（环境工程专业论文）矿井水中微量油处理试验研究.pdf

摘要 摘要 矿井水中微量油的存在制约了其资源化并且给人类带来危害。本文针对矿井 水中微量油的去除，去油机理、微量油的测定和混凝、过滤、吸附进行了理论分 析，优化和改进现有的矿井水处理的技术思路，并结合矿区废水的水质、水量的 实际调查，设计了经过斜板沉淀池，再过滤、吸附的除油工艺。利用相似原理设 计计算模型尺寸，并通过模型进行了试验研究。研究结论如下： ( 1 ) 混凝剂聚合氯化铝( p a c ) 与絮凝剂聚丙烯酰胺( p a m ) 配合使用效果 比较好。且最佳配比是1 0 0 ：l ；聚合氯化铝与聚丙烯酰胺最佳投加量分别为 2 0 0 m g l 和2 r a g 1 ，此时出水浊度小于5 n t u ，微量油的去除率能达到8 0 左右。 混凝剂最佳的工作p h 值为7 9 之间。 ( 2 ) 只投加吸附剂颗粒活性碳，微量油的去除率不高，在最佳投加量4 0 m g a 时微量油的去除率在3 0 左右；颗粒活性炭的投加不影响出水浊度；吸附接触时 间对微量油去除率的影响不大，本实验中所采取的接触时间是2 0 m i n 。 ( 3 ) 模拟试验装置的表面水力负荷控制为0 4 m l 左右，过滤进水含油量和滤 速的提高都会影响油的去除率。 ( 4 ) 通过实验室模拟试验研究，当采用复合工艺混凝、沉淀、过滤、吸附工 艺流程时，矿井水中微量油的去除率能达到9 6 ，出水清澈，浊度小于等于2 n t u ， 表明这是一种很好的矿井水微量油处理工艺。 图2 2 表1 8 参6 5 关键词：矿井水 微量油处理试验工艺 安徽理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t ，t h ee x i s t e n c eo f m i c r oo i li np i tw a t e rr e s t r i c t si t sc o n v e r t i n gi n t or e s o u r c e sa n d b r i n g st h eh a r mt ot h eh u m a n i t y t h ep a p e rh a sc a r r i e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i st o t h er e m o v i n go fm i c r oo i l , t h em e c h a n i s mo fr e m o v i n go i l ，t h ed e t e r m i n eo fw , w , e o i la n da n a l y s i st h ec o a g u l a t i o n 、f i l t r a t i o na n da d s o r p t i o n t h et e x to p t i m i z e da n d i m p r o v e dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ft h ee x i s t i n gm i n ew e l lw a t e r , c a r r i e do nt h e i n v e s t i g a t i o no nt h eb a s i co f t h eq u a l i t ya n dt h ew a t e rv o l u m em i n i n ga r e , aw a s t ew a t e r , a n dd e s i g n e dt h ec r a f to f r e m o v i n go i l a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fh y d r a u l i cs h r i n ka n dr r 印i f rt h e o r y , t h ep a p e r ，d e s i g n a n d ，c a l c u l a t e t h es i z eo fm o d e l t h et r i a lt s e a r c hh a sb e e nc a r r i e db yt h e m o d e l n i s f o u n d t h a t ： 1 t h ee f f e c ti sq u i t eg o o du n d e rt h em i x t u r eo fp o l y m e r i z a t i o na l u m i n u m c h l o r d e ( p a c ) a n dp o y a c r y l a m i d e ( 猢t h eb e s tp a ca n dp a mi s2 0 0 m e la n d 2 m g l , t h eb e s tr a t i oi s1 0 0 ：1 ；t u r b i d i t yi sn o tm o r et h a n5n t u ；n 峙r 矗n o v i n g e f f i c i e n c yo f t r a c eo i la r r i v ea b o u t9 0 ；t h eb e s tw o r k sp hi s7 9 2 mr e m o v i n ge f f i c i e n c yo fi r a c eo i li sn o th i 曲w h e no n l ya d d i n gg r a i n a c t i v a t e dc a r b o n t h er e m o v i n ge f f i c i e n c yo ft r a c eo i li so n l y3 0 u n d e r a d d i n g4 0 m g l ；t h eg r a ma c t i v a t e dc a r b o ni sn o ti m p a c to ne f f l u e n tw a t e r st u r b i d i t y ；t h e c o n t a c t i n gt i m eh a sl i t l ei m p a c to nt h er e m o v i n ge f f i c i e n c yo f t r a c eo i l i tt a k e s2 0m i n i nt h i se x p e r i m e n t 3 s u r f a c eh y d r a u l i cl o a ds h o u l db ec o n t r o l l e da t0 4 m hi nt h es m a l la p e r t b r e d e v i c e ；t h er e m o v i n ge f f i c i e n c yo f t r a c eo i li si n f l u e n c e db yt h ee n t e r i n g 强协l e fc o n t e n t o i la n dt h ef i l t r a t i o ns p e e d 4 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c hs u g g e s t st h a tt h er e m o v i n ge f f i c i e n c yo fb - a e ：eo i l 锄 a r r i v e9 6 a f t e r c o a g u l a t i n g 、d e p o s i t i n g 、f i l t e r i n ga n da d s o r b i n g ，；c l e a nw a t e rc a nb e g o t ；t u r b i d i t yi sn o tm o r et h a n2n t u ；s ot h i sc r a f ti sg o o dt ot h et r e a t m e n to ft r a c eo i l i nm i n e r a lw a t e r f i g u r e2 2 t a b l e18r e f e r e n c e6 5 k e y w o r d s ：m i n ed r a i n a g e t r a c eo ilt r e a t m e n t e x p e r i m e n tc r a f t ，i i 插图或黝跗表清单 插图或附表清单 表i 红外分光光度法对不同废水中含油量测定结果 表2 荧光法和紫外法对照 表3 原吸法与紫外法比较 表4 活性炭在溶剂回收中的应用。 l l 1 2 表5 水质分析2 7 表6 不同混凝剂投加后出水p h 值 表7 不同温凝剂投热后出水浊发链 表8 不同混凝剂投加后油去除率 表9 混凝剂p a c 投加量 表1 0p a c 投加量不变，加入混凝剂p a m 表1 1 混凝试验中p h 值的影响 表1 2 吸辩帮投如量试验 表1 3 吸附接触时间。 表1 4 原水p h 对吸附剂的影响 表1 5 混凝过滤试验 3 4 3 6 聿o 4 2 4 3 5 1 表16 混凝过滤吸附5 2 表1 7 流程三中每经过一步的出水 表1 8 水质分析报告 图l 研究技术路线 图2 没如混凝剂之前的水 图3 搅拌中 图4 静置沉淀l o 分钟 图5 浊度仪测定浊度 5 4 5 5 1 4 3 0 3 l 图6 混凝剂p a c 投加量与微量油去除率的关系3 4 图7p 矗c 的投热量与浊凄鲍变仡关系 图8p a c 的投加量与出水p h 值的变化曲线 图9p a m 与微量油去除率的变化曲线 图1 0p a m 的投加量与浊度的变化关系 v h 一 3 5 3 5 3 7 3 i 安徽理工大学硕士学位论文 图l l 投加p a c 、定量p a m 后出水p h 的变化曲线3 8 图1 2 原水p h 值对混凝剂的影响3 9 图1 3 吸附剂的投加量与微量油变化关系4 l 图1 4 活性炭的投加量与浊度的变化关系4 l 图1 5 活性炭的投加量与出水p h 的变化关系4 2 图1 6 活性炭的投加量吸附接触时问的变化关系 图1 7p h 在吸附过程中对微量油的影响 图1 8 试验系统流程图。 图1 9 过滤之后，混凝剂的投加量与微量油的变化曲线 图2 0 混凝过滤之后，吸附剂的投加量与微量油的变化5 3 图2 1 最终出水浊度的变化5 3 图2 2 每一步出水微量油的变化5 4 v l l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工t 及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方e 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为蓦 得 塞徼垄王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的j 料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了1 ； 确的说明并表示谢意 学位论文作者签名：盔= 固盛日期：丝丑年j 月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀垄王盘堂有保留、使用学位论j 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位j 于塞筮理王太堂学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅本人授权安徽 工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作薯签名：量l 习满签字日期：为d 7 年占月，钼 导师签名：( 0 各 签字日期：少夕年月p 日 引言 引言 水作为地球自然地理环境的基本要素以及一切生命新陈代谢和物质生产活动 不可缺少的介质和液体，是地球上切生物赖以生存和发展的重要物质。当今人 类社会所面临的入口、资源、环境的危枫问题，都鞍永资源的质量密切相关“。 而我国是一个水资源十分匮乏的国家。我国多年平均水资源总量为2 8 1 2 4 亿f ， 排在世界的第6 位，但是由于我国的人口众多，人均水资源占有量仅为2 4 0 0 多 m 3 ，是美国、加拿大的1 5 ，前苏联的1 7 ，世界人均占有量的1 4 还要低，排在 第8 4 位是世界公认的1 3 个水资源匮乏的国家之一幽。 煤炭工业是我国的基本产业。在我国的一次能源消耗中，煤炭占7 0 以上， ，而在今后相当长的时间内，这种局面不会有根本性的改变 3 1 1 4 1 。然而我国煤炭纵 地下开采为主，约占整个煤炭产量的9 7 。矿井水是煤矿开采过程中，从各种来 源流入矿井的水的总称。矿床开采破坏了地下水原始附存状态，使岩层产生裂隙， 密切了各含水层之间的水力联系。有助于大气降水和地表水渗透补给使各种来 源的水沿着原有的和新的裂隙渗入井下采掘空间，经矿井排水系统抽出地面据 不完全统计，全国煤矿井年排水量约基本稳定在2 3 5 亿m 3 ，最大值可达2 7 亿m 3 ， 最小值为1 7 亿一，在外排矿井水中约有8 4 7 达到排放标准( 主要衡量c o d e r 按上清液测定) ，其中国有重点煤矿2 0 0 0 年矿井涌水1 7 2 4 亿m 3 ，外排量为l z 1 3 亿豫1 ，在外排矿井水中约有9 6 4 达到标准【5 l 。2 0 0 5 年矿共水外捧总量达到2 3 ，5 亿寸，综合利用率仅仅为2 3 1 6 1 随着煤炭工业的发展，矿井水的排放量将不 断增多许多煤矿存在缺水和面临缺水的问题，因我国大部分煤矿位于北方，矿 区缺水相当严重。据调查，全国约有7 0 的矿区面临缺水，有4 0 的煤矿严重缺 水，国有煤矿缺水达6 9 8 6 万m * d ，其中生活用水缺3 3 0 6 万m 3 d 。有些矿区每 日供东不足4 小时，严重制约了矿由生产和影赡了煤炭职工的日常生活。随着经 济的不断增长和人们对环保意识的提高，许多煤矿已将矿井水处理作为重点指标 纳入考核体系和生产建设计划中，加大投资力度。近几年来，煤炭职工和领导对 水资源短缺问题有了较充分的认识，科技人员研究开发了多种合理可行的煤矿废 水处理利用技术，特别是在煤矿矿井水处理利用上发展较快。但是由于受资金、 人们忍怨意识和处理技术方面螽，j 限制，矿著水彼自自捧掉而未加以综合利用和保 护，这势必造成严重的环境污染。 在水资源臼益缺乏的今天，矿井水的综合利用是矿区循环经济战略思想的重 要体现。矿井水污染程度轻，处理容易，成本低，是一笔宝贵的水资源。而榴提 安徽理工大学硕士学位论文 升上来的矿井水作为废水自白排掉，非常可惜，而且矿上还需缴纳排污费。抽用 地下水需缴纳水资源费，耗提升费。矿井水资源化，不但可减少废水排放量。免 交排污费，而且节省大量自来水，节约水资源费和提升电费为矿区创造明显的经 济效益；矿井水资源化开辟了新水源，减少了淡水资源开采量；减轻或避免长距 离输水问题；解决矿区严重缺水状况，解决职工吃水难，用水难的问题，缓减城 市供水压力也使水资源的利用更加经济合理；矿井水资源化将会减除矿井水对地 表水系的污染，堵住污染源，保护美化矿区环境，保护地表水资源。目前矿井水 资源化仍维持在一个相当低的水平，矿井水中微量油的存在严重影晌矿井水的资 源化进程。 油类及其制品广泛应用于国民经济的各个领域和人类的日常生活，油类用量 与日俱增，随之油类对环境的污染也日趋严重，水体被油类污染后，使感观状态 ( 色、味等) 发生变化，影响水资源的使用价值，危害水产资源和人体健康。 1 恶化水质、危害水产资源 浮油极易在水面展开成油膜，4 5 d i n 3 可形成2 8 1 0 1 哪厚的油膜、覆盖2 0 l o m 2 的水表面。l l l l g 石油氧化时约需要3 4 r a g 氧。因而会使水体缺氧，产生恶 臭，导致水生生物缺氧窒息而死亡香港一油库漏油，近4 千吨油类捧入水体， 使1 0 0 多家的网箱养殖鱼遭到污染而不能使用，损失达1 2 0 万美元。油类对海洋 的污染造成的后果也十分严重 2 危害人体健康 油类和其分解产物中，存在着多种有毒物质( 苯并花、苯并葱及其它多环芳 烃) 这些物质在水中被水生生物摄取、吸收、富集，造成水生生物畸变分散在 水体中的油珠还会被水生生物粘附或吸附。通过食物链的作用进入人体，使肠、 胃、肝、肾等组织发生病变，危害人体健康。 3 污染大气 油在水体中以油膜形式浮在水面上，表面积很大，在各种自然因素作用下。 其中一部分组份和分解产物就挥发进入大气，污染和毒化水体上空和周围的大气 环境。、由于扩散和风力的作用，可以使污染范围扩大。 4 影响农作物生长 用含油废水灌溉农田，可使土壤油质化。油类粘附在农作物的根茎部，影响 作物对养分的吸收，造成农作物减产或死亡：含油废水浸入孔隙内形成油膜，产生 堵塞作用。破坏土壤结构，不利于植物的生长，甚至使农作物枯死。水面存在的油膜 阻碍大气中的氧向水体转移，致使水体得不到氧，使水生生物因缺氧而死亡：油类 一2 引言 中一些有毒有害物质也可能被作物吸收，残留或富集在植物体内，最终危害人体 健康。 5 影晌自然景观 油类在水体中由于自然力或人为作用，会形成乳化体，这些乳化体常会相互 聚霸：成团块，或粘附在水体中的固体飘浮物上，形成所谓的油疙瘩。这些油疙瘩 聚集在沿岸、码头、风景区，形成大片黑褐色的固体块，使自然景观遭到破坏 6 影响洁净的自然水源 由于船舶航行、水流流动、大雨及其它因素。使含有废水和被油污染水域的 油份转移到未污染的水域，造成更大面积的污染，威胁到饮用水源。 随着煤矿环保工作的开展和人们对水资源短缺问题的认识，对矿井水中油 类物质的处理已引起人们的一些重视。外排的矿井水中，油量虽然不是很高， 但可造成很大危害。分散在水体中的油珠会被水生生物粘附或吸附，通过食物 链的作用进入到人体，使肠、胃、肝等组织发生病变，危害人体健康。水体含 浊达0 o l , n g 1 即可使鱼肉带有特殊气味而不能食用。当水中含酒0 o l 0 i m g , 1 时，对鱼类和水生生物的生长就会产生影晌。当水中含油类物质达到 0 3 o 5 m g 1 时，就会产生气味，而不适合饮用【7 l 。所以，水中油类污染对人 体有较大的危害，目前已成为世界关注的问题。国家环保局颁发的环境监测 规范中已将石油类列为地表水和有关行业排放废水必测项目之一。油类污染 物是矿山中较为普遍的污染物。在现代高技术社会中，采煤机械化程度越来越 高，采煤机组乳化液用量大大增加，乳化液在使用时由于跑冒滴漏等原因，造 成煤矿矿井水油污染越来越严重。 本课题就是从矿井水中微量油的处理着手，目的是使矿井水经济高效的达到 要求的处理效果，从而实现矿井水的综合资源化处理，这对改善水环境、缓解水 资源的不足，节约宝贵的水资源都是十分重要的。实际情况表明，处理利用矿并 水实现矿井水的资源化，可大大减轻由于矿区地下水资源的过度开采而造成的矿 区水环境系统的破坏，有效地缓解矿井摊水与水资源保护之问的矛盾，不但具有 琵好的至济效益，而且还能解决部分剩余劳动力，做到经济效益、环境效益和社 会：，蔓i 统一，使煤矿矿区水环境保护走上与经济发展相协调的道路。 安徽理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 国内外研究现状和存在的问题 1 1 1 国内矿井水和微量油处理现状 我国矿井水处理和利用起始于7 0 年代，经过多年的研究和实践已取得了一定 的成果。煤矿矿井水主要来源于地表水体和地下水向井下采掘空间的涌入煤矿 矿井水本身的水质主要受当地水文、地质、气候和地理等自然条件的影响【8 l 。当 矿井水流经采煤工作面时，将带入大量的煤粒、煤粉、岩粒、岩粉等悬浮物；同 时由于受到并下矿工的生产和生活活动的影响，矿井水中往往还含有一定量的细 菌；对于开采高硫煤层的矿井，由于煤层及其围岩中硫铁矿的氧化作用，使矿井 水呈现酸性和高铁性等。目前我国按照对环境影响以及作为生活饮用水水源的可 行性，习惯上将矿井水按水质类型特征分为洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿 化度矿井水、酸性矿井水和含有毒有害元素或放射性元素矿井水五类团。不同的 矿井水采取不同的处理方法。 1 洁净矿井水水质中性，低浊度，低矿化度，有毒有害元素含量很低，它的 各项水质指标均符合国家生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 - - 1 9 8 5 ) ，只要在源 头妥善截流，通过井下单独布置的排水管将其排出，稍加处理或消毒可回收利用 【5 l 。 2 含悬浮物矿井水含有较多的煤粒、煤粉、岩粒、岩粉等悬浮物。多呈灰黑 色，混浊度比较高，p h 值呈中性，总硬度和矿化度并不高。目前国内对含悬浮矿 井水的处理有较成熟可行的经验，一般采用混凝、沉淀澄清( 或升浮) 以及过滤、 消毒等工序处理后，其出水水质即能达到综合排放标准，甚至生产使用和生活杂 用标准。例如：兖州矿务局南屯煤矿采用混凝剂和助凝剂复合配方，使废水中悬 浮物在普通煤泥沉淀池中沉淀，处理后可达排放标准，且能满足工业用水要求【9 】； 煤炭科学研究总院杭州环境保护研究所已设计出成熟的含悬浮物矿井水处理工艺 并有大量的工程应用实例。 3 高矿化度矿井水是指含溶解态盐量大于1 0 0 0 m g l 的矿井水。在我国，此类 矿井水的硬度也较高。我国的煤矿高矿化度矿井水的含盐量一般在1 0 0 0 3 0 0 0 m g l 之间，少量矿井水4 0 0 0 m g l 以上对高矿化度矿井水的处理，除采用给 水净化传统工艺去除悬浮物和消毒外，其关键工序就是脱盐。降低矿井水含盐量 的方法主要有：化学法、热力法、膜分离法。离子交换法是化学脱盐的主要方法， - 正 即利用阴阳离子交换荆去除水中的离子，以降低水的含盐量。这种方法用在进水 含赫量小于5 0 0 m g l 时比较经济。使用离溢( 蒸馏) 和低温( 冷冻) 的处理过程属 于热力法淡化。蒸馏法是对含盐水进行热力脱盐的有效方法，这种方法以消耗热 量为代价，_ 般适用于含盐量超过3 0 0 0 m g l 矿井水的处理。例如：捷尔诺夫斯克矿 井建成的绝热式蒸发器，可将矿化度为7 8 0 0 9 0 0 0m g l 含盐量降至2 5 2 0 0m g l 。 波兰杰别尼斯卡矿井建成一套生产能力为l o o m 3 h 的绝热蒸发式淡化装置，可将原 料水含盐量从1 0 0g l 降至1 0 0m g l 。蒸馏法的主要问题是需防止热交换表面结垢 p l 。电渗析和反渗透技术属于膜分离方法，是我国目前苦咸水脱盐淡化处理的主 要方法，尤其是龟渗析方法在我国煤矿系统已有不少应用实例和经验。如徐州矿 务局张集煤矿于1 9 8 8 年就采用电渗析技术作为脱盐工艺，建成一座日产淡水1 5 0 0 t 的煤矿高矿化度矿井水淡化处理站，效益十分明显。1 9 8 9 年，姚桥煤矿采用反渗 透脱盐技术将高矿化度矿井水淡化成生活饮用水，除盐率达9 1 ，除硬度率达9 6 7 ，最大水回收率为5 0 。 4 酸性矿并水的水质特征为p h 值小于5 5 ，一般为3 3 5 之间，个别小于3 ， 总酸度高。酸性矿井水主要出现在开采高硫煤的矿井中，其成因与矿床开采过程 中使原来处于强还原环境的黄铁矿与矿井水及空气中的氧接触，经过一系列的氧 化、水解等反应生成硫酸的作用有关。匿前国内酸性矿井水处理最常用的方法是 中和法，其基本原理是利用酸碱的中和反应达到降低酸度、升高p h 值的目的，同 时利用中和剂的某些组分去除酸性矿井水中的特定物质。考虑到价格的因素，目 前我国一般采用石灰石和石灰作为中和剂，将大理石、白云石、粉煤灰、煤矸石、 电石泥等作为中和剂用于酸性矿井水处理尚处于试验研究阶段。用石灰石作中和 剂的处理工艺主要有中和滚筒法、升流式膨胀过滤中和法、曝气硫化床处理法。 石灰中和法是目前煤矿酸性水普遍采用的中和处理方法。石灰石一石灰联合处理 注是纺台石灰石和石灰两种处理工艺优点的一种方法。在第一阶段采用石灰石中 和酸惶矿井水中的h + 离子，使酸性矿井水的p h 接近6 o ，然后投加石灰到p h 为8 左 右，楚一步中和h + 离子，同时将f e ”氧化成f e ”，辑制f e ”离子的水解。例如：福建 名永应务局瓦窑坪煤矿就是用这种方法，它将氧化钙含量为6 7 8 1 的石灰 i 。囊台i j 佐氧化铝5 1 0 的石灰乳，如入中和氧化池中，同时进行充分地枧j 袁 乞：拌，；、i 后经过沉淀、过滤后，g 水可达到接放标准。 目前国内矿井水的处理根据原水水质和出水用途的不同主要采用以下工艺路 线：1 ) 采用混凝( 絮凝) 、沉淀( 澄清) 工艺，实现矿井水无害化处理后，达标 放；：j 采腭混凝( 絮凝) 、沉淀( 澄滗) 、乏滤杀茵处发： 艺，将矿井水净化 一s 一 安徽理r 大学硕十学位论文 后做工业或生活用水；3 ) 经净化处理后的含盐矿井水，采用电渗析、反渗析等膜 处理技术进行脱盐淡化，使其达到工业和生活用水标准后回用；4 ) 对于含低放射 性矿井水的处理，目前尚缺乏适用于工业性应用的成熟工艺技术，一般采用电渗 析、反渗析或离子交换等；5 ) 采用加碱性物质中和的方法处理酸性矿井水，达标 排放【列。 国内从2 0 世纪8 0 年代开展了水中油类物质的监测和处理方面的研究。现行 的煤矿矿井污水处理工艺没有考虑对微量油的处理。目前，对于矿井水中微量油 的处理，国内还没有成熟的工艺，对煤矿矿井水水中微量油处理的研究较少，相 关文献也非常少。例如：在1 9 9 3 年尤会春发表。含油矿井水回用”一文，主要是 考虑将胜利矿矿井水作为抚顺矿务局页岩炼油厂工业用水水源，在历时半年的实 验基础上设计了一套回用水处理工艺流程，在分析水质总硬度在1 0 6 5 1 4 6 5 m g n 1 之间，在工艺处理流程中投加石灰，利用石灰软化除油，去除率最大 值达到8 0 6 9 ，处理结果为暂时硬度2 4 r a g n l ，含油量为0 2 4 m g 1 。这是针对 钙离子、镁离子含量较小的情况，对于含钙镁较高的矿井水质，投加石灰不可取。 杨云龙，王满明在1 9 9 6 年发表。悬浮泥渣澄清单元净化矿井水中油类物质的试验 研究”( 煤，1 9 9 6 ) 一文，该文主要叙述悬浮泥渣澄清单元在矿井水净化试验研究 工艺中重点用于去除油类物质i 矿井水原水中油类物质浓度为6 8 r a g 1 1 8 o o m g 1 。平均浓度1 3 4 2 m g l ；悬浮泥渣澄清后油类物质残余浓度范围0 5 4 4 m g 1 ，平均残余浓度2 5 9 m g 1 ：油类物质的去除率为7 3 3 3 9 4 1 l ，平 均去除率8 3 1 6 。悬浮泥渣层厚度为1 5 2 o o m ，平均厚度1 7 5 m ，泥渣层外 观呈深黑色，每天排泥1 7 6 l ，试验水样4 0 0 1 左右，悬浮泥渣层体积约3 1 l ，根 据进出水油类物质浓度之差计算，每升悬浮泥渣层含油量为2 4 6 1 4 m g 1 。该处理 单元针对性强，油类物质去除率高，运行管理方便，节省能量，便于实施。刘东 晓、王汝明等对“炼油厂冷却水( 海水) 微量油处理”进行了研究，主要介绍了 利用平流隔油、斜管油水分离及吸油毡过虑技术的合理组合，对微量油的处理取 得了较好的效果( 辽宁城乡环境科技，1 9 9 7 ) ，不过他所研究的对象是海水，处理 海水需要考虑海水的腐蚀问题，处理装置避免是金属材料。袁武建，张明星等在 1 9 9 8 年发表“矿共水中微量乳化油处理试验研究”一文，主要是对矿井水中微量 乳化油处理进行了试验研究，他们通过多种吸附剂进行实验室试验，结果表明粉 状活性炭有较好的吸附处理效果，并且对影响吸附效果的有关因素进行了研究， 在优化吸附条件下投加混凝剂可使乳化油去除率达到8 5 以上，不过他们所用的 矿井水是模拟矿井水，与实际矿井水还是存在一些差异；向瑛结合矿井水乳化油 6 铝l 审绪论 对宅渗析膜寿命的影哟，- 丌展了“去除矿井水中微量乳化油的试验研究”( 煤矿 环境保护，1 9 9 8 ) 。蒲月琴，赵林在2 0 0 3 年“矿井水除油技术的应用”( 山东煤炭 科技，2 ( ) 0 3 ) 一文中说到针对鲍店矿矿井水处理的现状，去除矿井水中漂浮机油 和砂曼曩上浮的乳化泊，采取的接施是：i ) 在正弦网格反应池前设置自动刮油机 和集汜槽，去除矿井水加药破乳后漂浮乳化浊，一般去除率是7 0 8 0 。2 ) 在迷宫斜板沉淀池出水区设置自动刮油机和集油槽，去除矿井水最后少量的漂浮 乳化泊。进水含油量平均为l - 0 5 4 m g 1 ，出水含油量平均为0 0 9 4 m g 1 ，微量油去 除率达到9 l1 。对于正弦网格反应池和迷宫斜板沉淀池在淮南某矿没有现成的 构筑物，此种方法可以考虑在以后鲍矿井水处理设计串应用。在2 0 0 6 年，刘伯元， 陈学伟发表，矿井水净化站自动化除油技术的研究与应用”( 山东煤炭科技，2 0 0 6 ) 一文针对原矿井水处理系统以及煤矿井下污水的具体情况，采用了混凝、沉淀、 过滤和消毒技术，采用先进的正弦网格反应和迷宫斜板沉淀池进行一级处理，通 过投加混凝剂、絮凝破乳、油水分离、全自动刮油机除去水表面油类；用重力无 阀滤罐进行二级处理，再投加二氧亿氯消毒剂进行消毒，处理后的水质达到锅炉 和工业用水的标准要求，具有良好的社会和经济效益。这篇文章也是针对鲍店煤 矿的，是继蒲月琴，赵林后的又一遗文章，仍是采用先进的正弦网格反应池和迷 宫斜扳沉淀池。 1 1 ，2 国外矿并水和徽量油处理研究现状 国外煤矿都把处理矿井水作为环境保护工作的重点，认为矿井排水是煤炭开 采中的一种伴生资源而不是负担，矿井水愈大，盈利愈多，经济效益也就愈大 i ”1 【1 4 l i l ”。世界上开展矿井水治理和开发利用工作比较早的国家有美国和前苏联。 前苏联煤炭工业的规模、开采技术及煤炭资源状况与我国相似。前苏联煤矿矿井 水擗放量大，近2 0 亿t a ，污染严重，在矿井水处理及其利用方面的研究起步较早， 处于世界领先水平。由于矿井水污染，米乌斯河、芦甘河、克伦卡河等流域的水 生动茁物一度几乎绝迹。为消除矿井废水对水体和土壤的污染，并合理利用矿井 z ：囊汀作为生产和生活用水，他们做的研究工作有：( 1 ) 将矿井水进行简单澄清 i ，；：j 再排入承体；( 2 ) 悬浮物矿井水净化处理后作为洗煤厂和井下防尘乞工 ! ；：f ：j j ：；( 3 ) 高矿化度矿井水涛化和淡化处理后作为，土活用水或工业用水。兹苏 联对悬浮物矿井水的处理主要采用澄清和过滤处理工艺，大多数处理构筑物属于 ；f = l 冗至力沉降原理工作的机械式静水构筑物，即不同类型、尺寸、容量的沉淀池； 方i ：分是可进行j ? 理化学反立的净承构搿舅( 如汜蹙反应池、沉清池等) 。 安徽理工人学硕士学位论文 处理用的混凝药剂多为硫酸铝和聚丙烯酰胺，个别情况下也有采用氯化铁和石灰。 近年来又研制出一种新的阳离子高分子电解质絮凝剂，据报道效果很好。悬浮物 矿井水污泥采用干化场、离心机、压滤机三种方式脱水，成型固化。俄罗斯北方 矿区的矿井水均采用加入高效的有机絮凝剂进行混凝、澄清处理，达到俄罗斯煤 炭工业企业规定的废水极限排放标准后，直接捧放到地表水体【卯 对矿井水中盐类的去除，因前苏联存在最多的是氯化钠型矿井水，主要采用 的脱盐方法有：( 1 ) 以改变水的聚集状态为基础的热处理方法，包括蒸馏、凝结 等；( 2 ) 膜处理法，即反渗透、电渗析法：( 3 ) 化学试荆法，包括盐的沉淀、 离子交换等。实际使用经验表明，蒸馏淡化法适用于大规模水淡化站。其水的矿 化度大于1 5 9 1 才经济，这一方法对水中悬浮物和重金属盐离子的浓度没有严格要 求。用膜处理法( 电渗析、反渗透法) 可淡化矿化度在l 1 5 9 1 范围内的矿井水， 并可得到比蒸馏便宜得多的淡水。试剂淡化法适用于处理矿化度小于2 9 1 的水。 在前苏联使用热处理方法淡化的含盐矿井水占1 - 5 ，其余均采用膜处理方法，其 中反渗透法淡亿占7 ，电渗折法淡化占9 1 5 。在淡化工艺中除了淡化处理阶段 外，又分别进行了预处理( 去除悬浮物、软化、沉淀处理) 和高浓度盐水处理， 从而保证了按现形生态标准全部排出矿井水的污染。对于酸性矿井水的处理，美 国等西方国家与我国一样，主要是采用碱性物质中和，再排入地表水水体的方法。 除采用中和法外，在2 0 世纪8 0 年代前后，美国和一些欧洲国家先后开展了采用人 工湿地处理矿并水的试验研究 t 6 i l t g | 取得了一些可喜的成栗；此法具有投资省、 运行费用低、易于管理等突出的优点【 l ，引起了人们的极大兴趣，美国已经在煤 矿系统建设t 4 0 0 多座人工湿地处理系统擂l z 同时，在美国也进行过在煤的开 采巷中喷洒有关的药剂，抑止煤中硫氧化杆菌等微生物的生长和繁殖，防止酸性 矿井水产生的研究。综合上述情况，俄罗斯和美国等西方国家目前主要是进行矿 井水的无害化处理排放，其处理原理、基本工艺和方法与国内进行矿井水达标排 放处理工艺基本相似，但在煤矿专用的高分子有机絮凝剂和处理过程中的自动检 测和控制技术方面比国内先进。目前西方发达国家矿井水处理方面的发展趋势， 主要是侧重于简化净化处理的工艺，以及在自动检测，自动控制等方面的技术完 善f 5 】。 据统计。美国早在8 0 年代初期，煤矿井下水的利用率就达至, j 8 1 。俄罗斯顿 巴斯矿区1 9 8 8 年矿井水利用率就己超过9 0 早在2 0 世纪7 0 年代，国外在城市给 水和工业用水处理中，就广泛开展了水中油类物质的检测、分类和去除方面的研 究工作。目前，国外对废水中油的处理要求越来越高美国和加拿大是油气田污 8 一 第l 章绪论 水处理得比较好的国家，他们对油气处理! 大多采用9 0 回注，1 0 经处理后地面 擗放，美国地面排放区域主要在墨西哥湾和诬部，而地面排放要求日益严格。世 男上很多国家都对摊放废水的会油量做了规定和限制。由于矿井水中含油浓度低， 而且属于水包油型，且由于表面活性剂的存在，油在水中呈乳浊状，具有高度的 劈散性和稳定性，用常规含油废水处理技术已无能为力。对于高浓度的含油废水， 函内外已有较成熟的处理技术，但对于煤矿矿井水中微量油的处理，尚未见到成 熟的且经济可行的处理工艺的报导。 1 1 3 废水中微量浊测定研究进展 在水质监测中，水中油类分析是项重要的分析指标。要对矿井水中微量油 进行处理，首先要分析矿井水中微量油的含量。目前分析废水中微量油含量的方 法很多，有重量法，紫外分光光度法、红外分光光度法、荧光法、比色法、比重 法、气相色普法及各种在线分析方法等。由于废水中的油的来源不同，组成差异 很大，主要是不同沸点的脂肪烃、芳香烃及非烃类组成的复杂混合物，所以采用 不同的分析方法测定同一样品所得的结果不一定相同；即使是同一种分析方法， 由于预处理程序不一样，测定结果也不一定相同嘲。因此，国内外尚无确定的标 准方法进行废水中微量油的分析【2 3 l 。 1 紫外分光光度法 紫外分光光度法由于精密度好、灵敏度高，已成为国内外广泛采用的方法之 一聊j 【2 5 l 。矿井水由于含油量低，也常采用该法进行测定与水分离。缪旭光，袁武 建等作者就是用此方法对矿井水中微量油进行了测定。紫外分光光度法原理主要 依靠油类及其产品在紫外光区有特征吸收。带有苯环的芳香族化合物的主要吸收 波长为2 5 0 2 6 0n m ；带有共轭双键的化合物主要吸收波长为2 1 5 2 3 0 衄瞄l 。 一般原油的两个吸收蜂波长为2 2 5n m 和2 5 4n m 。紫外分光光度法常以石油醚作 为萃取剂，在酸性条件下萃取水中的油，然后在紫外光区比色定量。在矿井水中， 由于淮的来源不同，组成不同，各种油品具有不同的吸收曲线，标准油选择是否 ，譬当是油测定正确度的关键，直接影响油的回收率。油的组成复杂，至今国家尚 7 制定出适合紫外分光光度法的标准油品【2 7 1 。由于矿井水中含有较多的煤粉和岩 j ，? 甚星彰：高，以石治醚萃取剂蹦，很容易产生乳化现象，丽以正己乙烷作为苹 取荆直接从矿井水中萃取油，有效地减少了萃取过程中的乳化现象，并经过油标、 正己炕用量方面的试验，可以得出油的平均回收率达到9 6 以上，而且该方法最 仁硷! ! ：蔓0 0 2 5 z g 。 9 - 安徽理工大学硕士学位论文 2 红外分光光度法 红外分光光度法也是测定工业废水中微量油的一种方法。它适用于0 o l m g l 的含油水样，该方法不受油品种的影响，能比较准确的反映出水中石油类的污染 程度本方法适用于地表水、地下水、生活污水和工业废水中的石油类和动植物 油的测定。样品体积为5 0 0 m l ，使用光程为4 c m 的比色皿时，方法的检出限为 0 1 m g l ，样品为5 l 时，其检出限是0 o l m g l 红外分光光度法具有分析准确， 速度快，重现性好的优点，有利于提高工业废水处理控制水平嘲。鉴于工业废水 中油含量分析的特殊性，实际分析时应根据其来源，主要成分和含量等情况，确 定适宜的分析方法。由于油是一种由许多不同碳氢化合物组成的混合物，采用不 同分析方法，结果差异较大。但矿物油成分中含有碳氢基，其中每一个基在 2 9 3 0 c m - 1 、2 9 6 0c m - 、3 0 3 0c m - 1 处都有一个截然不同的能量吸收带。对任何一种 油来说，这一吸收带几乎都相同，不受其它物质的干扰，且吸收量与样品中的油 浓度成正比，因此适合采用红外分光光度法近年来，采煤机器使用大大增加， 同时采煤机组乳化液用量也增加，乳化液在使用时由于跑冒滴漏等原因，造成煤 矿矿井水油污染问题越来越严重，并且制约了其资源化的程度。这给矿井水中微 量油的处理带来了难度。乳化油属水包油型，由于表面活性剂的存在，油在水中 呈乳浊状，具有高度分散性和稳定性。在分析过程中形成絮状物悬浮在萃取液中， 对测定结果影响较大。虽可以通过无水n a 2 s 0 4 去除，但去除后结果数据明显偏低。 采用红外分光光度法可较好地消除表面活性剂对分析结果的影响。红外分光光度 法对不同废水中含油量测定结果见表i t 2 射。 表l 红外分光光度法对不同废水中含油量测定结果 单位：m 舻 t a b l elt h ed e t e r m i n i n gr e s u l to f t r a c eo i lb yi n f i m e ds p c c t m p h o t o m e t r i cm e t h o dt od i f f e r e n t w a s t e rw a t e r 1 0 第1 章绪论 上表列出的是红外分光光度法对不同的工业废水中微量油的测定结果，乳化 液处理后废水合大量表面活性剂，4 l 钢废水含少量表面活性剂，机械油废水和汽轮 机油废水不含表面活性栽。从结果中我们可以看到红外分光光度法能较好地消除 表面活馑剂的影响，平均偏差 4 0 1 2 8 】。 3 荧光法 荧光法测定水中油含量，具有灵敏度高、选择性强等特点1 2 9 1 。由于水中的油 分主要指含有不饱合烃及芳烃类的有机物，这些有机物大多数能在紫外光照射下 发生荧光，因此，采用荧光分析法测定水中的微量油分的含量也是一理想方法， 囡内已有报导。用荧光法测定水中微量油分含量的试验中，主要涉及萃取剂的选 择，二次萃取情况，直接定容和标准油品的选择等等问题。 测定原理：在中性介质中，水中的油分可被正己烷定量萃取，萃取液在紫外 光照射下会发射出兰色荧光，其荧光强度与油品含量成正比，符合比耳定律。因 此，可通过油品的荧光相对强度求出油品的含量1 2 叭。 在甩荧光法溅定废水中微量油含量时要注意温度对溶液的荧光强度的影响。 随着温度的降低，溶液的荧光强度将增大，反之将减小在进行荧光测定时，由 于荧光分光光度计的光派温度很高，很易引起溶液温度的上升，另外由于室温的 变化也可导致荧光强度自0 变化。因此，在测试过程中若仪器无冷却、恒温装置， 操作者要做到操作快捷、迅速。 荧光法测定水中微量；盂分含量的探讨中王杰华作者把荧光法和紫外分光光度法 对废水中微量油的测定结果做了对比，见表2 1 2 9 l 。 表2 荧光法和紫外法对照 t a b l e2l b ec o m p a r i s o nb e a v e e nf l u o r e s c e n lm e t h o da n du l t r a v i o l e ts p e e t r o p h o t o m e t r i cm e t h o d o 3 9 0 3 5 o ：s 0 3 8 o 3 9 o 3 8 l 8 3 ” 胚 砭 怍嘞 847loo61 ，o 6 8 6 4 8 3 3 3 3 3 o o o o 0 安徽理工大学硕士学位论文 由上表看出通过t 检验与紫外法对照，两种方法测定结果无显著差异，说明用 荧光法测定水中微量油分的含量，有非常好的准确性和可靠性，这给工厂、实验室 操作带来方便。 4 原子吸收分光光度法 用原子吸收分光光度计测定工业废水中微量油也有报道。例如：王振原于 1 9 9 7 年发表的“用原子吸收分光光度计测定水中微量油”一文，主要是将原子吸 收分光光度计测量水中微量油的结果同紫外分光光度计测定结果相互比较。在波 长2 5 4 n m 处有特征吸收峰的微量油，所得结果与用紫外分光光度计测定时的结果 一致。测定结果比较见表3 1 4 0 l 。 表3 原吸法与紫外法比较p “m g m t a b l e3t h eg o m p a r i s o nb e t w e e na t o m