《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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高盐矿井水浓缩液双极膜电渗析试验研究

作者(Author)：李福勤, 薛甜丽, 高珊珊, 豆硕超, 何绪文

摘要：基于高盐矿井水的零排放和资源化利用，采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水，经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩，最终浓缩液TDS达到93 040 mg/L，进行双极膜电渗析试验，探究了电流密度、循环流量以及极室电解质浓度对于双极膜电渗析产酸碱效果的影响。结果表明：电流密度10～40 mA/cm2区间，随着电流密度的增大，操作电压升高，电流效率和产能逐渐减小，能耗逐渐增加，最佳电流密度为30 mA/cm2；循环流量10～30 L/h区间，随着循环流量的增大，电流效率和产能上升、能耗降低，进一步提高循环流量至40 L/h时反而增加能耗，降低产能，最佳循环流量为30 L/h；极室电解质浓度不宜过低、过高，容易增加能耗，浓度适中时的双极膜电渗析的水解离效果最好，最佳极室电解质浓度为2%。初始盐室浓缩液4 L、酸室和碱室分别为去离子水1.5 L、极室2%硫酸钠溶液2 L，电流密度为30 mA/cm2，极室循环流量为60 L/h，其他各室循环流量为30 L/h，运行120 min时，酸、碱浓度分别为6.91%、5.38%，达到试验预期目标，电流效率、产能及能耗分别为74.21%、1.49 kg/(m2·h)、1.66 kWh/kg。经双极膜电渗析工艺产生的酸碱液可用于高盐矿井水零排放工艺以及煤炭下游产业链中，实现了浓缩液的非相变资源化，避免出现杂盐难处理的问题，同时也提高了废水的经济价值。

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煤炭科学技术

2023年第11期

119

15
CaCl2+除氟药剂两段法处理焦化浓盐水中氟化物研究

作者(Author)：章丽萍, 姚瑞涵, 赵晓曦, 崔行健, 段梦楠, 王丽芳, 陈加乐, 马泽钰

摘要：我国内蒙古、陕西、山西等部分地区背景氟浓度偏高，致使以煤为原料的焦化行业废水通过膜处理后的浓盐水中含有高浓度的氟离子，结晶分盐是浓盐水实现“零排放”的必要手段，而过高的氟浓度会对浓盐水的处理产生不良影响。为了降低浓盐水中高浓度氟离子对蒸发器的腐蚀及其对分盐纯度的影响，以河北某焦化企业浓盐水为研究对象，基于浓盐水的水质特征以及课题组研发的高效除氟药剂，研究了共存离子SO4 2−、NO3 −、Cl−对除氟药剂效果的影响；采用SEM和EDS表征了除氟药剂及处理后絮体，分析了除氟的机理；探讨了CaCl2、PAC（聚合氯化铝）、除氟药剂一段法处理工艺对实际焦化浓盐水的处理效果；设计并优化了CaCl2+除氟药剂两段法除氟工艺及主要影响参数，分析了不同处理方案的经济成本。研究结果表明：浓盐水中3种主要的共存离子对除氟药剂效果影响的顺序为SO4 2−>NO3 −>Cl−；SEM和EDS分析表明F元素均匀分布于絮体中，可通过除氟药剂的表面吸附、表面络合、表面羟基交换等作用机理高效去除；CaCl2、PAC、除氟药剂一段法中，除氟药剂一段法效果最好，投加量为8 g/L时去除率达到92.3%；CaCl2+除氟药剂的两段除氟工艺能将氟离子质量浓度从238.27 mg/L降至10 mg/L以下；CaCl2投加量6 g/L和除氟药剂投加量2 g/L的方案处理成本最低，处理每吨焦化浓盐水为14.03元。CaCl2+除氟药剂的两段除氟工艺可经济高效地去除焦化浓盐水中高浓度氟离子，为焦化行业废水零排放提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第11期

114

47
深部开采高盐矿井水减排治理技术体系构建与实现

作者(Author)：张雷, 徐智敏, 袁慧卿, 孙亚军, 郭娟, 陈天赐, 李鑫, 刘琪

摘要：近年来，随着我国煤矿矿井水排放标准的不断提高，针对高盐矿井水处理及资源化利用方面的技术创新需求进一步提升。减少矿井水尤其是高盐矿井水的排放、提高矿井水的可利用性是提高煤炭生产安全、加快绿色矿山建设、促进煤炭企业可持续发展的重要保障。针对张双楼煤矿深部开采过程中面临的矿井水涌水量大、矿化度高、处理利用成本高等问题，提出了该矿高盐矿井水以“减量、储存、净化”为核心的减排治理技术体系，即：通过底板涌水封堵减量技术对已有残余涌水点进行减量封堵，从源头上减少高盐矿井水的排放；通过矿井水深层回灌储存与保水修复技术将高盐矿井涌水进行深部转移储存，助力实现矿井水“零排放”与深层地下水的保水修复；通过采空区煤岩自净与调蓄技术进行高盐矿井水的煤岩自净预处理，并进一步通过地面深度脱盐处理技术，实现高盐矿井水净化处理以及资源化利用或达标排放。同时，结合该矿的水文地质背景、矿井涌水规律以及矿井水处理利用现状，对以上技术在该矿应用实现的可行性和途径进行了综合分析与评价：通过底板涌水封堵减量技术的实施，实现了188 m3/h的底板四灰涌水减量治理；通过深层回灌储存技术，西翼采区能够实现对奥灰含水层200 m3/h的回灌储存与保水修复；通过采空区煤岩自净预处理与调蓄技术，东翼采区可蓄存约165万m3矿井水并进行特征组分的井下预处理；通过地面深度脱盐处理技术，矿井水处理能力达到700 m3/h，每年可减少盐排量14 271.5 t。最后，提出并形成了张双楼煤矿高盐矿井水减排治理的综合技术思路。张双楼煤矿高盐矿井水减排治理技术体系的提出，可为该矿及其他类似深部开采煤矿高盐矿井水的减量治理以及资源化利用提供理论基础与技术借鉴依据。

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煤炭科学技术

2023年第12期

229

39
西部矿区高矿化度矿井水膜蒸馏处理技术

作者(Author)：卞伟, 李井峰, 顾大钊, 郭强, 吕嘉峰, 齐继

摘要：西部煤矿矿井水有相当比例为高矿化度矿井水，典型的处理工艺产品水符合再生水要求，但存在前期投资高、工艺复杂、处理成本高等问题。统计数据显示，西部7个大型煤炭基地太阳能和地热资源均属于丰富或较丰富。为实现高矿化度矿井水大规模低成本的处理，可充分利用西部太阳能、地热能和工业余热丰富的优势，采用膜蒸馏技术进行处理。其优势主要体现在:可利用低成本热源、浓缩倍数高、工艺流程短、产水水质好、膜污染(润湿)程度轻等。深入阐述了膜蒸馏与太阳能和地热能的结合工艺，指出太阳能膜蒸馏可用于反渗透浓水的地面深度浓缩；地热膜蒸馏则可直接在井下处理高矿化度矿井水，产水回用井下或地面，浓水井下封存，可大幅降低矿井水“零排放”的成本。以宁东地区100 t/h矿井水处理规模为例，分别测算了太阳能膜蒸馏所需的光热面积和地热膜蒸馏所需的换热器长度。结果显示反渗透串联膜蒸馏处理100 m3/h矿井水所需的光热面积约为8 257 m2，可充分利用处理站和蓄水池顶部空间，基本做到不新增占地。地热膜蒸馏井下直接处理100 m3/h矿井水所需的换热器长度约为9 435 m，所需的PTFE中空纤维疏水膜面积为8 333～12 500 m2，采煤工作面上覆层或下伏层的广袤岩土可满足地热膜蒸馏所需的换热空间。

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煤炭科学技术

2022年第03期

206

410
改性褐煤吸附酸性矿山废水中Cu2+、Zn2+的试验研究

作者(Author)：狄军贞, 李明伟, 王显军, 杨逾, 梁冰, 孟凡康, 周新华, 孔涛, 李增新

摘要：针对酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)中的Cu2+、Zn2+含量高，褐煤吸附能力有限等问题，以褐煤为原材料，采用球红假单胞菌对褐煤进行改性制备微生物改性褐煤，探究褐煤和微生物改性褐煤对AMD中Cu2+、Zn2+的吸附特性和吸附稳定性。同时，利用SEM、BET和FTIR等手段，揭示褐煤、微生物改性褐煤对Cu2+、Zn2+的吸附机理。结果表明，与褐煤相比，微生物改性褐煤对Cu2+、Zn2+的吸附去除率均提高15%以上；且微生物改性褐煤对Cu2+、Zn2+的吸附饱和容量分别为22.625 mg/g和21.825 mg/g，较原褐煤分别提高了20.66%和19.92%；脱附试验表明，褐煤及改性褐煤对金属离子的吸附具有较高的稳定性。褐煤、微生物改性褐煤对Cu2+和Zn2+的吸附均符合准二级动力学模型，说明吸附过程为化学吸附，主要为离子交换作用；褐煤、微生物改性褐煤吸附Cu2+、Zn2+两种金属离子的等温线均属于Langmuir模型，吸附符合单分子层吸附过程。由SEM、BET和FTIR测试可知，褐煤经球红假单胞菌改性后表面结构遭到破坏，比表面积大幅增加，部分官能团溶解导致褐煤表面孔隙增加；同时，褐煤分子结构发生改变，含有C═C的烯烃及环状烃中的主链、支链断裂、褐煤中—CHO和C═O等含氧官能团会出现分解，从而产生较小的羟基类和醇基类等小分子有机物，—OH、—COOH等含氧官能团大量增加，吸附点位增多，提高了褐煤的吸附能力。

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煤炭科学技术

2022年第03期

195

341
生物强化麦饭石处理矿山废水中 Fe2＋、Mn2＋试验研究

作者(Author)：郭旭颖, 姜国亮, 胡志勇, 狄军贞, 董艳荣, 里莹

摘要：针对酸性矿山废水处理难、处理费用高等问题，以辽宁（1号麦饭石）、山东（2号麦饭石）和黑龙江（3号麦饭石）3个不同产地的麦饭石为原材料，分别协同硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，SRB)处理酸性矿山废水(Acid Mine Drainage，AMD)，利用单因素试验考察不同产地麦饭石对SRB活性的影响以及生物麦饭石修复AMD的效果，并通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对麦饭石进行表征，阐明不同地区生物麦饭石对AMD中污染物的去除机理。结果表明：① 在不同产地麦饭石对SRB活性影响的单因素实验发现3种不同产地麦饭石均延长了SRB的对数生长期，使培养液的pH由初始的6.86分别增加到8.36、8.33和8.24，均高于对照组的0.698。对SRB活性的影响由大到小为：2号麦饭石＞1号麦饭石＞3号麦饭石。② 在生物麦饭石处理AMD的单因素试验中，2号麦饭石麦饭石对AMD的处理效果最好，处理后pH值提高到7.43，Eh降低到-192 mV，OD600最大值为0.586，SO2-4、Fe2+和Mn2+的最高去除率分别为93.89%、94.45%和80.44%。③ 3种麦饭石均为片层状结构，表面有沟壑且漏出内部孔隙；其中2号麦饭石较其余2种麦饭石具有更多的孔隙和更大的比表面积，同时SRB可被负载到麦饭石表面，麦饭石中高岭土峰等部分原有峰发生改变，并出现了新的FeS峰、MnS峰和Mn(OH)2峰。

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煤炭科学技术

2022年第05期

170

247
露天矿地下水库人工回灌介质渗透性与水质变化规律研究

作者(Author)：张溪彧, 杨建, 王皓, 王强民, 王甜甜

摘要：针对矿井水人工回灌过程中水质演化及介质堵塞两大现实问题，通过自主搭建的矿井水人工回灌试验平台，开展矿井水人工回灌地下水库模拟试验。采用单一变量的试验方法，改变矿井水入库前的预处理方式，结合回灌前后矿井水浊度、TDS、悬浮物粒径及SEM扫描电镜，分析了地下水库连续储水过程中的水质变化规律，厘定了地下水库进水水质要求，并总结了露天煤矿地下水库自净化的主要机制；在此基础上研究了不同浊度矿井水人工回灌过程中介质渗透性变化规律，探查了矿井水人工回灌堵塞发生位置及堵塞类型，提出了地下水库自净化与介质渗透性间的矛盾关系。研究结果表明：采用混凝法对入库矿井水进行预处理，可以通过吸附架桥作用有效增大矿井水中悬浮微粒的粒径，进而淤积在回灌介质表层，促进了悬浮物在此阶段的去除，实现了地下水库的自净化，在地下水库连续储水过程中，水中浊度及TDS会进一步降低；但是从介质渗透性变化的角度而言，水中悬浮颗粒在被去除的同时缩短了回灌系统达到堵塞的时间，主要由于回灌介质表层发生了悬浮物堵塞，且回灌介质渗透性变化存在周期性规律，可采用0～5 cm表层清淤和30 h周期性回扬的技术手段消除介质渗透性下降对回灌系统的影响。

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煤炭科学技术

2022年第07期

73

206
多级生物强化反应器处理煤制气废水试验研究

作者(Author)：郑彭生, 周如禄, 肖艳

摘要：为了优化煤制气废水关键污染物去除方式，采用四级生物强化反应器进行中试研究，分析了工艺启动过程与反应器沿程水质变化特征，探讨了水力停留时间、外加碳源对同步硝化反硝化（SND）效率和处理效果的影响。结果表明：在ρ(NH4+-N)=126～165 mg/L、ρ(TN)=139～178 mg/L、ρ(总酚)=286～352 mg/L、ρ(COD)=1 340～2 296 mg/L的进水条件下，反应器历时27 d完成了微生物的驯化与固定化；在水力停留时间HRT=62 h并且实施限氧曝气的条件下，C1～C4反应室均可实现SND，反应器出水NH4+-N(氨氮)、TN（总氮）、总酚和COD（化学需氧量）浓度分别为0.12～1.25、79.1～109、17.8～26.7、128～196 mg/L；在HRT为38.8～62 h内，缩短HRT可显著提高反应器TN〖JP2〗去除效果；HRT=62 h条件下的TN去除率与SND率分别为38.9%和37.3%，HRT=38.8 h条件下的TN去除率与SND率分别达到53.0%和51.2%；300 mg/L 浓度下的5种甲醇外加方式均可进一步提升TN去除效果，方式Ⅱ运行条件下的TN去除效果最佳，TN去除率与SND率分别达到92.8%和94.4%；方式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ〖JP3〗均可通过共代谢作用提升COD去除效果，方式Ⅰ运行条件下的COD去除率最高，达到91.8%。

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煤炭科学技术

2022年第07期

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