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水处理系统

煤层气开采水处理



煤层气的开采会带来一系列环境问题,其中显著的是采出水的排放问题,所以应非常重视煤层气采出水的处理及综合利用。煤层气的勘探开发在我国是一项新兴的技术,水处理尚没有成型的技术设备,而煤矿矿井水处理的研究和应用已经相对成熟,因此我们对煤矿矿井水的水质特点、处理及利用方法进行了调研,以期获得启迪和借鉴。

水质情况

煤矿矿井水的水质按酸碱度可分为酸性、中性和碱性三种。①酸性矿井水存在于大多数南方煤矿中,pH值一般为3.0~3.5,有时达2.0。含有大量Fe2+的酸性矿井水几乎是无色透明的,

但如果将这种废水直接排入河流,废水的pH值会猛然增高,废水中的Fe2+逐渐变为不溶性的赤褐色氧化铁沉淀,同时水中溶解氧急剧下降,严重污染环境,且这种水处理较困难。②中性和碱性矿井水存在于我国中原及北方大多数煤矿,这两种水处理比酸性水较为容易。按所含的污染物分,矿井水主要分为以下几种:①高悬浮物矿井水,全国绝大多数煤矿的矿井水都含有较高的悬浮物,以煤粉为主;②高矿化度矿井水,许多地区的煤矿矿井水矿化度较高,尤其是地下水含盐量较大的地区;③水质较好的矿井水,这类矿井水水质与饮用水标准相比,仅悬浮物等几项超标;④含有氟化物的矿井水;⑤含重金属及其它特殊污染物的矿井水。

处理方法

一.酸性矿井水

1.中和法。国内处理酸性矿井水主要采用中和处理法,中和剂是各种碱性物质。以石灰石为中和剂的主要有石灰石中和滚筒过滤法、升流膨胀过滤中和法;以石灰为中和剂的主要有石灰乳井下注入中和法和石灰乳中和处理法。工艺流程如图1、2所示。

2.湿地处理法。它是国外近年来研究的一项新技术。这种方法成本低、易操作、效率高。湿地植物去除酸性矿井水中金属离子是通过吸附(主要是离子交换)、消耗(植物摄取)、简易过滤作用来实现的。此外,泥碳基质对铁离子有吸附氧化的作用、沼泽地存在的大量脱硫弧菌对硫酸根有去除作用。

3.生化处理法。用微生物氧化酸性矿井水中的铁离子,并利用该铁离子制取PFS(聚合硫酸铁)。工艺流程简图如图3             

4.粉煤灰处理法。含碱性氧化物并具有一定吸附特性的粉煤灰不仅可中和酸性矿井水,而且对Fe2+的去除率较高。

二.高悬浮物矿井水

混凝、沉淀、过滤是含悬浮物矿井水净化过程中必不可少的单元过程,混凝和沉淀操作不可去除原水中95%以上的悬浮物和90%左右的细菌,还保证未能沉淀的细小矾花在后续的过滤操作中能被滤料截留。

矿区井水处理工艺流程见图4

以上方法处理矿井水,流程比较简单,处理效果好。晋城矿物局采用图五所示的处理工艺

以上处理流程中,混凝剂的选择比较重要,目前大多数煤矿采用聚合铝作混凝剂,有个别煤矿试验将聚丙烯酰胺絮凝剂配合混凝剂投放,得到良好的处理效果。

三.含盐矿井水

反渗透处理。适用于含盐量高、硬度大的水处理,脱盐率90%以上,脱硬率95%以上。该方法设备体积小,可连续操作,出水水质稳定,流程如图6。


图6  反渗透处理含盐矿井水流程示意图

四.含有氟化物的矿井水

1石灰乳沉淀法。加适量石灰乳于高氟矿井水,在软化硬水的同时,除去部分氟离子,生成氟化钙沉淀。

2.铝盐凝聚法。常用的凝聚剂有AlCl3、聚合碱式氯化铝(简称PAC)等铝盐,其中PAC的凝聚效果优于AlCl3。铝盐的水解产物容易吸附水中悬浮物和胶体状态氟化物,但是难以吸附游离态半径很小的氟离子。

3.离子交换法。离子交换是通用的饮用水除氟方法,目前使用较多的吸附、交换剂是活性氧化铝和羟基磷酸钙,近年来后者的使用呈上升趋势。

4.电凝聚法。电凝聚是电解、水解、吸附、凝聚沉降的综合过程,和铝盐凝聚法相比,它多了电解过程。电凝聚法除氟的工艺流程是:高氟水→沉淀→调解酸度→电解槽除氟→净化→消毒→饮用水。

五.含其它污染物的矿井水

重金属、有机物的污染物一般吸附在颗粒物上,且浓度较低,通过一般的混凝过滤方法可以去除。

利用方法

矿井水重复利用大体可以归纳为三类,即生活用水、工业用水和绿化用水。工业用水可以划分为三小类:①灌浆和冲渣用水。酸性矿井水经中和、沉淀处理后即可满足此类用水要求;中性和碱性矿井水只经沉淀处理即可;②洗煤厂生产补充用水、井下消防洒水、煤层注水、地面防尘用水等,要求比一类用水水质高一些。一般矿井水经混凝、沉淀处理后,方可满足此类用水要求;③锅炉用水、冷却用水,这类用水要求高,矿井水处理后,必须经电渗析等深度处理后,方可满足要求。水质较好的矿井水经混凝、过滤即可达到饮用水标准,矿化度较高的矿井水须进行反渗透处理。大多数矿井水经一般处理后都可用于绿化。由以上资料可知,煤层气采出水的水质会随着开发地域的不同而不同,在处理前应先进行监测分析,确定水质类型,然后再根据技术经济分析结果和当地用水情况,确定煤层气采出水的处理方法和用向。


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