矿井水处理剂及矿井水的处理方法与流程

本发明涉及水处理，具体而言，涉及一种矿井水处理剂及矿井水的处理方法。

背景技术：

1、矿井水中的微量有机污染物和氟化物是影响其高效利用的主要因素。目前，常采用氧化还原法实现有机污染物的降解矿化去除，采用吸附法去除氟化物。氧化还原法去除有机污染物是利用臭氧、氯气、高锰酸钾等氧化剂将废水中的污染物氧化成二氧化碳和水的处理技术。此方法需要向废水中注入大量的氧化剂，处理成本较高。吸附法除氟化物主要是将含氟废水通过装有吸附剂的填充柱，氟离子通过物理吸附、化学吸附或离子交换等作用附着在吸附剂表面从而被除去，吸附剂通过化学再生等手段恢复交换性能。

2、但上述方法均需要进行前处理，对进水水质要求较高，且需要采用对应的配套技术实现污染物的去除，因此往往建设投资和运行维护成本较高。此外，目前的处理技术主要用于矿井水处理厂的反应单元，处理水量有限。我国每年产生矿井水约70亿吨，均通过矿井水处理厂进行处理不现实。

3、因此，研究并开发出一种同时能够去除矿井水中的有机污染物和氟化物的矿井水处理剂即处理方法对于提高处理效率、降低处理成本具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种矿井水处理剂及矿井水的处理方法，以解决现有技术中难以实现矿井水中有机污染物和氟化物的同步去除，且处理效率低、处理成本高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种矿井水处理剂，该矿井水处理剂包括含铁盐、煤系固体废物及单质铁；铁盐中铁元素的价态为正六价；煤系固体废物选自粉煤灰和/或煤矸石。

3、进一步地，矿井水处理剂的存在形式为固液混合物，且按重量份计，矿井水处理剂包括：5～15份含铁盐、2～10份煤系固体废物及5～15份单质铁。

4、进一步地，按重量份计，矿井水处理剂还包括1～5份活性炭；优选地，单质铁与活性炭的重量比为(5～10):(1～4)。

5、进一步地，矿井水处理剂的存在形式为全固态，且按重量份计，矿井水处理剂包括：6～16份含铁盐、20～40份煤系固体废物、12～32份单质铁及60～100份硅酸盐水泥；优选矿井水处理剂为块状固体；进一步优选矿井水处理剂的尺寸为(0.05～1.5)mm:(0.001～3)mm:(0.5～5)mm。

6、进一步地，按重量份计，矿井水处理剂还包括4～12份活性炭；优选地，单质铁与活性炭的重量比为(4～7):(1～3)。

7、进一步地，硅酸盐水泥选自普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥组成的组中的一种或多种；优选矿井水处理剂还包括减水剂；优选地，减水剂的重量占矿井水处理剂的总重量的0.1wt％～0.6wt％；更优选地，减水剂为聚羧酸减水剂；进一步优选为酯类聚羧酸减水剂和/或醚类聚羧酸减水剂。

8、进一步地，活性炭选自煤质活性炭和/或再生活性炭；优选活性炭的比表面积为200～800m2/g。

9、进一步地，铁盐选自高铁酸钾和/或高铁酸钠。

10、进一步地，粉煤灰和煤矸石的平均粒径分别≤400目。

11、进一步地，粉煤灰的平均粒径≤400目；煤矸石的平均粒径为0.01～7mm。

12、进一步地，单质铁为铁元素含量≥20wt％的含铁废料。

13、进一步地，粉煤灰包括10～50wt％si元素、5～35wt％al元素、10～30wt％fe元素、5～15wt％ca元素、3～15wt％mg元素和余量杂质；煤矸石包括10～60wt％si元素、5～15wt％al元素、10～20wt％fe元素、5～25wt％ca元素、3～10wt％mg元素和余量杂质。

14、为了实现上述目的，本发明另一个方面还提供了一种矿井水的处理方法，采用本申请提供的上述矿井水处理剂处理矿井水，该处理方法包括：将矿井水处理剂注入地下水库、或将矿井水处理剂建成可渗透反应墙，以使矿井水在矿井水处理剂的作用下发生氧化还原反应和吸附作用，得到处理后矿井水。

15、进一步地，当矿井水储存在地下水库中时，矿井水处理剂的注入速率为50～200l/min；当矿井水为流动状态时，且矿井水在地下水库中的水力停留时间为120～720h时，矿井水处理剂的注入速率为100～400l/min。

16、进一步地，地下水库的底面为长方形；优选注入过程中，矿井水处理剂的注入位点位于垂直于底面的长边的截面上，且截面与长边一端的距离为长边总长度的1/10～2/3；优选地，注入位点的个数≥1；更优选地，当注入位点的个数≥2时，相邻两个注入位点之间的最短距离为10～15m。

17、进一步地，可渗透反应墙的数量≥1；优选地，当可渗透反应墙的数量≥2时，相邻两个可渗透反应墙之间的最短距离为200～400m。

18、进一步地，矿井水的总盐度不超过2000mg/l，toc值为0～200mg/l，氟离子浓度为1～10mg/l；优选矿井水处理剂与矿井水的重量比为(5～40):(1000～6000)。

19、应用本发明的技术方案，由于含铁盐中铁元素具有高价态，从而具有较强的氧化性，能够用于氧化矿井水中易被氧化降解的有机污染物(比如含有不饱和键的有机化合物)，且含铁盐自身被还原形成三价铁离子，三价铁离子生成fe(oh)3络合物，从而发挥其絮凝吸附作用去除有机污染物和氟化物；而单质铁能够还原矿井水中易被还原去除的有机污染物(比如含卤素的有机化合物)；煤系固体废物，比如粉煤灰和煤矸石，由于自身具有较大的比表面积和多孔性，具有良好的吸附性能，从而能够吸附矿井水中的氟离子，实现氟化物的去除。粉煤灰是煤粉燃烧后的产物，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中产生的固体废物，由于二者均具有较大的比表面积且具有多孔性，从而具有良好的吸附和沉降性能。矿井水处理剂中粉煤灰和/或煤矸石的引入能够提高粉煤灰和/或煤矸石的利用价值。

20、将上述矿井水处理剂中的各成分配合使用能够发挥协同处理作用，从而能够实现有机污染物和氟化物的同步去除，从而有利于降低矿井水中toc值以及f离子含量。

技术特征：

1.一种矿井水处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂包括含铁盐、煤系固体废物及单质铁；所述铁盐中铁元素的价态为正六价；所述煤系固体废物选自粉煤灰和/或煤矸石。

2.根据权利要求1所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂的存在形式为固液混合物，且按重量份计，所述矿井水处理剂包括：5～15份所述含铁盐、2～10份所述煤系固体废物及5～15份所述单质铁。

3.根据权利要求2所述的矿井水处理剂，其特征在于，按重量份计，所述矿井水处理剂还包括1～5份活性炭；

4.根据权利要求1所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂的存在形式为全固态，且按重量份计，所述矿井水处理剂包括：6～16份所述含铁盐、20～40份所述煤系固体废物、12～32份所述单质铁及60～100份硅酸盐水泥；优选所述矿井水处理剂为块状固体；进一步优选所述矿井水处理剂的尺寸为(0.05～1.5)mm:(0.001～3)mm:(0.5～5)mm。

5.根据权利要求4所述的矿井水处理剂，其特征在于，按重量份计，所述矿井水处理剂还包括4～12份活性炭；

6.根据权利要求4或5所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述硅酸盐水泥选自普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥组成的组中的一种或多种；优选所述矿井水处理剂还包括减水剂；

7.根据权利要求3或5所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述活性炭选自煤质活性炭和/或再生活性炭；优选所述活性炭的比表面积为200～800m2/g。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述铁盐选自高铁酸钾和/或高铁酸钠。

9.根据权利要求2所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述粉煤灰和所述煤矸石的平均粒径分别≤400目。

10.根据权利要求4所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述粉煤灰的平均粒径≤400目；所述煤矸石的平均粒径为0.01～7mm。

11.根据权利要求8所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述单质铁为铁元素含量≥20wt％的含铁废料。

12.根据权利要求8所述的矿井水处理剂，其特征在于，所述粉煤灰包括10～50wt％si元素、5～35wt％al元素、10～30wt％fe元素、5～15wt％ca元素、3～15wt％mg元素和余量杂质；

13.一种矿井水的处理方法，其特征在于，采用权利要求1至12中任一项所述的矿井水处理剂处理所述矿井水，所述处理方法包括：

14.根据权利要求13所述的矿井水的处理方法，其特征在于，当所述矿井水储存在所述地下水库中时，所述矿井水处理剂的注入速率为50～200l/min；当所述矿井水为流动状态时，且所述矿井水在所述地下水库中的水力停留时间为120～720h时，所述矿井水处理剂的注入速率为100～400l/min。

15.根据权利要求14所述的矿井水的处理方法，其特征在于，所述地下水库的底面为长方形；优选所述注入过程中，所述矿井水处理剂的注入位点位于垂直于所述底面的长边的截面上，且所述截面与所述长边一端的距离为所述长边总长度的1/10～2/3；

16.根据权利要求14所述的矿井水的处理方法，其特征在于，所述可渗透反应墙的数量≥1；优选地，当所述可渗透反应墙的数量≥2时，相邻两个所述可渗透反应墙之间的最短距离为200～400m。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的矿井水的处理方法，其特征在于，所述矿井水的总盐度不超过2000mg/l，toc值为0～200mg/l，氟离子浓度为1～10mg/l；优选所述矿井水处理剂与所述矿井水的重量比为(5～40):(1000～6000)。

技术总结
本发明提供了一种矿井水处理剂及矿井水的处理方法。该矿井水处理剂包括含铁盐、煤系固体废物及单质铁；铁盐中铁元素的价态为正六价；煤系固体废物选自粉煤灰和/或煤矸石。含铁盐能够用于氧化矿井水中易被氧化降解的有机污染物，且自身被还原形成三价铁离子并生成Fe(OH)3络合物，从而去除有机污染物和氟化物；而单质铁能还原矿井水中易被还原去除的有机污染物；煤系固体废物自身具有较大的比表面积和多孔性，具有良好的吸附性能，能够吸附矿井水中的氟离子，实现氟化物的去除。粉煤灰是煤粉燃烧后的产物，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中产生的固体废物，由于二者均具有较大的比表面积且具有多孔性，从而具有良好的吸附和沉降性能。

技术研发人员：包一翔,李雪佳,吴敏,李井峰,李杰
受保护的技术使用者：国能神东煤炭集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13