矿山工业污染治理PPT课件

1 工业生产及污染概论 授课班级 06环境工程授课老师 伍斌Telmail sosodongdong 2 课程介绍 学习目的及意义掌握基本的工业生产知识 专业知识的应用 工作准备学习内容48学时学习方法课堂讨论 注重理解考试方式考查 3 1 矿产资源开发及污染控制 本章学习要点 1 掌握与矿产资源开发相关的主要概念 2 理解采矿 选矿和石油开采的方法及工艺流程 3 了解矿山和石油开采生产的主要污染物 4 掌握矿山和石油开采中主要污染物的处理方法 4 1 1 1矿产资源定义 经过漫长的地质年代 在地壳中形成的可供人类利用的自然原料 分类 金属矿产资源 非金属矿产资源和可然性矿产资源特点 不可再生基本概念 矿物 矿石 原矿 精矿 矿石的品位矿物 在地壳中具有固定化学组成和物理性质的天然化合物或自然元素矿石 在现有技术和经济条件下 能够被开采利用的有用矿物的集合体矿带 矿床 在地质作用下 矿物积聚于地壳中的某些地段或部位并达到了一定规模和具有开采价值的区域原矿 直接开采出来的天然矿石精矿 经过选矿处理并使其中有用矿物富集到一定含量的矿石矿石的品位 矿石中有用成分的质量分数 1 1矿山工业 5 通常将具有金属光泽 导电性 导热性和可塑性的化学元素称为金属 1 1 2金属及其分类 有色稀土金属 镧 铈 镨 6 露天开采 用露天坑道在地面上进行准备和采矿作业的开采方法 包括爆破 挖掘 采装 运输和排土等作业过程地下开采 一般包括井田开拓 矿块采切 矿块回采三大步骤1 开采单元的划分 1 1 3采矿 7 2 基本概念矿田 划归一个矿山企业开采的全部矿床或其一部分井田 划归一个矿井或坑口开采的矿田或其一部分矿区 由于行政上 地理上或经济上的原因 将邻近的几个矿井划归为一个行政机构管理 而将这几个邻近矿田 或矿井 合起来称为矿区 1 1 3采矿 矿田 L 长度 1 2 主井 副井 8 3 井田开拓根据矿井主要开拓巷道的类型及数目 立井开拓 斜井开拓 平碉开拓 斜坡道开拓及综合开拓五类 根据井筒与矿体的相对位置 穿层开拓 下盘开拓 上假开拓 侧翼开拓及脉内开拓等五类 4 矿块回采 空场回采 充填回采 崩落回采5 采矿空区的处理 崩 充 封 崩 进行人工或自然崩落围岩充 用废石 尾砂充填空区封 封闭保留 1 1 3采矿 9 1 1 4选矿 选矿目的1 分离去除脉石杂质 富集和提高有用矿物的含量2 将共生 伴生的有用矿物或有价金属分选出来 以实现其综合利用3 充分降低尾矿中有害矿物或有价金属的含量 提高回收率 减少污染选矿的基本指标精矿品位 产率 选矿比 回收率选矿流程 10 选矿方法重选 浮选 磁选 电选 光电分选 摩擦分选 弹跳分选 人工手选1 重选 根据矿物的密度或粒度不同而分离矿物的选矿方法 设备结构简单 作业成本低廉 依据 密度差异可选性系数E E越大 可选性越好E 2 1 式中 1 小密度矿物颗粒的密度 kg m3 2 大密度矿物颗粒的密度 kg m3 介质的密度 kg m3常用重选设备 水力漩流器 跳汰机 摇床 螺旋选矿机思考 哪些矿物适用重选 1 1 4选矿 11 2 浮选 根据矿物颗粒之间表面物理化学性质的差异进行分选矿物 依据 矿物颗粒表面疏水性或亲水性的大小浮选药剂 捕收剂 药 起泡剂 油 抑制剂 介质调整剂等浮选过程 一般由矿石粉碎 制浆 加药调整和充气浮选等步骤组成 粗选 扫选 精选 常用浮选机 机械搅拌式浮选机 充气式浮选机 压气式浮选机 气体析出式浮选机思考 哪些矿物适用浮选 1 1 4选矿 12 3 磁选 利用矿物颗粒磁性差异在磁选机不均匀磁场中进行分选 依据 磁性差异必要条件 磁选机和矿物颗粒之间作用力大于该矿物颗粒所受的与磁场方向相反的机械力的合力 1 1 4选矿 常用的磁选设备 磁选机 磁力脱水槽 脱磁器 思考 哪些矿物适于磁选 13 矿山工业空气污染 主要为矿井空气污染 矿山工业水污染及治理矿山工业固体废物污染与治理 矿山工业污染及其治理 14 1 矿山工业空气污染1 矿山废气来源及危害 15 16 矿山常见大气污染物性质及危害 17 2 矿山大气污染防治措施 改革生产工艺 降低污染物的排放量 激光切割 静力破碎 根本措施 合理利用能源 改革动力燃料及燃烧过程天然气 新能源利用地形成少污染环境自净能力 生活区生产区布局按照风向规律合理规划布局局工业从生活设施风向 风频绿化矿区 合理设置防护地带 18 2 矿山工业废水污染及治理 1 矿山废水的主要来源 开采废水 矿坑水 酸性废水之类选矿废水 湿式破碎 水力跳汰分选 浮选 选出目的产物 废水 19 选矿厂产生废水 矿区地表废水 近期污染实例 2005年初 湖北黄石阳新县韩家山村一选矿厂排放没有达标的污水 流进农田后导致韩山村近百亩农田遭受严重污染 20 特点排放量大 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 危害危及人体健康及其它动植物的生存 传染疾病 头晕 头痛 贫血 白血病 危害工农业生产 酸性水致农作物枯死 设备腐蚀 2 矿山废水的特点及危害 21 3 几种常见废水处理的基本方法 硫化法基本原理 向废水中投入硫化剂 使废水中的金属离子形成硫化物而沉淀 使用药剂 Na2S NH4 2S等 特点 处理成本较高 有时的恶臭 易造成二次污染 22 生化法基本原理 微生物法是人们根据从酸性矿山废水中分离出来的铁氧菌和硫酸盐还原菌的特征及硫化矿物在细菌作用下溶出的机理 控制这些细菌来抑制金属的溶出 或有目的地利用细菌加速金属溶出 或利用细菌具有吸收或沉积各种离子与其表面的亲和力处理酸性矿山废水 例 利用硫酸盐还原菌将酸性矿山废水中的SO42 还原为H2S 并进一步通过生物氧化作用将H2S氧化为单质S 特点 微生物法处理酸性矿山废水具有费用低 适用性强 无二次污染 可回收短缺原料单质硫等优点 成功实例 日本松尾矿山利用酸性废水中水解硫酸铁吸附浓缩的氧化铁硫杆菌 经载体培养 泥渣回流等措施 使氧化槽保持很高的铁氧菌浓度 用于氧化Fe 可使97 的Fe被氧化 自1981年运行以来 工艺效果良好 松尾矿山酸性废水处理工艺也因此成为利用微生物技术处理无机酸性废水的典范 23 沉淀浮选法基本原理 将废水中的金属离子转化为氢氧化物或硫化物后 再用浮选法去除或回收其中的有价金属 浮选剂的选择 特点 效率高 适应性广 产生污泥少 常采用 萃取法 萃取与反萃取原理 其他处理技术 人工湿地系统 铁氧体法 电化学处理等 矿山废水治理重点 选矿废水 含尾矿库溢流水 应循环利用 力求实现闭路循环 未循环利用的部分应进行收集 处理达标后排放 研究推广含氰 含重金属选矿废水的高效处理工艺与技术 24 3 矿山工业固体废物污染及其治理 来源 主要是矿山爆破 掘进产生的废石 矸石 尾矿及选矿 冶炼排出的各种废渣特点 数量大 种类多 组成复杂 危害 占用土地 损伤地表 浪费资源 污染水质和土壤 危害生物 影响农业生产 废石滑动塌方 危及人身安全 污染环境 破坏生态平衡 25 治理途径或措施 改革采选工艺 使其不产生或少产生固体废物 这是矿山固体废物处理与防治的根本途径 处理技术 资源化 煤矿矸石的综合利用 矿山废石与尾矿的资源化 1 筑坝堆放 加高尾矿库的高度 堆积矿山固体废物 随着尾矿坝基的增高 技术上 工艺上要求越高 尾矿坝事故屡有发生 尾矿坝溃坝事故不仅使尾矿流失 严重时还多破坏下游地区的生态环境 造成巨大的生命财产损失 通过调查1960年以来国外发生的较典型的80例 攀钢的尾矿坝 26 2 远距离输送 输送到合适的山地 山沟暂时堆积 类似固体废物的土地安全处置 3 培植植被 回填 矿场 整治 酸性中和 表土覆盖 种植作物 一种修复矿山土壤和污泥重金属污染的专利技术在重金属污染的矿山土壤或污泥中种植秃疮花 利用秃疮花对Cd Cu Pb Zn四种重金属的富集特性 将其种植于矿山土壤和污泥中 吸收积累Cd Cu Pb Zn 并将其大部分转运到地上部分 以达到修复矿山土壤和污泥中重金属污染的目的 由于秃疮花生命力旺盛 在其生长过程中不需进行特殊管理 因而成本很低 可操作性强 同时 秃疮花还是具有清热解毒 消肿 止痛 杀虫等作用的中药 可以充分合理的利用资源 一物多用 27 矿山工业固体废物的综合利用 28 4 矿山工业污染问题探析 问题解决根本 必须从源头抓起 实行 先交钱 定规范 再开采 的预备金制度 坚持 谁开发谁保护 谁污染谁治理 谁破坏谁恢复 的原则 彻底改变 拿走资源 留下污染 的矿山开采传统模式 建立矿产资源和环境价格的核算体系 综合运用法律 经济 行政和技术手段 保护和改善矿山生态环境 走 绿色 矿业之路 此外 从源头上控制污染 从勘查登记到采矿登记 环境影响评价 矿山开采等方面严格把关 严格限制新办民采民选 取缔非法采选 以及加大技术引导力度 鼓励矿山开展清洁生产 对部分污染治理效果好 经济实力较强的矿山开展全程清洁生产示范研究 矿山污染带来的不仅仅是森林良田被毁 水土流失等 也会对生态造成灾难性的破坏 这是几十年甚至几百年都很难恢复过来的 29 石油概述1 性质及成分原油 可燃粘稠液体 碳氢化合物2 中国与 石油 发现最早 利用最早 第一口石油井3 我国的油田大庆胜利辽河克拉玛依四川 5000万t 3000万t 1500万t 790万t 17万t 74 8亿m3 1 2石油开采过程与污染控制 30 得到石油产品的一般环节石油勘探 油田开发 油气集输 石油炼制油田开发程序1 探井2 打资料井3 分层分区试油4 开辟生产试验区5 确定油藏类型6 油田开发设计7 钻基础井网8 修改设计指标 定出具体的各开发期的配产 配注方案 1 2石油开采过程与污染控制 31 1 2 1油田开采工艺 1 2石油开采过程与污染控制 一 完井1 概念 是为满足各种不同性质油气层的开采需要而选择的油 气层与井底的连通方式和井底结构的作业2 完井作业 固井 射孔和诱导油流3 完井方式 是指油层与井底的连通方式 井底结构及完井工艺4 油井组成 井身 完井结构 井口装置 32 完井方式 裸眼完井 油层部位不下入套管 整个油层完全裸露 油层与地面通过油井直接连通 33 衬管完井 钻头钻至油层顶界后 先下套管注入水泥固井 再从套管中下入直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深 最后在油层部位下人预选割缝的衬管 依靠衬管顶部的衬管悬挂器 卡瓦封隔器 将衬管挂在套管上 并密封村管和套管之间的环形空间 使油气通过衬管的割缝流人井筒 34 射孔完井 包括套管射孔完井和尾管射孔完井 用一种特殊的枪对准油 气层 射穿套管和水泥环并进入地层一定的深度 使油气通过射开的孔眼流入井筒 实现油层与井简连通的完井作业方法 35 砾石充填完井 在油层部传下人绕丝筛管 然后在筛管与井壁之间充填一定粒度的砾石 油气可经过筛管 穿过砾石层流入井筒 36 一次采油 仅仅依靠岩石膨胀 边水驱动 重力 天然气膨胀等各种天然能量来采油的方法称为一次采油 二次采油 通过注气或注水提高油层压力的采油方法称为二次采油 三次采油 通过注入流体或热量来改变原油黏度或改变原油与地层中的其他介质的界面张力 用这种物理 化学方法来驱替油层中不连续的和难开采原油的方法称为三次采油 二 采油 1 2 1油田开采工艺 37 常规采油工艺1 自喷采油 依靠油层自然能量采油 自喷井 特点 设备简单 容易管理 产量高 是最经济的采油方法 1 2 1油田开采工艺 38 2 人工举升a 气举采油 将天然气加压注入井底进行举油 气举井 特点 井口 井下设施比较简单 管理调节比较方便 但地面设备系统复杂 投资大 而且气体能量的利用率较低 1 2 1油田开采工艺 39 b 机械采油 1 2 1油田开采工艺 有杆泵采油技术 无杆泵采油技术 电潜泵 水力泵 水力喷射泵 水力活塞泵 螺杆泵 游梁式抽油机 40 41 42 3 油田注水注水方法 晚期注水开发 早期注水开发注水方式 外部注水 内部注水 内部切割注水 面积注水地面注水系统 水源 净化站 注水站 配水煎 注水井 1 2 1油田开采工艺 43 附 油田注水水质要求 44 4 稠油开采方法 1 2 1油田开采工艺 45 热力开采 依靠热能降低原油黏度 以增加原油流动能力的方法a 蒸汽吞吐 依靠蒸汽的能量b 火烧油层 依靠电的 化学的方法 46 5 油井增产方法a 油层水力压裂 靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中 借助井底憋起的高压 使油层岩石破裂产生裂缝 1 2 1油田开采工艺 压裂增产原理示意图 a 压裂前 b 压裂后 47 b 酸化 向地层注入一种或几种酸液 利用酸与地层中可反应矿物发生化学反应 溶蚀储层中的连通孔隙 天然裂缝及人造裂缝壁面岩石 增加流体的孔隙 裂缝中的流动空间 达到增产的目的 1 2 1油田开采工艺 48 最新采油工艺简介1 微生物采油向油藏注入合适的菌种及营养物 使菌株在油藏中繁殖 代谢石油 产生气体或活性物质 可以降低油水界面张力 以提高石油采收率2 水平井采油水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后 井筒转到接近于水平 以与油层保持平行 得以长井段的在油层中钻进直到完井 1 2 1油田开采工艺 49 3 其他丛井式采油工艺 液体火药压裂采油工艺 泡沫压裂采油工艺 CO2压裂采油工艺 微生物提高采收率采油工艺 聚合物驱提高采收率采油工艺 CO2驱提高采收率采油工艺 碱加聚合物提高采收率采油工艺 声波及超声波采油工艺 电磁加热油层采油工艺 磁能清蜡 除垢 降粘 增注采油工艺 振动采油工艺 核能采油工艺等 1 2 1油田开采工艺 50 本节参考书 1 马双才 让地下原油见青天石油开采 20062 方宏长 开采地下石油的谋略石油开发 20063 何耀春 石油工业概论 20064 于云琦 采油工程 20065 邹燕霞 采油工艺技术 2006 1 2 1油田开采工艺 51 一 污染物来源及特点1 废气来源及其特点主要来自钻井机器 采油井口 密封不严 原油转接站及联合站 施工车辆 落地原油及伴生气处理站和污水处理站 以及井喷等事故排放的废气 含烃类 甲烷烃 乙烷烃等 和非烃类气体 氢气 氮氧化物 碳氧化物 硫化氢等 物质 由于排放点分散 废气浓度和量变化较大 一般都没有对其进行处理 1 2 2油田开采污染控制 52 1 2 2油田开采污染控制 2 废水来源及其特点 石油类及烃类 1 钻井废水来源 废弃钻井液 钻井 机械废水 冲洗废水 钻井液废水 其它废水特点 pH值偏高 含悬浮物高 石油类 COD 钻井液添加剂 硫化物 酚 悬浮物 色度等 不同油田 不同井径排出的污染物浓度是不同的 从外观上看是棕色 褐色 甚至近乎黑色 一般钻井污水若来源于浅层钻井 其中的污染物仅含油量可能超标 当进行深井钻探时 废水中的油 酚 铬 悬浮物等均有超标的可能 53 我国部分油井钻井废水特点 污水的综合排放标准 54 1 2 2油田开采污染控制 2 洗井废水来源 注水井经过一段时间的运行 由于滤网截留的悬浮固体增加 致使管路压力逐渐增高 注入的水量也相应降低 当达不到计划注水量时 注水井就要进行反冲洗 以清除滤网上沉积的固体和生物膜 从而产生洗井废水 特点 成分比较复杂 水温在35 左右 pH值在7 5 8 0范围 色度高 通常呈黑褐色 主要污染物为悬浮固体和油类物质 并含有六价铬 Cr6 55 3 采出水 产出水来源 石油开采时随原油带出的水经集输系统的脱水转油站脱出 形成油田特有的含油废水 特点 此类废水在石油开采中排放量最大 矿化度大 水温较高 油质及有机物含量较高 溶解氧较低 pH值一般偏碱性 6 5 8 5 含腐生菌和硫酸盐还原菌 还有悬浮物及泥砂等 有一定的腐蚀性 另外 由于油水乳化不易分离 为了脱除水分还要加入破乳剂 因而废水中还含破乳剂成分 1 2 2油田开采污染控制 56 我国各主要油田采出水水质 57 二 油田污水治理技术钻井废水的处理1 封闭式井场处理法钻井井场实行全封闭 在井场四周除留一条道路出口外 全部用土围子将其与农田 河塘及其它地面区域隔离开来 井场钻屑池 钻井废池 残渣池均实行全封闭 完井后 钻井污水在污水池内自然风干 然后填埋复耕 1 2 2油田开采污染控制 58 2 化学混凝法 混凝的概念 原理 影响混凝的因素 常见混凝剂 对悬浮物和有害物质的去除有效 但不能有效除油 因此一般再配以除油收油处理 应用 A间歇式化学混凝沉降B混凝 离心 过滤C强化固液分离 絮凝沉降 1 2 2油田开采污染控制 59 含油污水的处理 1 2 2油田开采污染控制 1 我国油田污水处理存在的主要问题高含水后期采出水复杂程度高深度处理技术落后设备落后 60 1 2 2油田开采污染控制 2 油类在水中的存在形态 A 浮油 这种油在水中分散颗粒较大 油粒径一般大于100 静置后能较快上浮 以连续相的油膜漂浮在水面 B 分散油 油在水中的分散粒径为10 100 以微小油珠悬浮于水中 不稳定