矿井水中典型重金属形成机理与被动处理技术研究
发布时间：2021-10-23 07:48
在我国一次能源结构中,煤炭是长期的主体能源,高强度煤炭资源开采,产生大量矿井水,矿井水直接外排,不仅浪费矿区水资源,而且污染周围环境。实现矿井水资源化是利用水资源和保护生态环境的关键。但是,我国大部分矿区矿井水中重金属尤其是Fe、Mn、Zn超标,限制了矿井水资源的再利用。因此,开展矿井水中典型重金属（Fe、Mn、Zn）的形成机理和处理技术研究,有利于矿井水资源化,实现煤矿绿色开采。本文综合应用水文地质学、地球化学、环境工程学、矿物岩石学、统计学等理论,借助X射线衍射、扫描电镜、三维荧光、红外光谱、拉曼光谱等测试分析手段,通过逐级化学提取试验、水-岩（煤）作用模拟试验、批次振荡试验,探索了我国矿井水中典型重金属的形成机理及被动处理技术。论文首先对我国矿井水中典型重金属分布特征及影响因素进行归纳和分析;其次以敏东一矿为研究区,开展矿井水中典型重金属来源、煤岩中典型重金属溶解释放规律、影响因素、形态价态变化和典型重金属被动处理技术研究,主要成果如下:（1）定义了矿井水中的典型重金属,并按照浓度大小分为高浓度、中浓度、低浓度及安全浓度四个等级,归纳了我国矿井水中典型重金属分布特征,初步分析了矿...
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国煤炭资源与水资源分布图
昵榭鐾臣疲?峁?⑾钟?种重金属包括铁、锰、铜、锌、铅、砷、铬、镉、汞超过标准限值。其中铁超标率为47.70%，锰超标率为42.62%，锌超标率为10.98%，超标率均超过了10%，位列前三，说明矿井水中铁、锰、锌广泛存在，将这三种重金属定义为矿井水中的典型重金属。我国煤矿97%以井工开采为主，水文地质条件复杂，充水水源较多，矿井水中典型重金属来源复杂，而且受地层地质年代与构造、岩石性质、煤矿伴生矿物与环境条件的影响，岩石及煤层中典型重金属富集，在长期的水岩作用下进入矿井水，矿井水中典型重金属形成概念模型如图1.2所示：伴随着煤矿的开采活动，大气降水、地表水、各类型地下水均有可能进入井下，形成矿井水。一方面，岩石与地下水长期相互作用，岩石中的含重金属矿物与水分子长期反应，另一方面，煤炭开采使原有的还原环境转化为氧化环境，煤中的含重金属矿物溶解进入水中，最终形成含重金属矿井水。系统掌握矿井水中典型重金属来源、水岩作用下典型重金属溶解释放规律及形态、价态的变化有利于处理矿井水中的典型重金属，实现矿井水资源化。图1.2矿井水典型重金属形成概念图Fig.1.2Conceptmapoftypicalheavymetalformationofminewater根据是否依靠设备（如搅拌机、抽滤泵、存储罐等）及持续的人工维护，矿
2我国矿井水中典型重金属含量及分布特征232.3.2典型重金属超标煤矿分布根据表2.4统计数据，将典型重金属超标矿井标注在我国煤炭资源分布图上(图2.1)，并绘制14个基地典型重金属超标率柱状图(图2.2)。图2.1矿井水中典型重金属超标煤矿分布图Fig.2.1DistributionmapofFeover.standardcoalmineinminewater从图2.1与2.2中可知，Fe超标的矿井较多，除新疆基地未超标外其余基地均有超标，其中黄陇、晋北、晋中、蒙东、云贵、宁东、新疆与其它煤炭基地矿井水中Fe的超标率均超过了50%，云贵、宁东、晋北三个煤炭基地的超标率分别为94.33%，83.33%、80.00%，在所有煤炭基地中位列前三。云贵基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在贵州西部、北部与东南部，宁东基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在宁夏东部，晋北基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在基地北部。Mn与Fe的超标分布基本相似，除新疆、鲁西基地未超标外其余基地均有超标，其中黄陇、晋北、晋中、晋东、蒙东、云贵、宁东7个煤炭基地中Mn的超标率均大于或等于50%，云贵、宁东、晋北三个煤炭基地的超标率分别为89.13%、83.33%、75.00%，在所有煤炭基地中位居前三。云贵基地矿井水中Mn超标的矿井主要集中在贵州中部与北部，宁东基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在宁夏东部，晋北基地矿井水中Mn超标的矿井主要集中在基地北部。矿井水中Zn超标的情况相对于Fe、Mn明显较少，主要出现在黄陇、晋东、蒙东、云贵、河南和其它基地，其中云贵与蒙东两个煤炭基地矿井水中Zn的超
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海大气PM2.5来源解析对比:基于在线数据运用3种受体模型[J]. 周敏. 环境科学. 2020(05)
[2]赤泥吸附废水中Mn（2+）的机理分析研究[J]. 黄河,李勇超,徐政,肖化政,任伯帜. 硅酸盐通报. 2019(09)
[3]动态权-集对分析模型在矿井突水水源识别中的应用[J]. 王甜甜,靳德武,刘基,杨建,王心义,赵伟. 煤炭学报. 2019(09)
[4]生物炭复合材料在废水处理中的应用研究进展[J]. 蒲生彦,贺玲玲,刘世宾. 工业水处理. 2019(09)
[5]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[6]改性城市污泥水热炭对铜和镉的吸附实验[J]. 王航,杨子健,刘阳生. 环境工程. 2019(05)
[7]锰质活性滤膜化学催化氧化除锰机理研究[J]. 李圭白,梁恒,余华荣,杜星,杨海洋. 给水排水. 2019(05)
[8]壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu（Ⅱ）的吸附性能[J]. 肖芳芳,张莹莹,程建华,杨草,胡勇有. 环境工程学报. 2019(05)
[9]活性炭对含Zn2+和Cd2+的重金属废水吸附净化效果研究[J]. 邓清,李春阳,邓志华,郑买富,李艳梅,刘佩琪. 化工新型材料. 2019(04)
[10]水-岩作用对储层渗透性影响的数值模拟研究——以鄂尔多斯盆地东北部上古生界砂岩储层为例[J]. 杨冰,许天福,李凤昱,田海龙,杨磊磊. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(02)
博士论文
[1]煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究[D]. 齐文跃.中国矿业大学 2019
[2]煤加工利用过程中有害微量元素的迁移转化行为研究[D]. 付彪.中国科学技术大学 2019
[3]人类活动对河流表层沉积物中重金属分布区域差异性的影响评估[D]. 汝旋.华南理工大学 2018
[4]陆相沉积盆地砂岩储层CO2地质封存流体运移和水岩相互作用研究[D]. 刘宁.中国地质大学 2018
[5]改性磁性壳聚糖吸附材料的制备及其处理水中Pb2+/Cu2+的研究[D]. 吕龙.中国地质大学(北京) 2018
[6]傍河开采驱动下河水入渗地下水过程中铁锰生物地球化学过程研究[D]. 袁文真.吉林大学 2017
[7]废弃矿井地下水污染风险评价研究[D]. 李庭.中国矿业大学 2014
[8]黄土对典型重金属离子吸附解吸特性及机理研究[D]. 王艳.浙江大学 2012
[9]安徽铜陵典型尾矿库地球化学和环境地球化学效应[D]. 周元祥.合肥工业大学 2009
[10]受体模型应用于典型环境介质中多环芳烃、二噁英和多氯联苯的来源解析研究[D]. 田福林.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]酸性煤矿排水中硫酸盐的迁移转化及其对重金属分布的影响[D]. 王悦竹.贵州大学 2018
[2]宁东煤田煤炭开采对区域地下水环境的影响及其特征研究[D]. 马永祥.吉林大学 2017
[3]粉煤灰改性及其吸附性能研究[D]. 田勇齐.安徽理工大学 2017
[4]我国部分煤中重金属含量、赋存及排放控制研究[D]. 范玉强.辽宁科技大学 2016
[5]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[6]傍河开采条件下河床沉积带孔隙水水化学演化规律研究[D]. 张丽华.吉林大学 2015
[7]煤矸石堆放对土壤、水体和植物的环境影响—案例研究[D]. 郝威铎.中国矿业大学 2015
[8]露天煤矿开采对地下水环境的影响研究[D]. 姬广青.内蒙古大学 2013
[9]粉煤灰颗粒吸附材料的制备及吸附性能的研究[D]. 王静.中国海洋大学 2013
[10]淮北矿区矿井水处理技术与应用研究[D]. 朱晓玉.合肥工业大学 2012
本文编号：3452783
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：175 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
我国煤炭资源与水资源分布图
昵榭鐾臣疲?峁?⑾钟?种重金属包括铁、锰、铜、锌、铅、砷、铬、镉、汞超过标准限值。其中铁超标率为47.70%，锰超标率为42.62%，锌超标率为10.98%，超标率均超过了10%，位列前三，说明矿井水中铁、锰、锌广泛存在，将这三种重金属定义为矿井水中的典型重金属。我国煤矿97%以井工开采为主，水文地质条件复杂，充水水源较多，矿井水中典型重金属来源复杂，而且受地层地质年代与构造、岩石性质、煤矿伴生矿物与环境条件的影响，岩石及煤层中典型重金属富集，在长期的水岩作用下进入矿井水，矿井水中典型重金属形成概念模型如图1.2所示：伴随着煤矿的开采活动，大气降水、地表水、各类型地下水均有可能进入井下，形成矿井水。一方面，岩石与地下水长期相互作用，岩石中的含重金属矿物与水分子长期反应，另一方面，煤炭开采使原有的还原环境转化为氧化环境，煤中的含重金属矿物溶解进入水中，最终形成含重金属矿井水。系统掌握矿井水中典型重金属来源、水岩作用下典型重金属溶解释放规律及形态、价态的变化有利于处理矿井水中的典型重金属，实现矿井水资源化。图1.2矿井水典型重金属形成概念图Fig.1.2Conceptmapoftypicalheavymetalformationofminewater根据是否依靠设备（如搅拌机、抽滤泵、存储罐等）及持续的人工维护，矿
2我国矿井水中典型重金属含量及分布特征232.3.2典型重金属超标煤矿分布根据表2.4统计数据，将典型重金属超标矿井标注在我国煤炭资源分布图上(图2.1)，并绘制14个基地典型重金属超标率柱状图(图2.2)。图2.1矿井水中典型重金属超标煤矿分布图Fig.2.1DistributionmapofFeover.standardcoalmineinminewater从图2.1与2.2中可知，Fe超标的矿井较多，除新疆基地未超标外其余基地均有超标，其中黄陇、晋北、晋中、蒙东、云贵、宁东、新疆与其它煤炭基地矿井水中Fe的超标率均超过了50%，云贵、宁东、晋北三个煤炭基地的超标率分别为94.33%，83.33%、80.00%，在所有煤炭基地中位列前三。云贵基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在贵州西部、北部与东南部，宁东基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在宁夏东部，晋北基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在基地北部。Mn与Fe的超标分布基本相似，除新疆、鲁西基地未超标外其余基地均有超标，其中黄陇、晋北、晋中、晋东、蒙东、云贵、宁东7个煤炭基地中Mn的超标率均大于或等于50%，云贵、宁东、晋北三个煤炭基地的超标率分别为89.13%、83.33%、75.00%，在所有煤炭基地中位居前三。云贵基地矿井水中Mn超标的矿井主要集中在贵州中部与北部，宁东基地矿井水中Fe超标的矿井主要集中在宁夏东部，晋北基地矿井水中Mn超标的矿井主要集中在基地北部。矿井水中Zn超标的情况相对于Fe、Mn明显较少，主要出现在黄陇、晋东、蒙东、云贵、河南和其它基地，其中云贵与蒙东两个煤炭基地矿井水中Zn的超
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海大气PM2.5来源解析对比:基于在线数据运用3种受体模型[J]. 周敏. 环境科学. 2020(05)
[2]赤泥吸附废水中Mn（2+）的机理分析研究[J]. 黄河,李勇超,徐政,肖化政,任伯帜. 硅酸盐通报. 2019(09)
[3]动态权-集对分析模型在矿井突水水源识别中的应用[J]. 王甜甜,靳德武,刘基,杨建,王心义,赵伟. 煤炭学报. 2019(09)
[4]生物炭复合材料在废水处理中的应用研究进展[J]. 蒲生彦,贺玲玲,刘世宾. 工业水处理. 2019(09)
[5]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[6]改性城市污泥水热炭对铜和镉的吸附实验[J]. 王航,杨子健,刘阳生. 环境工程. 2019(05)
[7]锰质活性滤膜化学催化氧化除锰机理研究[J]. 李圭白,梁恒,余华荣,杜星,杨海洋. 给水排水. 2019(05)
[8]壳聚糖/磁性生物碳对重金属Cu（Ⅱ）的吸附性能[J]. 肖芳芳,张莹莹,程建华,杨草,胡勇有. 环境工程学报. 2019(05)
[9]活性炭对含Zn2+和Cd2+的重金属废水吸附净化效果研究[J]. 邓清,李春阳,邓志华,郑买富,李艳梅,刘佩琪. 化工新型材料. 2019(04)
[10]水-岩作用对储层渗透性影响的数值模拟研究——以鄂尔多斯盆地东北部上古生界砂岩储层为例[J]. 杨冰,许天福,李凤昱,田海龙,杨磊磊. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(02)
博士论文
[1]煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究[D]. 齐文跃.中国矿业大学 2019
[2]煤加工利用过程中有害微量元素的迁移转化行为研究[D]. 付彪.中国科学技术大学 2019
[3]人类活动对河流表层沉积物中重金属分布区域差异性的影响评估[D]. 汝旋.华南理工大学 2018
[4]陆相沉积盆地砂岩储层CO2地质封存流体运移和水岩相互作用研究[D]. 刘宁.中国地质大学 2018
[5]改性磁性壳聚糖吸附材料的制备及其处理水中Pb2+/Cu2+的研究[D]. 吕龙.中国地质大学(北京) 2018
[6]傍河开采驱动下河水入渗地下水过程中铁锰生物地球化学过程研究[D]. 袁文真.吉林大学 2017
[7]废弃矿井地下水污染风险评价研究[D]. 李庭.中国矿业大学 2014
[8]黄土对典型重金属离子吸附解吸特性及机理研究[D]. 王艳.浙江大学 2012
[9]安徽铜陵典型尾矿库地球化学和环境地球化学效应[D]. 周元祥.合肥工业大学 2009
[10]受体模型应用于典型环境介质中多环芳烃、二噁英和多氯联苯的来源解析研究[D]. 田福林.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]酸性煤矿排水中硫酸盐的迁移转化及其对重金属分布的影响[D]. 王悦竹.贵州大学 2018
[2]宁东煤田煤炭开采对区域地下水环境的影响及其特征研究[D]. 马永祥.吉林大学 2017
[3]粉煤灰改性及其吸附性能研究[D]. 田勇齐.安徽理工大学 2017
[4]我国部分煤中重金属含量、赋存及排放控制研究[D]. 范玉强.辽宁科技大学 2016
[5]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[6]傍河开采条件下河床沉积带孔隙水水化学演化规律研究[D]. 张丽华.吉林大学 2015
[7]煤矸石堆放对土壤、水体和植物的环境影响—案例研究[D]. 郝威铎.中国矿业大学 2015
[8]露天煤矿开采对地下水环境的影响研究[D]. 姬广青.内蒙古大学 2013
[9]粉煤灰颗粒吸附材料的制备及吸附性能的研究[D]. 王静.中国海洋大学 2013
[10]淮北矿区矿井水处理技术与应用研究[D]. 朱晓玉.合肥工业大学 2012
本文编号：3452783
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