闭坑煤矿水热利用的水质保障与处理模拟

摘要

闭坑煤矿水热联用为煤矿区实施双碳战略的重要举措之一,其水热利用过程中最大挑战之一为集热装置的堵塞腐蚀问题。本文以常见的闭坑酸性高铁矿井水为例,采用中和-强化絮凝沉淀的处理工艺,以CaO为中和剂、聚合氯化铝(PAC)为絮凝剂、聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂,研究高温矿井20-50℃水温下水质调控关键参数与温度响应特征。实验表明,水温在30℃时,水中总Fe和Fe^(2+)去除效率可达最高,温度高于30℃不利于Fe^(2+)的充分氧化,温度过低不利于Fe^(3+)的水解,采用1.23 g·L^(-1)CaO+20 mg·L^(-1)PAC+3 mg·L^(-1)PAM的药剂组合可以使出水总Fe含量低于0.3 mg·L^(-1);利用分形方法分析了高温矿井水絮凝反应中絮体形态与温度变化的响应关系,温度过低或过高时,形成的絮体细密松散;30℃时絮凝反应中絮体的分形维数1.41增长到1.92,此刻分形维数增长速率最大,絮体结构大且紧实,絮体沉降速度增快,絮凝效果最佳;30℃下反应投入的CaO放热速率大于温度自然流失的速率,反应后综合温度呈上升趋势。当温度大于30℃时,絮体分形维数变化无定势,温度影响矿井水絮凝降污效率。闭坑煤矿水热联用中水质保障处理模拟为闭坑矿井水热联用的水质调控提供科学依据。