《山西左云县鹊儿山煤矿矿井水回用技术的研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山西左云县鹊儿山煤矿矿井水回用技术的研究.pdf（74页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、太原理工大学硕士学位论文山西左云县鹊儿山煤矿矿井水回用技术的研究姓名：李林申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：王增长20080501太原理工大学硕士研究生学位论文山西左云县鹊儿山煤矿矿井水回用技术的研究摘要水是生命的源泉，是人类社会经济生产和生活不可缺少的自然资源。但是，目前水资源问题已成为我国社会经济可持续发展中最突出的问题之一。在我国，煤矿矿区尤其是北方矿区缺水已成普遍存在的现象，同时，煤矿生产过程中又排出大量的矿井水，这些矿井水未经处理直接外排，不仅造成了矿区周围环境的污染，而且还浪费了宝贵的水资源。因此，综合考虑，矿井水资源化是解决煤炭矿区严重缺水和矿井水污染环境这两个困扰煤炭行
2、业的难题的最佳选择，而且合理的资源化可使煤矿矿井水达到经济效益、社会效益和环境效益的统一。基于上述理论，本文针对山西左云鹊儿山煤矿严重缺水这一状况，提出了矿井水处理回用方案，并到鹊儿山煤矿现场采集水样，进行实验分析，得出矿井水水质特征。该矿矿井水属于色度和浑浊度都较高的悬浮物矿井水。根据该矿的矿井水水质特征和矿井的稳定涌水量，论证了该矿区实现矿井水资源化回用的可行性，并通过理论分析和技术比较确定了矿井水资源化的最佳方案。对矿井水处理回用过程中的关键操作单元絮凝单元进行了混凝实验研究。即对选定的囱种混凝剂进行了单一混凝实验和配合混凝实验。实验结果表明，单独投加一种絮凝剂时，聚合氯化-铝(P A
3、C)絮凝效果最好。而配合投加时，无机絮凝剂聚合氯化铝(P A C)和与有机絮凝剂聚丙烯酰胺(P A M)絮凝效果最佳。这些研究成果具有一定的理论意义和实T太原理工大学硕士研究生学位论文用价值，值得参考和借鉴。关键词：矿井水，资源化，工艺流程，混凝实验太原理工大学硕士研究生学位论文R E S E 根C HO FR E U S ET E C H N I CO FW A T E RR E S O U R C EI NQ U E E R S H A NM I N E，Z U O Y U NC O U N R S H A N X IP R O V I N C EW a t e ri st h es o
4、u r c eo fl i f ea n dt h ei n d i s p e n s a b l en a t u r a lr e s o u r c eo fs o c i a lp r o d u c t i o na n dh u m a nl i v i n g h o w e v e r,T h eq u e s t i o no fw a t e rr e s o u r c eb e c o m e so n eo ft h em o s to u t s t a n d i n gp r o b l e m so fs u s t a i n a b l ed e v e
5、 l o p m e n to fo u rc o u n t r y Ss o c i a le c o n o m i ca tp r e s e n t T h el a c ko fw a t e ri nc o l l i e r yi sag e n e r a lp h e n o m e n o ni nc h i n ae s p e c i a l l yi nn o r t h e r nc o l l i e r y A tt h es a m et i m e，l o t so fc o a lm i n ed r a i n a g ei sd i s c h a
6、r g e dw i t h o u tt r e a t m e n tw h e nc o a li sm i n e d，w h i c hn o to n l yc a u s ea m b i e n tp o l l u t i o n，b u ta l s ow a s t ev a l u e a b l ew a t e rr e s o u r c e T h e r e f o r e，i ti ss y n t h e t i c a l l yc o n s i d e r e dt h a tu t i l i z a t i o no fm i n ew a t
7、e ri st h eb e s tc h o i c eo fd e a l i n gw i t hd i f f i c u l tp r o b l e m so fs e v e r el a c ko fw a t e ri nc o l l i e r ya n da m b i e n tp o l l u t i o n，b e s i d e s，r e a s o n a b l eu t i l i z a t i o nw i l la c h i e v et h eu n i o no fe c o n o m i cr e t u r n s，s o c i a
8、 le f f e c ta n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s B a s eo nt h et h e o r ya b o v e，t h er e c y c l e t r e a t m e n to fc o a lm i n ed r a i n a g ei sp u tf o r w a r da c c o r d i n gt od e f i c i e n tw a t e rs i t u a t i o ni nQ u e e r s h a nM i n e，Z u o y u nC o u n t y,S
9、h a n X iP r o v i n c e A f t e re x p e r i m e n t a la n a l y s i so nt h ew a t e rs a m p l et h a ti sg a t h e r e di nm i n i n ga r e a，t h i sp a p e rc o m et ot h ec o n c l u s i o n：t h ew a t e rq u a l i t yo fc o a lm i n ed r a i n a g ei nQ u e e r s h a nm i n i n ga r e ai sw
10、e l la n db e l o n g st oh i g hI I I太原理工大学硕士研究生学位论文s u s p e n d e ds u b s t a n c em i n ew a t e r A c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o no ft h ew a t e rq u a l i t ya n ds t a b l ec o a lw a t e rq u a n t i t yi nQ u e e r s h a nm i n i n ga r e a，t h i sp a p e rp r o p o s e st h eb
11、e s ts c h e m e，p l a n，d i s p o s a la n dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s so ft h eu t i l i z a t i o no fm i n ew a t e rt h r o u g ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h et e c h n i c a lc o m p a r i s o n T h i sp a p e rm a k e st h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h
12、 ek e yo p e r a t i o n-f l o c c u l a t i o nu n i ti nt h er e t r i e v a lp r o c e s s i n go fm i n ew a t e r U s et h eb e a k e rt os t i rt h ee x p e r i m e n t a lt e c h n i q u et oc a r r yo nt h ef l o c c u l a t i o ne x p e r i m e n ts e p a r a t e l ya c c o r d i n gt ot h
13、ed e s i g n a t i o no ff i v ek i n do ff l o c c u l a n t T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t e sw h e nt h r o w i n go n ek i n do ff l o c c u l a n ts e p a r a t e l y,t h eP A Ch a sb e s t f l o c c u l a t i o ne f f e c t T h ei n o r g a n i cf l o c c u l a n ta n dt
14、h eo r g a n i ca r ec o o p e r a t e l ym a t c ha n dt h r e wb e t t e rt h a nt h e ya l et h r o w ns e p a r a t e l y,T h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e st h a tt h eP A Ca n dt h eP A Mt h r o w nt o g e t h e rh a v et h eb e s tf l o c c u l a t i o ne f f e c t T h i sp a p e ri n d
15、 i c a t e dt h a tt h em i n ew a t e ro fQ u e e r s h a nm i n i n ga r e ac a nr e a l i z et h em a x i m i z e da n dc o m p l e t e du s ei ft h i sr e t r i e v a lp l a ni sc a r d e do u t T h e r er e s e a r c hp l a n sc o n t a i nc e r t a i n t h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n
16、c ea n dp r a c t i c a lv a l u e，w h i c ha r ew o r t hu s i n gf o rr e f e r e n c e K E Y W O R D S：m i n ew a t e r，u t i l i z a t i o n，t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s，f l o c c u l a t i o ne x p e r i m e n tI V声明尸明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或
17、集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：垄!企：日期：丝量：笪：兰关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：垄达日期：迦星：笸：主导师签名：一日期：丝笈：厶：2太原理工大学硕士研究生学位论
18、文1 1 世界水资源的状况第一章文献综述弟一早义陬三示地水是生命的源泉，是生态环境系统中最活跃和影响最广泛的因素，是人类社会生产和生活不可缺少的自然资源。地球上的水广泛分布于空中、地面和地下。总水量约为1 3 8 5 9 8 万l(I n 3，其中海洋水约占9 6 5 4，地下水占1 6 9，冰川和永久积雪占1 7 4，湖泊水、沼泽水占0 0 1 3 8，江河水占0 0 0 0 2，生物水占0 0 0 0 1，大气水占0 0 0 1。在总水储量中，淡水为3 5 0 2 9 2 万k i n ，占2 5 3。淡水中有6 9 5 6 为固体状态，大部分储存于南极、北极岛屿、高山和北半球永冻层内；其
19、余的占淡水储量的0 3 4，绝大部分是冰雪冰川，以及与人类生活最密切的江河、淡水湖和地下水等淡水。由此可见，尽管地球上的水资源是丰富的，但可利用的淡水资源是极其有限的。令人担忧的是，2 0 世纪5 0 年代以来，随着全球人口的急剧增长，工业迅速发展，人类对水资源的需求正以惊人的速度扩大。据估计全球用水量每年大致以5 的速度递增，目前全世界的年耗水量己增加到7 万亿m 3。在不到1 0 0 年的时间里，全球工业用水增加了2 0 倍，农业用水增加了7 倍，生活用水增加了1 0 倍。由于人类生活和工农业生产，所需要的都是淡水，而世界淡水资源总量基本不变，使2 0 世纪末的人均水资源占有量仅为世纪初的
20、1 1 8。由于人口的增长所带来的生活污水剧增，工农业的发展又造成了工业废水和农药、化肥污水的猛增。这些污水大多没有经过处理就直接排入江河湖海，对河流、湖泊、地下水层等淡水资源造成极大的污染，使许多本来可以利用的淡水资源遭到破坏。目前全世界约有1 1 亿人未能喝上安全的饮用水，约有2 4 亿人缺乏充足的用水卫生设施，每年有3 0 0 万到4 0 0 万人死于和水有关的疾病n 1。一方面水资源严重短缺，另一方面水资源污染日益严重，使得目前全球有6 2 个国家2 2 亿人面临淡水不足，其中2 6 个国家3 亿人严重缺水。据估计，到2 0 2 5 年全世界淡水需求量将增加4 0，到那时世界将有近一半
21、人口生活在缺水地区，使现在缺水和水资源紧张的地区不断扩大。随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，水资源短缺问题已演变成世界倍受关注的资源环境问题之一。1 9 7 2 年联合国第一次人类环境会议发出“水将导致严重的社会危机 圆。1 9 9 4 年，在近8 0 个国家的环境部长出席的首次国际饮用水和环境会议上，U N E P 主任伊丽莎白哆德斯韦尔呼吁世界各国采取一致的行动，太原理工大学硕士研究生学位论文认真解决非常现实的水资源危机。最近，受联合国粮农组织、环境署、开发计划署、科教文组织和世界银行资助的“世界水委员会 成立了“2 1 世纪水世界委员会，其主要工作就是指导制定2 1 世纪水、生命
22、和环境的长期构想，站在人类持续发展的高度满足未来对水的需求和保证可持续用水。该委员会2 0 0 1 年“世界水日”在荷兰召开第二次世界水论坛与部长级会议，提出该委员会对2 1 世纪水的展望报告，提出世界2 l 世纪水的行动建议。可见水污染、水紧缺己经引起了全世界的广泛关注，水资源问题的解决也迫在眉睫口1。1 2 我国水资源状况我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家。全国水资源总量约为2 8 万亿m 3，居世界第六位，但人均拥有淡水量仅为2 7 0 0m 3，是世界人均量的1 4，远远低于世界平均线，被列为全球1 3 个人均水资源贫乏国家之一。我国水资源地区分布也极不平衡，全国水资源的8 1
23、集中分布在耕地面积仅占全国耕地面积3 6 的长江流域及其以南地区，淮河以北地区耕地面积占全国的5 4，而水资源仅占全国的1 9。全国目前缺水城市已超过3 0 0 个，年缺水量6 0 亿m 3，农田灌溉缺水每年约3 0 0 亿m 3。随着我国社会经济的发展和人口的增加，城市化和工业化加速发展，使得水资源供需矛盾日益突出，水资源短缺己经成为我国经济和社会发展的主要制约因素之一。目前，我国城市居民生活和工业生产严重缺水，每年影响城市产值达3 0 0 0 余亿元，全国6 6 9个城市，有4 0 0 个城市存在供水不足，缺水量达6 0 亿m 3，农村居民生活和农业也严重缺水，目前农村居民有4 3 0 0
24、 万人饮水困难，农作物供水不足，每年平均干旱面积达4亿亩，缺水3 0 0 亿m 3 H 1。由于防污和排污技术的落后，水资源污染造成的水资源短缺问题也十分突出。全国8 0 左右的污水未经过处理就直接排入水域，造成1 3 以上的河段受到污染，9 0 9 6 以上的城市水域污染严重，近5 0 的重点城镇水源地不符合饮用水标准，部分河段鱼虾绝迹，部分湖泊发生富营养化。国家环保总局2 0 0 7 年前发布的一份报告显示，我国的总体环境形势仍然“相当严峻”，频发的污染事件影响着人民的生活，2 0 0 6 年化学需氧量排放总量仍居世界第一，远远超过环境容量，全国七大水系监测断面中6 2 受到污染，流经2太
25、原理工大学硕士研究生学位论文城市的河段9 0 受到污染。2 0 0 7 年5 月份在华东发生的太湖水污染事件引起了全国震动，由于片面追求经济发展，当地大规模发展化工业和轻工业，造成湖水污染，使2 0 0万人的生活用水中断。面对缺水情况，目前大多靠超采地下水或者过度开发地表水来弥补，从而导致地面沉降、海水入侵等一系列环境问题。另外近些年来，受全球气候变化和人类活动的影响，我国许多地区呈现出了新的水资源问题。特别是黄河流域，近几年来黄河不断出现断流这样严重的水资源问题。因此目前水环境的不断恶化更进一步加剧了水资源短缺的矛盾。面对日益严重的水危机，要想缓解目前的水资源短缺问题，必须从两个方面入手。一
26、是节约用水，特别是提高工业用水的利用率：二是寻找新的可利用水资源，最为可行的途径就是实现污水回用。1 2 矿井水资源化的意义我国是一个煤炭生产大国，1 9 9 2 年的原煤产量达到1 1 亿t，2 0 0 0 年我国的原煤产量超过1 4 亿t，居世界首位。随着国民经济的高速发展，对煤炭的需求量将进一步增长。煤炭是我国的主要能源和重要工业原料，占我国一次性能源消耗量的7 0 左右，预计这种以煤为主的能源结构在今后相当长的时期内不可能发生根本性变化。目前，全国约7 5 的工业燃料和动力，8 5 的化工原料和绝大多数的民用燃料依靠煤炭。煤炭开采作为一种地下活动，不可避免地对地下含水系统造成局部破坏和
27、污染。据不完全统计，我国矿井年总排水量在1 4 亿m 3 以上，其中国有重点煤矿达1 7 2 4 亿m 3，相当于吨煤排放3m 3 矿井水，而其再利用率目前约不足2 0 左右。除了排放矿井水以外，矿区每年还大量外排选煤废水、工业废水、生活污水。据统计，国有重点煤矿2 0 0 0 年工业废水排放量为1 7 6 亿m 3，生活污水排放量为3 5 4 亿m 3。目前，大部分矿区未采取科学的节水和污水回用措施，水资源的浪费十分惊人畸1。在煤炭开采大量排放和破坏水资源的同时，矿区工农业用水短缺却极为严重。据调查，全国8 5 个国有重点矿区有7 l 的矿区缺水，4 0 矿区属严重缺水。尤其在我国北方，人均
28、生活用水量每天不足O 0 6 m 3，只有正常用水指标的l 2，有些矿区每日供水不足2 h，严重制约了矿山生产和影响煤炭职工的日常生活睛1。例如山西省是我国重要的产3太原理工大学硕士研究生学位论文煤大省，煤炭的年产量约占全国产量的1 4，但该省人均拥有水量仅占全国人均量的1 5，而大同矿区人均拥有水量只有全国人均水量的9，每年由于缺水大同的煤炭、电力行业造成的直接和间接经济损失就高达1 0 0 亿元呻1。许多煤矿生活用水十分紧张，不得不采取定时分片供水措施，甚至饮用不合格生活用水。据不完全调查统计，在全国矿区中约有5 0 以上的生活饮用水水质放射性等指标不合格或严重超过国家生活饮用水卫生标准(
29、G B 5 7 4 9 2 0 0 5)规定的要求。由此可见，水资源短缺已严重制约着煤矿工业的发展和人民生活的提高。也制约了我国国民经济的总体发展。综上所述，煤炭在开采过程中不经处理大量外排矿井水，不仅浪费水资源，增加吨煤成本，严重污染地面环境，破坏了地表景观，抑制了水生生物的生长和繁衍，使土壤板结或盐碱化，影响了农林渔牧业的生产和发展，而且还导致矿区地表、地下水的严重污染，农耕环境退化，生态自然平衡受到严重破坏。可喜的是，随着科学技术的发展和人们环境保护意识的提高，人类对矿井水有了新的认识，开始将矿井水作为一种水资源加以处理利用，即矿井水资源化。矿井水资源化是在解决煤炭产区严重缺水和矿井水污
30、染环境两大难题的基础上提出的。矿井水的资源化是解决矿井水直接排放污染环境问题和矿区水资源短缺问题的最佳选择，可以达到环境、经济和社会三个效益的统一。因此，认真研究我国矿井水资源开发和利用，寻求技术先进而又经济可行的处理方法，使矿井水成为生产和生活用水，是保证煤矿安全正常生产，实现煤炭行业持续、稳定、协调发展的必由之路。1 3 煤矿矿井水处理技术现状1 3 1 国外煤矿矿井水处理技术现状工业发达国家由于水资源丰富，加之其煤炭开采的工艺和方法与我国有一定的差别，矿井水资源化一般不作为主要目的，外排的矿井水普遍采用工艺简单的无害化处理后，直接排入地表水体，以避免地表水体受到污染为最终目标。世界上开展
31、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。前苏联煤矿矿井水排放量大，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，处于世界领先的水平。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植物一度几乎绝迹。为4太原理工大学硕士研究生学位论文消除矿井废水对水体和土壤的污染，并合理利用矿井水资源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和消毒后再排入水体；(2)悬浮物矿井水净化处理后作为洗煤厂和井下防尘等工业用水；(3)高矿化度矿井水净化和淡化处理后作为生活用水或工业用水。前苏联对悬浮
32、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利用重力沉降原理工作的机械式净水构筑物，即不同类型、尺寸、容量的沉淀池；还有一部分是可进行物理化学反应的净水构筑物(如混凝反应池；澄清池等)。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。悬浮物矿井水污泥的采用于化场、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，直接排放到地表水体m。俄罗斯煤矿环保研究院研制了用气浮法净化矿井水，采用净化水
33、部分循环工作方式，循环水在压力箱中剩余压力作用下充满空气，较好地形成轻浮选剂伽。俄罗斯采煤建井和劳动组织所研究的电絮凝法，是以直流电通过金属电极处理矿井水，在电化学、电物理综合作用下，使矿井水杂质颗粒、水和微气泡形成松散团粒，凝聚后漂浮在水面上，形成一层泡沫后用刮板排除。此法可使杂质团粒的沉淀速度提高数倍，并对排除乳化于水中的石油产物和其污染物有效。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)化学试剂法，包括盐的沉淀、离子交换等。实际使用经验表明，蒸馏淡化
34、法使用于大规模水淡化站，其水的矿化度须大于15 9 L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1,-一l S g L 范围内的矿井水，并可得到比蒸馏法便宜得多的淡水。试剂淡化法适用于处理矿化度小于2 9 L 的水。在前苏联使用热处理方法淡化的碱盐矿井水占1 5，其余均采用膜处理方法，其中反渗透法淡化占7，电渗析法淡化占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，从而保证了按现行生态标准全部排除矿井水的污染口1。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
35、采用碱性物质中和，5太原理工大学硕士研究生学位论文再排入地表水体的方法。同时，在美国也进行过在煤的开采巷道中喷洒有关的药剂，抑制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。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井水的实验研究阻一们，取得了良好的效果。此法具有投资省、运行费低、易于管理等突出的优点n，引起了人们的极大兴趣。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与控制技术方面比国内先进了。
36、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。1 3 2 国内煤矿矿井水处理技术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。例如1 9 6 8 年北京给水排水设计院及北京煤矿设计院在大台煤矿进行了井下排水净化后供给生活饮用水的试验研究，主要进行了混凝、沉淀、过滤及混凝、直接过滤试验，使出水达到了饮用水标准。八十年代以来，我国先后在大同、平项山、徐州、淮北等矿区建立了煤矿矿井水净化站n 羽。煤矿企业还加大了环保投资，增大了“三废 处理力度，煤矿矿井水及废水处理利用每年达2 亿t，但由于种
37、种原因，比如资金短缺，依靠科技进步不够，行业内部发展不平衡等，从总体上来说，煤矿矿井水处理利用技术仍维持在一个较低水平。到目前为止，我国煤矿矿井水净化后供生活饮用的水量已达5 0X1 0 m 3 d 以上。在净水工艺及方式上，一般都能做到因地制宜。例如，当矿井水排水时间不均衡时，设置调节池；当原水悬浮物含量高时，增加预沉池；水中粗颗粒物多时，设沉砂池；水的p H 值较低时，要增加中和设备；有的煤矿还采用澄清池代替混合、反应和沉淀池。尤其是近几年，全国各矿井对矿井水深度处理方面的工作已逐步展开，环保工作者也积极研究矿井水处理和合理利用的有效途径。如河南平顶山矿务局七矿把低矿化度的矿井水处理到饮用
38、水标准，建成了一座日处理能力3 万m 3 的净化厂，其工艺采用混凝、沉淀、过滤、消毒，不仅减少了对环境的污染，而且取得了明显的经济效益；徐州矿务局重点研究了混凝剂的配方与用量，采用在井下处理的方案，在水沟处(距水仓入口处5 m)投加碱6太原理工大学硕士研究生学位论文式氯化铝或聚硫酸铁，并在水沟内设置若干阻流栅条，或在水沟底部铺设一些大卵石，使水与药剂均匀混合，在水仓入口处刹坡段投加聚丙烯酰胺，可使悬浮物含量由1 0 4 0 m g L 降低到4 0 0 m g L，用作矿区的工业用水。充州矿务局南屯煤矿采用混凝剂和助凝剂复和配方，使废水中悬浮物在煤泥沉淀池中沉淀，处理后可达到排放标准，且能满足
39、工业用水要求。另外，北京门头沟煤矿、山西潞安五阳煤矿、四川威远煤矿等也都是采用给水处理的传统净化工艺，使处理后的矿井水作为矿区饮用水和工业用水n 3 川一射。尽管如此，我国煤矿矿井水的利用率仍然很低，平均仅为2 2。就目前而言，随着各煤矿水资源的紧张，许多矿区都进行了不同程度的综合利用工作。根据不同的情况，我国矿井水的综合利用现状也不同。第一种情况是矿井水不经处理直接利用。这种情况的前提条件是矿井水中不含有毒有害元素，或含有少量，但不超过外排标准，只是部分悬浮细菌超标。第二种情况是矿井水经过常规的混凝、沉淀和过滤处理，处理后或者供工业使用或者饮用或者外排。这种情况下矿井水中必须不含有有毒有害元
40、素(或含量小于饮用水标准)，p H 值接近中性，含盐量也不高。第三种情况是矿井水必须首先进行特殊处理，才能进行常规处理，并进一步处理为工业用水或生活饮用水。这种情况是指对酸性矿井水的处理。酸性矿井水在我国分布较广，而且酸性矿井水的危害较大，必须经过处理才能排放。第四种情况是高矿化度矿井水的综合利用。只有少数几种工业用水能直接用高矿化度水，在多数的情况下必须经过脱盐处理。脱盐处理之前必须经过常规处理去除大部分除盐之外的污染物，才能进入脱盐设备。由于脱盐设备造价较高，运行费用也高，所以脱盐工序只是在淡水缺乏的矿区得到了应用H 1。总而言之，虽然我国在矿井水处理和利用技术方面的研究和应用起步较晚，但
41、随着近些年来广泛研究和实践的开展，也已取得了许多成果，积累了不少经验，矿井水的利用率呈不断增长的趋势。因此，矿井水的利用潜力巨大，前景广阔。1 4 课题的提出本文就针对我国矿区严重缺水，矿井水综合处理利用率低等现状进行矿井水资源化的可行性研究。山西同煤集团的左云县鹊儿山煤矿是本文的主要研究对象。长期以来，7太原理工大学硕士研究生学位论文鹊儿山煤矿矿井水的污染及矿区缺水问题一直困扰着矿区的生产及生活。由于含煤地层在地下含水层之下，因此在采煤过程中，会排出大量的矿井涌水，其中含有大量悬浮物和微生物，这些大量的矿井废水有的经自然沉降运到井下回用，但不符合生产用水要求；有的不经任何处理就外排到附近的十
42、里河，对十里河造成很大程度的污染，并进一步影响到下游的桑干河及北京官厅水库的水质。不仅如此，煤矿所处地区属于缺水、少水地区，因而长期存在着职工吃水难、用水难的问题，只能依靠大同市城区自来水公司的定点、定时供水，给广大职工的生活带来很大的不便。面对这一实际情况，本文结合国内外矿井水的处理方法和工艺，研究鹊儿山矿区生活用水、生产用水的合理方案，确定最佳工艺流程，最佳处理方法及处理设施。选择高效絮凝剂，确定最佳投药量，提高科学化管理水平，从而降低成本，争取使矿井水全部得到综合利用，满足矿区生产、生活杂用水水质、水量。鹊儿山煤矿矿井水资源化，不但可以减少废水排放量，而且可以避免京津上游水系污染，保护矿
43、区地表水资源：另一方面可以缓解矿区缺水问题，减少地下深井水的开采量，节约水资源，避免过度开采地下深井水所带来的环境问题，从而改善煤矿企业和周边村庄之间的关系：同时解决矿区居民用水量日益增加和水资源越来越短缺的矛盾，保证煤矿企业的正常生产和经营，提高煤矿企业的环境、经济效益和社会效益，促进矿区的经济、环境的持续、协调发展。鉴于此，在导师的指导下确定了我的论文题目山西左云县鹊儿山煤矿矿井水回用技术的研究。8太原理工大学硕士研究生学位论文2 1 煤矿简介第二章鹊儿山煤矿矿井水状况左云县鹊儿山煤矿是山西同煤集团的国有中型煤矿，是煤炭部直属企业。左云县位于大同市区西部，地理座标为东经1 1 2 0 3
44、47 1 1 2 0 5 97，北纬3 9 0 4 47 4 0 01 57，东邻大同市、怀仁县，南接山阴县，西与右玉县毗邻，北隔长城与内蒙古接壤，南北长约5 3 5 k m，东西宽约3 4 5 k m，总面积1 3 1 4 1 9 k m 。鹊儿山煤矿位于左云县东北部，东距大同市3 4 k m，西距左云县城2 8 1 u n，南距1 0 9国道3 k m，北有鹊儿山镇，与大同矿务局燕子山煤矿隔河相望，有铁路专用线经燕子山站接至该矿工业广场，交通运输条件十分便利。鹊儿山煤矿矿业是一座拥有固定资产总额2 1 亿元，职工3 0 0 0 多名的国营中型企业。始建于1 9 5 8 年，1 9 6 8
45、年正式投产，原设计能力为5 万t a。1 9 8 2 年完成一期改扩建，生产能力达3 0 万t；1 9 8 9 年完成二期改扩建，形成6 0 万t 生产能力；1 9 9 3 年实现了机械化综采，产量大幅提高，成为年产原煤1 1 0 万t 的省级重点煤矿。近年来，本矿坚持走新型工业化道路，大力实施科技兴矿战略，以“三化”建设(企业文化、管理明细化、安全质量标准化)为手段，依靠制度创新、技术创新、管理创新，推进“三个文明 上台阶，树立了国有企业的良好形象。济身于“大同十强企业之列，并连续1 5年被命名为部级“质量标准化矿井，被同煤集团认定为中国煤炭工业二级企业，还荣获2 0 0 0 -2 0 0
46、6 年度省级文明单位称号。全矿井田面积1 0 8 8 k m 2，现已探明可采煤层7 层，总厚度1 2 3 1 m，地质储量1 1 4亿t，可采储量5 2 1 0 万t，煤种属侏罗纪大同组弱粘结性煤，平均发热量7 5 0 0 大卡，低位应用基发热量5 8 0 0 大卡以上。该矿现拥有入洗原煤能力2 1 0 万t a 的动力煤选煤厂和原煤发运能力2 0 0 万t a 的集运站各一座，水源、电源、通讯及公用生活设施齐全。左云县鹊儿山矿，目前原煤年产量已是1 9 6 8 年正式投产时原设计生产能力的二十多倍，随着经济和科学技术的快速发展，鹊儿山煤矿为了适应市场的需求和满足自身的发展，对原煤产量提出了
47、新的更高的要求。他们在抓好安全生产、保护好环境的前提下，精心组织，精心创建，取得可喜成绩。推行目标管理，把安全生产、科学经营、党建工作与工资分配挂钩，保证了各项管理目标的完成，极大地提高了矿井经济效益；并进行9太原理工大学硕士研究生学位论文技术创新，取得创新成果3 0 项，在集团公司居领先水平。近年来，该矿在取得良好经济效益的同时，也非常注重环境的保护。他们编制了环境治理中、长期规划，下大力气对矿区进行美化亮化，为职工群众创造舒适环境。在环境治理第三阶段，就投入资金1 5 2 万余元，完成地面标准化规划项目1 2 2 项。硬化地面2 0 0 0 余平方米；粉刷、油漆墙面、设备4 2 万余平方米
48、；新增绿地6 0 0 0 平方米；新增卫生设施1 0 0 0 余件；建成了标准化居民小区；完成了职工澡堂吊篮改造；且投资1 7 1 万元，对原有污水处理厂进行技术改造和设备更新，切实满足煤矿生产的需求等等，为构建和谐文明矿区做出了应有的贡献。2 2 气候气象左云县属北温带半干旱大陆性季风气候类型。由于受季风和西伯利亚、蒙古高原高压控制，冬季少雪寒冷，春季干旱多风，夏季较热多雨，秋季潮湿温凉。据气象资料记载，年均气温5 3。C，日交差1 2 8。年均降雨量为4 2 4 5 m，蒸发量1 7 7 4 4 m m，雨日数8 1 9 d，雪日数2 9 3 d，冰雹日数2 9 d。风向以北风和西北风为主
49、，年均风速3 1 m s，大风日数1 9 5 d，沙尘暴日数5 5 d，年均日照时数3 1 8 1 2 h，大地积温2 3 9 5 9 1 2。无霜期年平均1 2 1 d，最初封冻期从十一月开始，最大冻土深度1 8 6 c,。2 3 鹊儿山煤矿地质情况左云县鹊儿山煤矿位于大同煤田西北部，煤系地层大致为平缓的单斜构造，地质走向为北东3 0。，倾向东南，倾角5。左右。区内无大褶皱，只有平缓的波状起伏，落差l O m 以上的断层有镜子沟断层和鹊儿山沟断层。地层自老至新有寒武系、奥陶系、石炭系、侏罗系、第三系、第四系，其中地质勘探区内有侏罗系大同组、侏罗系云冈组、第：三系淤泥河组、第四系更新统。岩性有
50、粉砂岩、粗砂岩、泥岩、伏泥岩、片麻岩、灰岩、砾岩、土壤有黄土细砂及亚砂土、红色粘土等。井区内地势起伏，大部分为黄土覆盖的丘陵山区，最高海拔1 3 2 5 m，最低海拔1 1 9 5 m，呈北高南低，倾向十里河。井田范围内黄土冲沟发育，较大的沟谷有西部的北湾沟，北部的二道沟和马村沟，中部的泉子沟和南部的镜子沟。沿十里河为典型的河川阶地地貌。1 0太原理工大学硕士研究生学位论文2 4 煤矿水文地质情况2 4 1 地表水系鹊)hL h 煤矿的主要河流为十里河，属海河流域永定河水系，桑干河支系。水系关系为十里河一御河一桑干河一永定河一海河一渤海，是左云县最主要的河流，汇阴山、洪涛山系大小支流2 0 余