一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法

本发明属于煤矿工业废水处理及资源化利用，具体而言，涉及一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法。

背景技术：

1、煤炭的大规模开发利用会引起一系列的环境与生态问题，部分超标的矿井水会造成河道和整个水系的破坏，对环境造成很大污染，对农业、林业和牧业等的生产和发展造成了很大的影响。采煤过程中产生的矿井水是重要且可观的水资源，然而因长期的技术限制和认识缺乏，矿井水的利用途径处于瓶颈，导致大量矿井水未能被综合利用。

2、根据矿井水中所含污染物的特征可将矿井水分为五种类型：洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和特殊污染型矿井水等。矿井水中的悬浮物多是煤炭开采中的煤粉和岩粉等细小颗粒，其次是在矿井水中还存在一些离子，有少量的有机物，也有大量的细菌，很可能会堵塞土壤的孔隙，进而对土壤的物理结构产生影响。矿井水的高矿化度是因为含有大量的ca2+、na+和cl-等离子，并且硬度较大，会形成土壤盐渍化风险，从而导致土壤理化性能发生改变和植物凋萎等现象；矿井水呈酸性主要是因为高硫煤层，ph值低于5.5，并且含有大量的f-、so42-、fe2+、fe3+、mn2+及其他金属离子。酸性矿井水会引起严重的土壤重金属污染，引起土壤ph值改变，促进植物对重金属的吸收，而且土壤的团粒结构会被破坏，导致土壤板结现象的出现。矿井水含特殊污染物一般指氟、铁、锰等元素，而国内多为高铁锰矿井水。

3、随着矿井水的长期灌溉应用，矿井水排放总量在逐年增加，资源与环境的矛盾日趋突出，这一问题亟待解决。矿井水灌溉可能会引起严重的土壤盐碱化，从而使土壤质量下降。矿井水会对不同土壤酶活性造成影响，并且影响较为显著，综合分析来看，矿井水对土壤酶活性造成一定程度的影响，但不同种类土壤酶活性对矿井水的响应存在差异。

4、未经处理的矿井水排放也会对土壤微生物群落结构产生显著影响，研究表明用矿井水灌溉后的土壤中的微生物种类和数量明显增加。矿井水灌溉的植物可能会矮化，病害多发，严重时会导致植物死亡。然而矿井水中也存在着许多植物生长必需的养分，科学灌溉会提升土壤肥力，改变土壤理化性质，促进植物的生长发育。利用矿井水进行绿化灌溉，对于缓解区域水资源短缺及生态修复具有十分重要的作用，但过程中造成的土壤盐碱化、土壤养分含量变化、重金属污染、土壤中酶和微生物变化以及植物生长等问题值得我们深入探讨和研究。因此通过合适的方法对矿井水进行处理，确保矿井水对土壤与植被不造成危害具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法。本发明通过合适的方法对煤矿矿井水进行处理，使得处理后的矿井水能够用于农业灌溉等领域中。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

3、本发明的一个方面提供了一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1：将煤矿矿井水ph调节在8-11之间，然后按照每1l矿井水中加入80-160mg/l处理剂i的量向煤矿矿井水中加入处理剂i并于20-50℃、200-400rpm下搅拌反应20-90min，得到一级处理矿井水；所述处理剂i为多巴胺甲基丙烯酰胺接枝改性双马树脂高聚物；

5、步骤2：按照每1l一级处理矿井水中加入10-80mg/l处理剂ii的量向一级处理矿井水中加入处理剂ii并于常温下搅拌30-40min之后静置过夜，然后经过滤，得到处理后的矿井水；所述处理剂ii为电气石负载海藻酸钠复合物。

6、优选地，所述处理剂i的制备过程如下：

7、将双马来酰亚胺树脂单体、烯丙基化合物按照质量比1:0.3-0.5的量加入并在140-160°c条件下混合搅拌2-6小时以进行预聚，形成预聚体a；

8、将多巴胺甲基丙烯酰胺单体加入到有机醇/碳酸氢铵溶液中，超声分散10-20min，得到浓度为3-10wt%的多巴胺甲基丙烯酰胺单体分散液；

9、将预聚体a与多巴胺甲基丙烯酰胺单体分散液按照质量体积比1g：10-30ml的量混合并搅拌均匀，然后加入引发剂常温下搅拌20-30min，然后向溶液中加入交联剂，并将体系加热至80-100℃搅拌反应1-3h，反应结束后冷却至室温，即得终产物。

10、优选地，所述双马来酰亚胺树脂单体选自4，4’-二苯甲烷双马来酰亚胺、4，4’-二苯基醚双马来酰亚胺、4，4’-二苯砜双马来酰亚胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺的脂肪族双马来酰亚胺、n，n’-(4，4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺及n，n’-(4-甲基-1,3-亚苯基)-双马来酰亚胺中的一种或多种。

11、优选地，所述烯丙基化合物为二烯丙基双酚a、二烯丙基双酚s、双酚a二烯丙基醚、1,1-砜基双[4-(2-丙烯)氧基苯]中的一种或多种。

12、优选地，所述有机醇选自乙醇、丙三醇、丁醇；所述有机醇/碳酸氢铵溶液中有机醇、水以及碳酸氢铵按照体积质量比10ml：100ml：1-5g的量混合。

13、优选地，所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾；所述引发剂的加入量为预聚体a质量的0.05-0.1倍。

14、优选地，所述交联剂选自邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、戊二醛、乌洛托品中的任一种；所述交联剂的加入量为预聚体a质量的0.1-0.15倍。

15、优选地，所述处理剂ii的制备过程如下：

16、将电气石矿研磨粉碎，得到40-100目的电气石颗粒，然后通过依次加盐酸和氢氧化钠去除杂质，然后用去离子水洗涤2~3次，之后在800-1200℃下高温煅烧6-10h，煅烧结束后以10℃/min的降温速率降至室温，得到电气石颗粒；

17、将上述得到的电气石颗粒加入到浓度为10-20g/l的海藻酸钠溶液中以80rpm转速搅拌2-6h，之后取出电气石颗粒，自然晾干，得到处理剂ii。

18、优选地，所述电气石选自布格电气石、镁电气石、铁电气石、锂电气石、铁镁电气石、钙镁电气石、黑电气石、钙锂电气石中的任一种。

19、优选地，所述电气石颗粒与海藻酸钠溶液按照质量体积比10g：200-400ml的量混合。

20、借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：经本发明的方法处理后的矿井水中污染物浓度明显降低，经处理后的矿井水灌溉土壤会导致土壤酶活性升高，促进植物发芽和生长。本发明的处理剂i和处理剂ii能够协同作用处理矿井废水中的污染物，提高出水品质，从而实现对矿井水进行回收利用。

21、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

技术特征：

1.一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理剂i的制备过程如下：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双马来酰亚胺树脂单体选自4，4’-二苯甲烷双马来酰亚胺、4，4’-二苯基醚双马来酰亚胺、4，4’-二苯砜双马来酰亚胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺的脂肪族双马来酰亚胺、n，n’-(4，4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺及n，n’-(4-甲基-1,3-亚苯基)-双马来酰亚胺中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述烯丙基化合物为二烯丙基双酚a、二烯丙基双酚s、双酚a二烯丙基醚、1,1-砜基双[4-(2-丙烯)氧基苯]中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机醇选自乙醇、丙三醇、丁醇；所述有机醇/碳酸氢铵溶液中有机醇、水以及碳酸氢铵按照体积质量比10ml：100ml：1-5g的量混合。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾；所述引发剂的加入量为预聚体a质量的0.05-0.1倍。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述交联剂选自邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、戊二醛、乌洛托品中的任一种；所述交联剂的加入量为预聚体a质量的0.1-0.15倍。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理剂ii的制备过程如下：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电气石选自布格电气石、镁电气石、铁电气石、锂电气石、铁镁电气石、钙镁电气石、黑电气石、钙锂电气石中的任一种。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电气石颗粒与海藻酸钠溶液按照质量体积比10g：200-400ml的量混合。

技术总结
本发明公开了一种煤矿矿井水处理及资源化利用方法，包括以下步骤：将煤矿矿井水pH调节在8‑11之间，然后向煤矿矿井水中加入处理剂I并搅拌反应，得到一级处理矿井水；所述处理剂I为多巴胺甲基丙烯酰胺接枝改性双马树脂高聚物；向一级处理矿井水中加入处理剂II并于常温下搅拌之后静置过夜，然后经过滤，得到处理后的矿井水；所述处理剂II为电气石负载海藻酸钠复合物。经本发明的方法处理后的矿井水中污染物浓度明显降低，经处理后的矿井水灌溉土壤会导致土壤酶活性升高，促进植物发芽和生长，从而实现对矿井水的资源化利用。

技术研发人员：张凯,王顺洁,张嘉辰,郭宏伟,唐玉伟,谭栩荧
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5