全为物理化学处理方法，进行了科学严谨的测定，原理为吹脱、吸附、强氧化等，各个单元相对独立，易于管理操作控制出水水质，出水水质完全可以达到一级排放标准和矿井生产用水指标。2．经济效益进测算运行费用1.5元/吨,年处理量为450万m3，按太原市的要求矿井废水排放吨水收取排污费0.40元,水资源费0.12元。年收取排水费用450x（0.40+0.12）=234万元白家庄矿生产用水费用，450x2.6元/吨=1170万元白家庄矿年用水、排水总费用234+1170=1404万元7矿井水处理厂年运行费用450x1.5元/吨=675万元年节约费用1404-675=729万元本厂出水全部复用供白家庄矿生产用水,减少了排污费，并可收取供水费用，供水收费远高于运行费，实现了废水资源化，经济效益良好，实现了废水资源化；2．环境效益分析白家庄矿井水净化处理后，减少废水排放450万m3，环境效益明显。3．社会效益分析矿井水净化处理后作为生产用水，资源循环利用,总体上减少矿区用新鲜水量，节约水资源，可以解决矿区用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾，提高煤矿企业的综合效益，对山西这样一个严重缺水的省份来说有良好的社会效益。四、结论我国煤矿矿井水年排放量约为22亿吨，最大值可达27亿吨，而矿井水的资源化利用率较低，大量未经处理的矿井水直接排放，不仅污染了环境，而且还浪费了宝贵的矿井水资源。实施矿井废水的综合利用，逐步提高矿井废水的复用率，实现矿井废水的资源化，减少对水资源的污染和破坏，实现企业可持续发展，对煤炭企业来说具有非常现实的意义。采用本系统处理工艺流程，采用曝气、吸附、强氧化等技术对含硫化氢较高的矿井水进行处理，矿井水复用，满足了矿井生产用水，实现废水资源化，资源得到循环利用，具有良好的应用前景。8