以碳酸盐岩为主要反应介质处理酸性煤矿废水的试验研究

摘要

煤炭资源的大量开采引发了一系列环境问题，其中酸性煤矿废水对环境的危害较为突出。酸性煤矿废水具有污染时间长，水质、水量波动大，重金属含量高等特点，因此对环境和人类影响严重，处理相对困难。目前，国内外围绕酸性煤矿废水的处理技术开展了大量研究，并形成了以中和沉淀法、微生物法、人工湿地等为代表的众多方法，但这些方法都存在诸多缺点和不足。因此，为寻求一种经济可行，实用高效的酸性矿山废水处理方法，本论文尝试以中国西南地区广泛分布的碳酸盐岩为主要反应介质处理酸性煤矿废水，在工艺探讨和参数选取方面做了一些研究，并得出如下结论：
　　1.在静态模拟实验中，碳酸盐岩对酸性煤矿废水具有良好的中和能力。当反应时间为18h时，出水pH值在7.2左右，铁的去除率达99％以上，但除锰效果相对较差。在较高pH值条件下，保证一定的吸附时间，改性锰砂对锰具有较好的吸附效果。
　　2.在连续动态模拟实验中，将不同粒径的碳酸盐岩颗粒分级填放在反应器中，稳定运行后出水pH值可达7.0左右，碳酸氢根碱度约在300mg/L，铁的去除率达99％以上，但硫酸根的去除效果较差。碳酸盐岩粒径大小对出水pH、碳酸氢根碱度和锰的去除率有一定影响。粒径越小，处理效果越好。综合考虑粒径对处理效果的影响以及系统的维护周期，选择粒径5-8mm碳酸盐岩颗粒为后期反应介质。
　　3.反应介质中添加锰砂和陶粒后，锰的去除率有所提高。锰砂比例越高，去除效果越好，但在运行后期锰的去除率逐渐下降。期间，铜的去除效果好，去除率可维持在80％以上，添加锰砂对SO42-和铁的去除效果影响不大。
　　4.通过对锰砂进行改性，并增加锰砂比例，废水中锰的去除效率明显提高。运行初期，锰的去除率可达90％以上。铜和锰的去除率受停留时间的影响较大，当停留时间为24h时，锰出水浓度均低于3.0mg/L，去除率能保持在85％以上，铜的去除率在95％以上。停留时间越长，出水pH和碳酸氢根碱度越高，且除铁效果不受影响。
　　综上所述，通过本试验研究可知，碳酸盐岩对酸性矿山废水具有稳定、持久的中和能力，对提高废水pH值、去除铁、铜等金属污染物效果良好。本研究获得了可用于实际设计及运行控制的重要参数，为该项技术在酸性矿山废水治理方面提供依据。

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第一章 绪 论

1.1 酸性煤矿废水的形成及危害

1.2 国内外酸性煤矿废水处理技术概述

1.3 研究目的和研究内容

第二章 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验用水

2.3 实验装置简介

2.4 分析测试项目及方法

第三章 静态模拟实验

3.1 碳酸盐岩对酸性煤矿废水的静态处理效果

3.2 吸附除锰效果的探讨

3.3 小结

第四章 动态模拟实验

4.1 动态模拟实验启动运行阶段

4.2 碳酸盐岩颗粒充填粒径对处理效果的影响

4.3 不同反应介质配比对处理效果的影响

4.4 停留时间对处理效果的影响

4.5 小结

第五章 污染物去除机理初步探讨

5.1 水中重金属与 pH、Eh 的相关性分析

5.2 反应介质及沉淀物的微观表征

5.3 重金属离子的去除机理探讨

5.4 小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附 录

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