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贵州煤矿区酸性排水的污染特征及其化学防治方法的研究

作　者: 刘丽波
导　师: 刘方
学　校: 贵州大学
专　业: 环境科学
关键词: 贵州煤矿区酸性水石灰乳石灰石粉煤灰
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以贵州省织金县珠藏镇桂花村坡角某煤矿酸性水、花溪麦坪某煤矿酸性水、兴仁某煤矿酸性水和普安楼下某煤矿酸性水为研究对象,采用实地调察、试验分析的方法,对煤矿酸性水的pH、Fe²⁺、SS、重金属含量进行分析并用石灰石、石灰乳、粉煤灰三种材料对煤矿酸性水进行处理,得出以下主要结论:1.煤矿酸性水的形成主要原因是由于和煤伴生的硫铁矿是在强还原条件下生成的,煤层开采后处于氧化条件,硫铁矿和矿井水、空气中的氧接触后,经过一系列的氧化、水解等反应,生成硫酸和氢氧化铁等,使水呈酸性。在调查的四个煤矿酸性水中的pH、SS、Pb、Fe、Mn都分别超标。2.用不同量的石灰乳中处理同一定量煤矿酸性水时,随着石灰乳量的增加,pH值不断的升高,但pH值不会超过9,同时pH在1-3时变化不大,这是由于煤矿酸性水中Fe³⁺被沉淀为Fe（OH）₃时,大量消耗OH^-,从而在一定范围内,使废水中OH^-保持恒定。而在一定量的酸性水中,一次性加入定量石灰乳,在相同反应强度下,测定不同反应时间内的pH值的变化时发现在处理含铁量较低的煤矿酸性水时pH值上升很快一分钟就可以到达7左右;而处理含铁量较高的煤矿酸性水时pH值上升较慢,需二十分钟才可以到达7左右。同时发现经石灰乳处理后的煤矿酸性水中的Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺的含量也大量减小,这是由于石灰乳处理煤矿酸性水时会生成胶体,这些胶体会吸附重金属离子。但这些胶体比重较小,经搅拌后,又使处理后的酸性水浊度升高,含重金属离子仍然超标。3.用石灰石处理同一定量的煤矿酸性水时,石灰石的用量要大于石灰乳的1-2倍,而且反应的速度较慢、处理的时间较长。取出石灰石反应后的水样,静止观察其沉淀物的分离时间,发现经石灰石处理后的出水悬浮物不能形成矾花,成浑浊状态,极难快速沉淀,只有放置10小时左右,分层才较为清晰。同时,也发现处理后的煤矿酸性水中的Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺的含量也减小,但没有石灰乳的作用明显。4.粉煤灰组分主要是CaO、MgO、Fe₂O₃、Na₂O、K₂O等,它们遇水易于溶解生成氢氧化物,进而离解产生OH^-,用以中和酸性水中H⁺。由于粉煤灰除了含有一定量的碳、氧以外,还具有丰富的孔隙,使其比表面积比较大,因而吸附能力强,同时粉煤灰中含有O-Si-O键以及梭基、羟基等含氧的活性官能团,使之具有生成金属络合物的能力,对重金属离子有较强的吸附性。试验分析了pH、接触时间、粉煤灰投放量、粉煤灰对重金属吸附的影响,结果表明粉煤灰不宜用来处理pH较低的酸性水,最适合的pH值范围在3-5之间。在对Fe²⁺含量不同的酸性水进行处理时,Fe²⁺含量越低粉煤灰对Fe²⁺的去除率越高;在反应时间上,经过1小时可使Fe²⁺的去除基本达到恒定,并且在常温下对Fe²⁺有较好的吸附效果。粉煤灰对Pb²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺吸附效果也较好,在同等条件下重金属的去除率由大到小的次序为:Pb＞Cu＞Mn。在粉煤灰的投入量方面,随着粉煤灰的投入量的增加,粉煤灰对Mn、Cu、Fe、Pb吸附效果也越来越明显,试验结果认为粉煤灰的投加量为10g/L时为宜。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
第一章前言  8-19
  1.1 国内外治理煤矿酸性水概况、水平和发展趋势  8-10
  1.2 煤矿酸性水形成的原因  10-11
  1.3 贵州喀斯特地区煤矿酸性水的分布  11
  1.4 贵州喀斯特地区煤矿酸性水的分类  11-12
  1.5. 粉煤灰在废水处理中应用  12-19
    1.5.1 粉煤灰的形成与分类  12
    1.5.2 粉煤灰的物理性质  12-13
    1.5.3 粉煤灰的化学性质与组成  13-14
      1.5.3.1 粉煤灰的化学组成  13
      1.5.3.2 粉煤灰的化学性质  13-14
    1.5.4 粉煤灰的活性  14-15
    1.5.5 粉煤灰在环境工程中的应用  15-19
      1.5.5.1 粉煤灰在煤矿酸性水处理中的应用  15
      1.5.5.2 利用粉煤灰处理煤矿酸性水的机理  15-16
      1.5.5.3 可能影响粉煤灰处理煤矿酸性水效果的因素  16-18
      1.5.5.4 利用粉煤灰处理废水的应用途径  18-19
第二章课题的研究意义、内容及技术路线  19-22
  2.1 研究意义  19-20
  2.2 目标  20
  2.3 内容  20-21
  2.4 主要解决的问题  21
  2.5 研究方法  21
  2.6 可行性分析  21-22
第三章贵州煤矿区酸性水污染特征  22-29
  3.1 研究区选择  22
  3.2 煤矿酸性水环境现状监测及评价  22-28
    3.2.1 煤矿酸性水水质监测  22-24
    3.2.2 煤矿酸性水水质评价  24-28
      3.2.2.1 普安煤矿酸性水水质评价  24-25
      3.2.2.2 兴仁煤矿酸性水水质评价  25-26
      3.2.2.3 织金煤矿酸性水水质评价  26-27
      3.2.2.4 麦坪煤矿酸性水水质评价  27-28
  3.3 小结  28-29
第四章石灰乳、石灰石中和处理酸性水的研究  29-38
  4.1 石灰乳中和处理煤矿酸性水的研究  29-35
    4.1.1 原理  29
    4.1.2 试验材料与方法  29-30
    4.1.3 中和反应特性曲线试验  30-32
    4.1.4 Fe~(2+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)、Cu~(2+)等离子沉淀  32
    4.1.5 中和反应时间试验  32-34
    4.1.6 工艺设计  34-35
  4.2 石灰乳中和处理煤矿酸性水的结论  35-36
  4.3 石灰中和处理煤矿酸性水的研究  36-37
    4.3.1 石灰石消耗间接计算  36
    4.3.2 石灰石与酸性水反应时间试验  36
    4.3.3 沉降试验  36-37
    4.3.4 各重金属离子经石灰石处理后的浓度变化  37
  4.4 石灰石中和处理煤矿酸性水的结论  37-38
第五章粉煤灰处理酸性水中的应用  38-56
  5.1 粉煤灰的采集及预处理  38
    5.1.1 试验样品的采集  38
    5.1.2 样品的预处理  38
  5.2 粉煤灰处理煤矿酸性水的研究  38-41
    5.2.1 试验因子的确定  38-39
      5.2.1.1 煤矿酸性水中各种污染因子  38-39
      5.2.1.2 本次研究中所选取的污染因子  39
    5.2.2 实验条件的选择  39
      5.2.2.1 试验样品的选择  39
      5.2.2.2 粉煤灰的投加量  39
    5.2.3 实验方法  39-41
    5.2.4 粉煤灰的性状  41
  5.3 粉煤灰对酸性水pH值的影响  41-45
    5.3.1 时间对酸性水pH值的影响  41-43
    5.3.2 粉煤灰投入量对酸性水pH值的影响  43-45
  5.4 粉煤灰对酸性水中Fe~(2+)的影响  45-50
    5.4.1 不同的接触时间对Fe~(2+)吸附影响  45-46
    5.4.2 粉煤灰投加量对Fe~(2+)吸附的影响  46-50
  5.5 粉煤灰对煤矿酸性水中重金属离子的去除试验  50-55
    5.5.1 对Cu~(2+)、Pb~(2+)、Mn~(2+)的吸附试验分析  50-55
      5.5.1.1 吸附时间对重金属吸附的影响  50-54
      5.5.1.2 粉煤灰投加量对重金属吸附的影响  54-55
  5.6 小结  55-56
第六章总结与讨论  56-59
  6.1 方法比较  56-57
  6.2 主要结论  57-58
  6.3 讨论  58-59
参考文献  59-63

贵州煤矿区酸性排水的污染特征及其化学防治方法的研究

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