CN116639783A - 一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿井水处理技术领域，公开了一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺。本发明将矿井水引入沉砂池，进行初沉；然后引入混凝池，投加复合絮凝剂进行混凝；再引入斜板沉淀池，进行沉淀后分离沉淀得到的污泥和上清液；将污泥依次浓缩、压滤后作为煤矿井井下采空区的填充物；将上清液投加消毒剂后储存回用。本发明使用的复合混凝剂将有机絮凝剂聚丙烯酰胺和无机絮凝剂聚合氯化铝复合，使其兼具有机絮凝剂和无机絮凝剂的絮凝特点，并复配粉煤灰以及四氧化三铁，可以提高混凝形成的矾花的沉降速度，使矾花可以有效下沉，同时粉煤灰还可吸附水体中的金属离子以及协同絮凝，实现了矿井水中高浓度悬浮物、乳化油等污染物的高效去除。
Description
技术领域
本发明涉及矿井水处理技术领域，尤其涉及一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺。
背景技术
在煤炭开采过程中，会排放大量的矿井水，矿井水的悬浮物含量远远高于地表水，感官性状差；并且所含悬浮物的粒度小、比重轻、沉降速度慢、混凝效果差；其中含有的总离子含量比一般地表水高得多，通常还含有废机油、乳化油等有机物污染物。因此，矿井水的处理难度通常较大。
目前，矿井水处理系统通常设置在地面，需要将矿井水由井下提升输送至地面，消耗大量动力资源，造成处理成本的提高。而且，矿井水的常规处理方法以絮凝沉淀为主，所使用的絮凝剂通常为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，而由于矿井水中煤屑等悬浮物含量较高，投加絮凝剂后形成的絮体松散、沉降时间过长，容易造成沉降效率低的问题，并不能达到预期的处理效果。另外，有机絮凝剂和无机絮凝剂在使用时投加量大，造成处理成本的提高，同时处理药剂的大量投加还存在二次污染的隐患。
因此，如何提高絮凝沉淀处理工艺的效率、降低处理成本、实现矿井水的高效处理对目前采煤行业的发展以及环境生态保护具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，解决现有絮凝沉淀处理矿井水存在的上述问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，包括以下步骤：
(1)将煤矿井井下生产污水引入沉砂池，进行初沉，得到初沉矿井水；
(2)将初沉矿井水引入混凝池，投加复合絮凝剂进行混凝，得到混凝矿井水；
(3)将混凝矿井水引入斜板沉淀池，进行沉淀，然后分离沉淀得到的污泥和上清液；
(4)将污泥依次浓缩、压滤后作为煤矿井井下采空区的填充物；将上清液投加消毒剂后储存回用；
其中，步骤(2)所述复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：
阳离子聚丙烯酰胺1～10份，聚合氯化铝7～25份，粉煤灰12～40份，四氧化三铁1～5份。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，步骤(2)所述复合絮凝剂的投加量为5～20mg/L。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，步骤(2)所述混凝的过程中还包括搅拌；搅拌的转速为100～500rpm。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，步骤(2)所述复合絮凝剂中粉煤灰的粒径为50～200μm。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，步骤(2)所述复合絮凝剂中阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵在引发剂作用下聚合得到。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，所述丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、引发剂的质量比为30～50：20～30：0.001～1。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，步骤(2)所述复合絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵与水混合后通入氮气，然后加入引发剂，继续通入氮气一定时间后停止通入氮气，在密闭条件下升温进行聚合反应，得到胶体；将胶体破碎、干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺；
将阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝与水加热进行混合，得到混合溶液；将混合溶液与有机溶剂混合浸取，得到固体；将固体干燥，得到有机-无机絮凝剂；
将有机-无机絮凝剂、粉煤灰、四氧化三铁混合，得到复合絮凝剂。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，所述复合絮凝剂的制备方法中，聚合反应的温度为40～80℃，聚合反应的时间为1～5h。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，所述复合絮凝剂的制备方法中，加热进行混合的温度为50～70℃，加热进行混合的时间为1～2h。
优选的，在上述一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺中，所述复合絮凝剂的制备方法中，有机溶剂为无水乙醇和/或丙酮。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用初沉-混凝-沉淀的方法处理矿井水，可以在矿井下实现处理，无需提升至地面。本发明使用的复合混凝剂将有机絮凝剂聚丙烯酰胺和无机絮凝剂聚合氯化铝复合，使其兼具有机絮凝剂和无机絮凝剂的絮凝特点，并复配粉煤灰以及四氧化三铁，可以提高混凝形成的矾花的沉降速度，使矾花可以有效下沉，同时粉煤灰还可吸附水体中的金属离子以及协同絮凝，实现了矿井水中高浓度悬浮物、乳化油等污染物的高效去除。
具体实施方式
本发明提供了一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，包括以下步骤：
(1)将煤矿井井下生产污水引入沉砂池，进行初沉，得到初沉矿井水；
(2)将初沉矿井水引入混凝池，投加复合絮凝剂进行混凝，得到混凝矿井水；
(3)将混凝矿井水引入斜板沉淀池，进行沉淀，然后分离沉淀得到的污泥和上清液；
(4)将污泥依次浓缩、压滤后作为煤矿井井下采空区的填充物；将上清液投加消毒剂后储存回用。
在本发明中，步骤(2)所述复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：
阳离子聚丙烯酰胺1～10份，聚合氯化铝7～25份，粉煤灰12～40份，四氧化三铁1～5份。
在本发明中，所述复合絮凝剂中，阳离子聚丙烯酰胺优选为2～8份，进一步优选为3～6份，更优选为5份；聚合氯化铝优选为9～22份，进一步优选为11～20份，更优选为17份；粉煤灰优选为13～36份，进一步优选为17～31份，更优选为22份；四氧化三铁优选为1.2～4.6份，进一步优选为1.8～3.2份，更优选为2.6份。
在本发明中，步骤(2)所述复合絮凝剂的投加量优选为5～20mg/L，进一步优选为7～17mg/L，更优选为11mg/L。
在本发明中，步骤(2)所述混凝的过程中还包括搅拌；搅拌的转速优选为100～500rpm，进一步优选为120～300rpm，更优选为200rpm。
在本发明中，步骤(2)所述复合絮凝剂中粉煤灰的粒径优选为50～200μm，进一步优选为80～160μm，更优选为110μm；四氧化三铁的粒径优选为1～50μm，进一步优选为10～40μm，更优选为20μm。
在本发明中，步骤(2)所述复合絮凝剂中阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵在引发剂作用下聚合得到。
在本发明中，所述丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、引发剂的质量比优选为30～50：20～30：0.001～1，进一步优选为33～45：22～28：0.02～0.7，更优选为38：26：0.2。
在本发明中，所述引发剂优选为过硫酸钾和/或亚硫酸氢钠，进一步优选为亚硫酸氢钠。
在本发明中，步骤(2)所述复合絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵与水混合后通入氮气，然后加入引发剂，继续通入氮气一定时间后停止通入氮气，在密闭条件下升温进行聚合反应，得到胶体；将胶体破碎、干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺；
将阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝与水加热进行混合，得到混合溶液；将混合溶液与有机溶剂混合浸取，得到固体；将固体干燥，得到有机-无机絮凝剂；
将有机-无机絮凝剂、粉煤灰、四氧化三铁混合，得到复合絮凝剂。
在本发明中，所述复合絮凝剂的制备方法中，聚合反应的温度优选为40～80℃，进一步优选为46～70℃，更优选为55℃；聚合反应的时间优选为1～5h，进一步优选为2～4h，更优选为3h。
在本发明中，所述复合絮凝剂的制备方法中，加热进行混合的温度优选为50～70℃，进一步优选为54～65℃，更优选为60℃；加热进行混合的时间优选为1～2h，进一步优选为1.2～1.8h，更优选为1.5h。
在本发明中，所述复合絮凝剂的制备方法中，有机溶剂优选为无水乙醇和/或丙酮，进一步优选为丙酮。
在本发明中，所述复合絮凝剂的制备方法中，粉煤灰在使用前还包括使用盐酸进行预处理；盐酸的浓度优选为1～5mol/L，进一步优选为2～5mol/L，更优选为4mol/L；粉煤灰和盐酸的质量体积比优选为1～4g：2～5mL，进一步优选为1.3～3g：2.5～3.5mL，更优选为2.5g：3mL。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，包括以下步骤：
(1)将煤矿井井下生产污水引入沉砂池，进行初沉，得到初沉矿井水；
(2)将初沉矿井水引入混凝池，投加复合絮凝剂进行混凝，复合絮凝剂的投加量为20mg/L，混凝过程中不断搅拌，搅拌的转速为300rpm，得到混凝矿井水；
(3)将混凝矿井水引入斜板沉淀池，进行沉淀，然后分离沉淀得到的污泥和上清液；
(4)将污泥依次浓缩、压滤后作为煤矿井井下采空区的填充物；将上清液投加消毒剂后储存回用。
其中，复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：
阳离子聚丙烯酰胺7份，聚合氯化铝15份，粉煤灰30份(粒径为100μm)，四氧化三铁3份(粒径为30μm)。
复合絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵与水混合均匀后通入氮气30min，去除混合溶液中的氧气，然后加入过硫酸钾，继续通入氮气20min后停止通入氮气，在密闭条件下升温至50℃进行聚合反应4h，得到胶体；将胶体破碎、干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺；丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、过硫酸钾、水的质量比为50：22：0.07：100；
(2)将阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝与水加热至60℃进行混合，保持2h后，得到混合溶液；将混合溶液与无水乙醇按体积比1：2混合浸取，得到固体；将固体干燥，得到有机-无机絮凝剂；聚合氯化铝、水的质量比为1：5；
(3)将粉煤灰在4mol/L盐酸溶液中浸泡30min，得到预处理粉煤灰；粉煤灰和盐酸溶液的质量体积比为2g：2mL；
将有机-无机絮凝剂、预处理粉煤灰、四氧化三铁混合均匀，得到复合絮凝剂。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD41mg/L，悬浮物42mg/L；COD去除率为70.7％，悬浮物去除率为97.9％。
实施例2
本实施例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，具体参见实施例1，不同之处在于复合絮凝剂的投加量为13mg/L，复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：阳离子聚丙烯酰胺6份，聚合氯化铝20份，粉煤灰28份(粒径为100μm)，四氧化三铁4份(粒径为50μm)。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD54mg/L，悬浮物57mg/L；COD去除率为61.4％，悬浮物去除率为97.2％。
实施例3
本实施例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，具体参见实施例1，不同之处在于复合絮凝剂的投加量为15mg/L，复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：阳离子聚丙烯酰胺10份，聚合氯化铝10份，粉煤灰35份(粒径为50μm)，四氧化三铁2份(粒径为50μm)。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD48mg/L，悬浮物53mg/L；COD去除率为65.7％，悬浮物去除率为97.4％。
实施例4
本实施例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，具体参见实施例1，不同之处在于复合絮凝剂的投加量为6mg/L，复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：阳离子聚丙烯酰胺5份，聚合氯化铝25份，粉煤灰40份(粒径为200μm)，四氧化三铁3份(粒径为50μm)。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD61mg/L，悬浮物67mg/L；COD去除率为56.4％，悬浮物去除率为96.7％。
对比例1
本对比例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，具体参见实施例1，不同之处在于复合絮凝剂的制备方法中不存在制备有机-无机絮凝剂的步骤，本对比例将阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、预处理粉煤灰、四氧化三铁混合均匀。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD76mg/L，悬浮物86mg/L；COD去除率为45.7％，悬浮物去除率为95.8％。
对比例2
本对比例提供一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，具体参见实施例1，不同之处在于复合絮凝剂中不存在粉煤灰。
利用上述处理工艺处理某矿区的矿井水，进水水质为：COD140mg/L，悬浮物2040mg/L；处理后的出水水质为：COD81mg/L，悬浮物279mg/L；COD去除率为42.1％，悬浮物去除率为86.3％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将煤矿井井下生产污水引入沉砂池，进行初沉，得到初沉矿井水；
(2)将初沉矿井水引入混凝池，投加复合絮凝剂进行混凝，得到混凝矿井水；
(3)将混凝矿井水引入斜板沉淀池，进行沉淀，然后分离沉淀得到的污泥和上清液；
(4)将污泥依次浓缩、压滤后作为煤矿井井下采空区的填充物；将上清液投加消毒剂后储存回用；
其中，步骤(2)所述复合絮凝剂由包含以下质量份数的原料制备而成：
阳离子聚丙烯酰胺1～10份，聚合氯化铝7～25份，粉煤灰12～40份，四氧化三铁1～5份。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述复合絮凝剂的投加量为5～20mg/L。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述混凝的过程中还包括搅拌；搅拌的转速为100～500rpm。
4.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述复合絮凝剂中粉煤灰的粒径为50～200μm。
5.根据权利要求2所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述复合絮凝剂中阳离子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵在引发剂作用下聚合得到。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，所述丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、引发剂的质量比为30～50：20～30：0.001～1。
7.根据权利要求1、5或6所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述复合絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
将丙烯酰胺、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵与水混合后通入氮气，然后加入引发剂，继续通入氮气一定时间后停止通入氮气，在密闭条件下升温进行聚合反应，得到胶体；将胶体破碎、干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺；
将阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝与水加热进行混合，得到混合溶液；将混合溶液与有机溶剂混合浸取，得到固体；将固体干燥，得到有机-无机絮凝剂；
将有机-无机絮凝剂、粉煤灰、四氧化三铁混合，得到复合絮凝剂。
8.根据权利要求7所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，所述复合絮凝剂的制备方法中，聚合反应的温度为40～80℃，聚合反应的时间为1～5h。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，所述复合絮凝剂的制备方法中，加热进行混合的温度为50～70℃，加热进行混合的时间为1～2h。
10.根据权利要求8或9所述的一种煤矿井井下生产污水的沉淀处理工艺，其特征在于，所述复合絮凝剂的制备方法中，有机溶剂为无水乙醇和/或丙酮。
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