《煤炭科学技术》“矿井水处理”研究领域 | 热文精选

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《煤炭科学技术》“矿井水处理”研究领域 | 热文精选

来源：煤炭科学技术

为协助读者了解矿井水处理研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部整理了18 篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“矿井水处理”研究领域最受关注论文，以飨读者。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 87个
关键词; 95位
专家; 18篇
论文; 2704IP
点击量; 2799次
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关闭煤矿矿井水中“双源”铁污染的电化学机理实验模拟

作者(Author)：周来, 叶涛, 郑双双, 朱雪强, 吴江峰

摘要：关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征，闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀，与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系，在闭坑后不同时期贡献铁的释放，形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理，刻画铁污染双源释放方式，量化释放速率比，基于电化学模拟原理，以黄铁矿和矿用锚杆为模拟“双源”，制备成工作电极，利用循环伏安法和极化法等电化学方法以及X射线光电子能谱材料表面表征技术，对煤矿关闭初期双源共存下在酸性矿井水环境中氧化还原反应过程与铁释放机制进行了模拟研究。结果表明，溶解氧含量是影响黄铁矿和锚杆在酸性矿井水中发生氧化还原反应的重要抑制因素。黄铁矿与锚杆的氧化机制不同，黄铁矿在氧化过程中表面出现钝化效应，2种材料的最终氧化产物均为Fe3+ 和${rm{SO}}_{4}^{2-}$。黄铁矿主要通过矿物表面的Fe2+ 发生氧化反应释铁，锚杆主要通过材料表面铁及其氧化产物与溶液中酸性物质的反应释铁，且铁氧化物较单质铁优先反应。在模拟富氧（DO=7.0 mg/L）酸性矿井水中，黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到8.3636 mm/a和7.8314 mm/a，估算年释铁速率分别达到1.2240 g/a和3.9395 g/a。在模拟井下低氧（DO=3.5 mg/L）酸性矿井水中，黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到0.7324 mm/a和0.3642 mm/a，估算年释铁速率分别达到0.1072 g/a和0.1832 g/a。综合电化学参数与静态释铁实验表明，在溶解氧充足或缺乏的条件下，总体释铁速率比均为双源>锚杆>黄铁矿。

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煤炭科学技术

2024年第03期

206

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煤矿矿井水资源化利用技术创新

作者(Author)：何绪文, 王绍州, 张学伟, 李福勤

摘要：国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视，排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化，给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较，在总结了现有技术存在问题的基础上，提出了聚瓷膜超滤高效处理矿井水新技术。新技术相比于传统处理技术的多流程而言，因处理过程无需加药，可省去整个加药系统，故处理过程仅包括高压预处理与常压过滤处理2个主要单元，解决了矿井水传统处理方法必须加混凝剂的难题，可真正做到矿井水处理全过程无人值守，符合智慧矿山的要求。新技术具有流程短、占地小、无需加药、出水水质稳定、可自动运行等特点，同时还可实现模块化、智能化，可适用于不同场景下含高悬浮物矿井水的直接过滤，或作为矿井水苦咸水的预处理单元，其中特别适合用于矿井水的井下处理就地复用。其核心组件聚瓷膜更是具有强度高、通量大、超亲水疏油、耐受悬浮物（SS）质量浓度可达10 000 mg/L等优势。通过实验室试验和矿井水地面处理改造工程案例可知，在进水SS质量浓度为0～10 000 mg/L，聚瓷膜直滤后出水SS均能稳定达到1 mg/L以下，浊度稳定达到1 NTU以下，该技术在煤矿矿井水资源化利用方面有明显优势，可为将来的大规模工程化推广应用提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

246

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神东矿区天然矿物中的氟化物浸出规律研究

作者(Author)：张海琴, 包一翔, 唐佳伟, 曹志国, 蒋斌斌, 李杰, 李井峰, 刘兆峰

摘要：随着神东矿区煤炭开采向深部转移，矿井水中氟化物超标问题凸显，因此研究氟化物的主要来源对控制矿井水中的氟化物浓度具有重要的意义。为证明天然含氟矿物是矿井水中的氟的主要来源，深入了解天然含氟矿物在矿井水中的浸出过程，以神东矿区为对象，分析了不同深度矿井水中的水质变化规律，研究了不同深度矿物中的氟化物变化，并讨论了天然含氟矿物在矿井水中的氟化物浸出规律。研究结果表明，当煤炭开采深度大于120 m 时，矿井水中氟化物浓度超过地表III 类氟化物标准值，并且含氟矿物在天然矿物中的比例增大。通过对矿井水中阴阳离子成分分析，认为矿井水中氟化物主要来源于煤炭开采深部含氟矿物的浸出。研究不同水岩作用条件下含氟矿物浸出规律发现，提高水岩作用强度，可以加速含氟矿物中氟化物的浸出；当岩水比例增大（大于1∶50）时，部分含氟矿物的氟浸出浓度大于1.0 mg/L；特别在酸性或碱性条件下，由于离子交换作用和溶解平衡机制，含氟矿物中难溶性氟化物发生浸出。综上所述，在一定的水岩作用环境中，天然含氟矿物中的氟化物浸出，可导致矿井水中氟化物浓度超标（大于1.0 mg/L），这一结论为在复杂地质条件下精确管控天然矿物的氟化物浸出提供了重要指导。

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煤炭科学技术

2023年第02期

154

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响应曲面法优化蛇纹石负载羟基磷灰石去除矿区地下水氟铁锰研究

作者(Author)：李喜林, 杨雯雯, 周天然, 王文菊, 刘玲, 张龙, 高佳佳, 刘思源

摘要：为了解决矿区地下水中 F−、Fe2+、Mn2+严重超标问题,采用湿法化学共沉淀法制备了蛇纹石负载羟基磷灰石 (Srp/HAP) 复合吸附剂,对地下水中氟、铁和锰进行同步去除研究。通过间歇试验和CCD(中心复合)响应优化试验,探究投加量、反应时间、pH 值对F−、Fe2+、Mn2+去除效果的影响,建立以F−、Fe2+和 Mn2+去除率为响应值的二次回归模型。对 Srp/HAP 进行了吸附再生试验,探究其可重复利用性。结果表明, Srp/HAP 处理 F−、Fe2+、Mn2+质量浓度分别为 5 mg/L、20 mg/L 和 5 mg/L 复合水样的最佳反应条件为:投加量为 3.64 g/L,反应时间为 120.47 min,pH=6.3,对应 F−、Fe2+、Mn2+的去除率分别为 98.23%、99.9%、99.7%,出水达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)要求。CCD 优化试验模型可以较好地拟合 Srp/HAP 对 F−、Fe2+和 Mn2+的吸附过程。预测值与试验值的绝对误差均低于 5%,证实试验模型可靠。Srp/HAP 复合颗粒经 5 次再生后,对 F−、Fe2+、Mn2+的去除率分别降低 16.13%、10.5%、15.4%,小于 20%,可作为处理含氟、铁、锰离子地下水的优良吸附剂。

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煤炭科学技术

2023年第04期

124

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反渗透膜前阻垢预处理工艺研究

作者(Author)：周如林, 刘宗, 赵中梅

摘要：反渗透(RO)处理工艺是当前高矿化度矿井水处理技术中应用最为广泛的一种处理方法,但膜污染问题一直制约着反渗透工艺的进一步发展。针对高矿化度矿井水反渗透处理过程中膜面易发生结垢污染,导致反渗透膜产水效率和使用寿命下降的问题,通过模拟配置高矿化度矿井水,采用全循环实验法,分别考察阻垢剂预处理与电子阻垢仪预处理对反渗透膜结垢污染的控制效果与运行成本,并对不同预处理条件下所得膜片截面 SEM 进行分析。实验结果表明,在无预处理条件下,采用反渗透工艺对模拟高矿化度矿井水配水进行处理,反渗透膜可发生严重的结垢污染,运行 17 h 后膜片截面厚度(133 μm)明显高于清洁膜片厚度(115 μm)。采用阻垢剂和电子阻垢仪进行反渗透膜前预处理,均会对反渗透膜结垢污染起到较好的控制效果,并且脱盐率均在 90% 以上。相较于电子阻垢仪预处理,采用阻垢剂进行预处理,反渗透膜结垢程度污染程度最轻,运行 17 h 后,膜通量仅衰减 18.74%,且膜片截面厚度(118 μm)更接近清洁膜片截面厚度(115 μm)。但当采用阻垢剂进行膜前预处理时,反渗透设备停机后,若未对反渗透膜进行清洗,阻垢剂可残留在膜表面进而影响膜分离性能。而采用电子阻垢仪进行预处理,则反渗透膜分离性能几乎不受设备停机的影响,且其吨水运行成本明显低于阻垢剂预处理。

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煤炭科学技术

2023年第04期

139

80
矿井水水化学特征及资源化利用研究

作者(Author)：李竞赢, 刘启蒙, 杨明慧

摘要：由于煤炭开采活动大量矿井水被抽排至地面,造成严重水资源浪费和环境污染,为发展“绿色矿业”理念,探寻矿井水资源化利用的有效途径。以淮南煤田张集煤矿为研究对象,采集了矿区不同来源矿井水共 82 个水样,并选取 Ca2+、Mg2+、Na++K+、Cl−、SO4 2−、CO3 2−、HCO3 −七大离子和 pH、TDS、EC、TH 共 11 个指标作为水质检测依据,探讨了张集煤矿矿井水的一般水化学特征、主要离子成分、离子含量动态变化特征,并利用相关性和主成分分析方法深入探究矿区水样的水化学特征,然后依据水化学分析结果对矿井水进行水质评价,并按照“分级分类”标准进行水质等级划分,得到矿井水初步利用途径,最后计算水样钠吸附比(SAR),建立钠吸附比(SAR)和 EC 关系,划分张集煤矿矿井水盐渍化和钠毒害风险等级,最终判定研究区矿井水资源化利用的途径。得出结论:张集煤矿矿井水 TDS 含量为 255.47~7 291.74 mg/L,平均值高达 2 346.60 mg/L,严重超标,其中离子组成含量贡献度最高的是 Na+和 K+;按照“分级分类”标准划分的水质分级结果为研究区Ⅴ类矿井水占比高达 81%;钠吸附比(SAR)和 EC 关系显示,79.3% 的水样点分布在 S3-E4 区和 S4-E4 区,说明张集煤矿矿井水存在较高的盐渍化和钠毒害风险,不适宜用做农业用水,矿井水水域只可作为一般工业用水区、人体非直接接触娱乐用水区或者一般景观水域。

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煤炭科学技术

2023年第04期

134

104
吸附法去除矿井水中F⁻研究进展

作者(Author)：唐佳伟, 张锁, 刘兆峰, 张海琴, 包一翔, 侯福林, 郭强, 曹志国, 李井峰

摘要：氟离子广泛分布于我国的地表河流与地下水体中，尤其是在西部黄河流域的沿黄矿区，矿井水中普遍存在着氟超标的问题，对当地生态环境和人体健康造成潜在的威胁。我国的氟污染现状多处于低浓度污染水平，常规水处理技术难以有效去除。吸附法凭借其吸附效率高、操作便捷等优点被认为是去除低浓度氟离子的有效方法。综述了目前常用的炭基、矿物类、金属类及金属有机骨架类（MOFs）吸附材料去除氟离子的研究现状，归纳并总结了不同因素对吸附材料的除氟效率和吸附机理的影响。重点分析了吸附法在矿井水处理的应用效果与运行成本，展望了吸附法应用低浓度（<10 mg/L）、大水量的含氟矿井水处理中的发展方向。总体而言，针对吸附法去除氟离子的研究中仍存在较大的改进空间。在吸附机理方面，应从吸附材料特性、氟离子的赋存形态和吸附材料与氟离子之间的相互作用机制等方面继续深入探究。而在吸附法应用方面，应以实际工程需求为导向，开发绿色安全的低成本吸附材料。基于上述研究，提出了吸附法除氟应用矿井水处理的研发方向，在明确当地政策及水质水量的原则下，重点开发以天然/废弃（矿）物和炭基、铝基或其他新型高分子吸附材料为基础的低成本、高效率的环境友好型改性吸附剂。并保证吸附材料在制备加工、投产应用以及循环再生的全生命周期的稳定性、经济性与安全性，从而提高吸附法在实际含氟废水应用的竞争力，提升吸附法的应用潜力。

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煤炭科学技术

2023年第05期

181

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神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制

作者(Author)：杨思敏, 李井峰, 白璐

摘要：神东矿区位于陕西省北部和内蒙古鄂尔多斯市南部，气候干燥且降水稀少，水资源缺乏。矿区煤炭开采过程中产生的大量矿井水是重要的生产生活水源，然而神东矿区不同区域的矿井水氟化物浓度相差较大，部分区域浓度较高，为此笔者分析了高氟矿井水的分布特征及成因，对矿井水的资源化复用具有重要意义。基于神东矿区不同区域的58组矿井水水质分析结果，运用数理统计法，Piper三线图、Gibbs图，SI模拟等研究方法，同时通过对不同区域采集岩心和煤层顶板岩石进行XRF分析，探讨神东北部和中心矿区不同埋深矿井水中氟的时空分布特征及形成机制。研究结果表明：研究区矿井水中F−的质量浓度变化范围为0.3～13.7 mg/L，均值为4.3 mg/L，较高F−浓度的矿井水pH呈碱性。在水平方向上神东矿区呈现北部和西南部矿井水中F−浓度较高、东南部矿井水中F−浓度低的现象；垂直方向上呈现随开采深度的增加而增加的趋势，不同深度延安组含水层地下水所补给矿井水的F−浓度差异较大，深度80～130 m延安组含水层地下水补给矿井水中F−浓度较低，200～500 m延安组含水层地下水补给矿井水F−浓度相对较高。矿井水中F−浓度随季节的变化趋势不明显。延安组岩样含氟矿物XRF分析表明北部矿区和中心矿区西部含氟矿物含量相对中心矿区东部高。矿井水较高的F−浓度与水化学环境具有一定的关系，蒸发浓缩作用、阳离子交替吸附，水−岩相互作用导致的矿物溶解共同导致了地下水中F−的富集。

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煤炭科学技术

2023年第06期

134

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