1.本课题的目的、意义和研究现状（文献综述)

一、前言

煤矿酸性矿井水，因为其pH值低，酸度大而对煤矿排水设备、钢管及其他机电设备均具有很强的腐蚀性。大量事例证明酸性矿井水对煤矿生产有重大危害：设备腐蚀穿孔，造成人力物力的浪费；长期直接接触酸性水会导致矿工手脚破裂，眼睛疼痒，直接危害到其人身安全。其次，倘若酸性矿井水在无处理情况下被排入地面水体，必然会对矿区周围水体造成严重污染。酸性矿井水中含有大量的二价铁离子与三价铁离子，二价铁离子氧化成三价铁离子时需要消耗大量的溶解氧，导致河流缺氧，影响水生生物的生长与繁殖。如上所述，对于煤矿酸性矿井水的处理在现在有重大的环境意义。

二、酸性矿井水处理方法及新技术

目前，国内煤矿处理酸性矿井水的方法主要采用中和法，中和剂可用各种碱性物质。较广泛使用的有石灰石或者石灰来作为中和剂来进行酸性矿井水的中和处理。在此之外，近年来新兴的生物化学处理法、湿地生态处理法和可渗透反应墙法（PRB）等，正日益受到人们的关注。

2.1 中和法

中和法是目前煤矿酸性矿井水常采用的处理方法，适合做中和剂的有石灰石、大理石、白云石、石灰等碱性物质。选择何种中和剂取决于中和剂的反应性、适用性、价格和运输是否方便等因素，其中尤以石灰石和石灰中和剂的应用最为广泛。其原因是石灰石价格便宜，购买途径多样，且处理效果好，可以处理多种酸性矿井水，无毒无污染。

通常情况下，酸洗矿井水全盐含量均高，前几年发明一种”中和-曝气-反渗透”连用技术，是一条新路。该工艺降酸除高铁，通过投加中和剂降低酸性矿井水的酸性，在此基础上鼓风曝气，氧化二价铁离子，再通过混凝反应和斜板沉淀前去除悬浮物和氧化生成三价铁离子，最后通过锰砂去除锰离子和剩余二价铁离子。通过精密过滤装置去除剩余的微量悬浮物，通过反渗透去除溶解性离子以降低矿化度和总硬度，最后使用氯进行消毒，使出水水质达到要求。

目前国内对于酸性矿井水的处理便是以中和法为主流，占比超过百分之97，而在美日德等发达国家则占比较少，更多的是生物和湿地处理方法。

2.2 生物化学处理法

生物化学方法处理含铁酸性矿井水是目前国内外研究的一个热点，在美国、日本已经得到了实际运用，而在国内仍然停留在实验阶段。其原理是：利用氧化亚铁硫杆菌，在酸性环境下将二价铁离子氧化为三价铁离子，然后再用石灰石进行中和。此方法的有点事二价铁离子的氧化率很高，处理后沉淀物有二次利用价值，运行费用低，易管理等优点。国内未实际运用是因为其还有许多难以解决的问题，比如处理速度远低于传统物化处理方法，初期成本很高。此外，矿井水成分很复杂，有时还会含有如Pb、Zn等对生物有抑制作用的重金属。因此，我国要在煤炭系统推广应用这种技术，仍然需要大量的研究工作。

2.3 湿地生态工程处理法

人工湿地酸性矿井水处理方法是20 世纪70 年代末在国外发展起来的一种污水处理方法 , 它是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用, 通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解从而实现高效率净化污水的一项技术。 与传统物理化学（中和法）处理方法相比, 人工湿地处理方法的优点有：出水水质稳定优良、对N 、P等营养物质去除能力强、基建和运行费用低、低技术要求、易于维护管理、耐冲击负荷强、能适用于间歇性排放的污水和具有美学价值。此方法在北美、欧洲的许多国家已被广泛运用，但在国内却没有应用实例。

2.4 可渗透反应墙法

可渗透反应墙法（PRB），是一种原位去除污染地下水中污染组分的新方法，是矿山酸性矿井水处理的一个新热点。基本原理为：在矿山地下水流的下游方向，定义一个被动的反应材料的原位处理区，针对矿山酸性水的具体成分分析二选择采用物理、化学或生化技术处理流经墙体的污染组分。PRB法一般有3种类型：连续墙系统、漏斗-通道系统、GeoSiphon/GeoFlow单元。优点有：作用时间长、处理污染物多、处理效果好、安装施工方便、投资运营费用低等。

三、目前矿井水回用主要用途

我国矿区大多位于北方等水资源缺乏地区，因此矿井水回用的意义十分重大，目前我国矿井水回用后主要有如下几种用途：

3.1 工业用水

矿区及矿区周边配套设施的工业用水量极大，矿井水回用为工业用水可极大减少生产成本。经净化处理后的矿井水，在脱盐淡化后可以达到工业用水的标准并回用，如锅炉水，洗煤厂与坑口电厂。

3.2 生活用水

我国煤矿产业属于劳动密集型产业，周边有大量人口居住，生活用水需求量很大。在中和、混凝、沉淀、过滤、杀菌后，可使一般矿井水达到生活用水标准，供给矿区周围人员生活用。

3.3 农业用水

处理后的矿井水可以用于附近农田的灌溉、矿区绿化用水。

3.4 处理后排放

矿井水主要来源于地下水，大量产生的矿井水一位置大量地下水资源被开采，易形成地下空洞，产生安全隐患。处理后的矿井水大多是地表排放，一般在附近的河流与湖泊排放，通过自然界的水循环补充地下水流失，防止地下空洞产生。

四、结束语

酸性矿井水的处理是一项对中国矿区及其周围环境极其重要的系统工程。目前国内运用最广泛的是中和法，技术相对成熟。同时，人工湿地和生物处理酸性矿井水这些新兴方法正在高速发展，从国外的经验上来看，这是较为先进的处理方法，也是国内之后的主流发张方向。另外，酸性矿井水的处理还讲究一个因地制宜，要根据矿区实际生产、地质状况来选择处理工艺，只有灵活变通，才能达到最好的效果。

我国是一个极度缺水的国家，我国人均水资源不足2500, 不到世界人均的l/

4, 而这非常有限的水资源又有近1/ 2 被人为地污染和破坏。因此，对酸性矿井水的处理是国民经济与社会可持续发展战略的需要。

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、本课课题设计工程概况

本设计针对该公司矿井水质特点和处理回用要求，确定既能达标又能节省基建投资的工艺设计方案并进行设计计算。

1.1设计规模

1000t/d

1.2水质资料

水质以酸性矿井水为主，设计进水水质为：

PH：2~3

SS（mg/L）:135

CODcr（mg/L）:294

（mg/L）:9

（mg/L）:1460.898

设计出水水质：

本设计煤矿矿井水处理后作井下消防、洒水用水，其水质标准为：

《煤矿井下消防、洒水设计规范》（GB50383－2006）中的井下消防洒水水质标准。

SS≤30mg/L，悬浮物粒度≤0.3mm；PH值为6～9；大肠菌群≤3个/L。

其余项参照《城市污水再生利用 工业用水水质》（GBT19923－2005）中的洗涤用水标准，硫酸盐≤250 mg/L， CODcr≤60 mg/L，Fe2 ≤0.3 mg/L。

设计方案应结合工程实际通过技术经济比较确定，主要包括两方面：工程造价和处理效果。

二、设计原则

1、采用先进的处理工艺和成熟的技术，力求治理流程简单、处理工艺成熟可靠，确保污水处理长期、稳定和高效运行。

2、处理工艺和技术经济合理，节约投资，节省占地面积。

3、污水处理场恶臭污染及噪声污染得到有效治理并满足要求。

4、处理后污水水质指标全部达到排放要求。

5、提高污染物减量化和有用资源综合利用的水平，力求获得最大的社会、环境和经济效益。

6、操作运行方便，维护管理简单，运行费用低。

三、污水处理方案的确定

本设计是本科生毕业设计，根据所提供的原水水质参数，本设计的酸性矿井水处理工艺可以采用常规处理工艺--中和法，即能满足出水水质要求。其一般工艺流程如下：

石灰石中和法的处理装置有三种形式：中和滚筒法、升流膨胀过滤法和曝气流化床处理方法。

石灰石中和滚筒法和升流膨胀过滤中和法的基本原理均是采用石灰石作中和剂与酸性矿井水中硫酸进行中和反应, 产生微溶硫酸钙和易分解的碳酸 。由于滤料处于不断的滚动和磨擦状态, 因此不断产生新的反应表面, 反应能够连续进行。石灰石滚筒中和法的优点是对滤料粒径没有严格要求, 易操作管理, 处理费用低。缺点是设备大, 要求防腐措施，初期成本大。产生大量噪音, 环境条件差, 二次污染严重, 反应产物Fe(OH)3 和CaSO4 常在出水口和滚简内壁产生沉淀, 造成滚筒内径尺寸减少,滚筒出水口堵塞, 故要经常酸洗。升流式膨胀滤池过滤中和法的优点是操作简单, 易管理, 工作环境良好, 处理费用较低。缺点是在中和反应后的出水中, 存在着大量的碳酸 , 出水PH过低，无法达到环保要求, 一般只能维持在5.5左右, 且对二价铁的去除率低。

依据设计概况和污水水质以及出水水质要求，再结合本地区污水处理常设计经验选定石灰石滚筒中和法对酸性矿井水进行处理，原因为技术较为成熟，易操作管理且处理费用低，由于这是大同某煤炭有限公司处理，故而能接受初期成本与噪音污染。

本设计出水要求不高，在石灰滚筒中和处理后只需要进行传统曝气沉淀处理便可达到出水水质要求。

最终流程图如下：

本设计采用石灰石滚筒中和法 曝气 沉淀的工艺，酸性矿井水首先进入调节池中调节水量水质，然后进入滚筒，同时往滚筒中加入石灰石中和剂，去除水中Fe和。

中和后进入初沉池沉淀，可去除水中大部分悬浮物和中和产物。之后进入曝气池进行鼓风曝气处理，降低水体cod指标。水从曝气池出来后流入二沉池，二沉池沉淀出活性污泥，部分活性污泥回流到曝气池中。水体进入絮凝沉淀池，去除其他悬浮物，产生的化学污泥与二沉池产生的剩余污泥进行混合处理。出水进入过滤装置过滤，滤池使用普通快滤池，最后使用Cl2消毒后便可回用。

由于污水处理厂采用传统活性污泥法，污泥较多，不稳定。所以拟定采用生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置。过程中产生的剩余污泥和化学污泥因为化学污泥比例不低，故选择直接混合处理。