煤矸石去除矿井水中水溶性有机物及氨氮的实验研究

煤矸石去除矿井水中污染物的有效性对于评价目前煤矿区实施的地下水库技术及实现矿井水的高效综合利用具有重要意义。以神华神东煤炭集团公司补连塔煤矿取得的煤矸石为水处理剂、取得的矿井水作为研究对象,通过柱实验研究室温条件下煤矸石对矿井水中有机物和氨氮的去除效果。研究结果表明:在6.44个孔隙体积数(PV数)的矿井水的淋滤实验过程中,煤矸石对矿井水中DOC的去除能力可达到64%,这与煤矸石中高岭石、白云母、伊利石和绿泥石等铝硅酸盐矿物对有机物的吸附、降解作用有关,但其对矿井水中芳香族化合物的阻滞及去除能力小。实验过程中煤矸石对氨氮的去除效率逐渐下降但仍能达到81%,因此研究用煤矸石对矿井水中氨氮有着较高的去除能力,这主要是由于煤矸石中含有的伊利石及高岭石均具有一定的阳离子交换容量而对氨氮起到吸附作用。试验中后期,流出液pH值高于了原水值,这与氨氮的水解作用有关,出水ORP显著下降,这说明在模拟的水-岩系统中还原环境不断增强,有机物的降解作用得到增强。     

树脂脱氮在矿井水处理工艺提标改造中的应用

在对塔拉壕煤矿项目进行环境影响评价中,为了解决该煤矿矿井水处理站出水中氨氮及总氮不能达标等现状问题,分析了矿井水水质及脱氮工艺,研究了针对硝态氮及氨氮的两种大孔树脂的脱氮基理及工艺参数,提出了以《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类标准为目标的提标改造方案。通过对提标改造方案的实施,矿井水处理站出水水质中氨氮及总氮可稳定满足标准要求。在此基础上,分析并总结了含氮矿井水处理工艺提标改造的关键问题,以期为矿井水中氨氮及总氮不能达标的煤矿企业提供指导。     

降低饮用水中总硬度及硝酸盐氮含量的方法研究

通过分析,选择离子交换法作为降低饮用水中总硬度及硝酸盐氮含量的基本方法。通过系统试验,确定了用钠离子交换法降低饮用水中总硬度的工艺条件;研究了采用氯离子交换法减少饮用水中硝酸盐氮含量的方法;将二者有机结合,提出了降低饮用水中总硬度及硝酸盐氮含量的工艺流程,并在实际工程中得到应用,效果很好。     

DO对单侧曝气生化池脱氮除磷的影响研究

采用单侧曝气生化池处理模拟城市生活污水,考察DO对单侧曝气生化池脱氮除磷的影响.试验结果表明,系统稳定运行期间,降低DO可以提高COD、氨氮和TN的去除率,但同时亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的浓度也有所下降,TP的去除率也随着DO的降低而减小.在DO=0.6 mg/L时,COD、氨氮和TN去除率分别为90.3％、99.5％、56 6％;在DO=1.0 mg/L时,出水中TP的浓度最低,去除率达到84.8％.     

柘城地区浅层地下水中“三氮”污染特征及机理分析

通过研究柘城地区浅层地下水中"三氮"污染情况、污染分布特征,分析研究了污染源、污染机理及防治对策。结果表明:该区硝酸盐氮基本不超标、氨氮超标面积较大,亚硝酸盐氮超标呈点状分布;造成该区浅层地下水"三氮"污染的主要原因是农业上含氮化肥、农药的过量使用,其次是工业废水及生活污水的排放。包气带岩性颗粒较粗,厚度较薄以及该区地下水为偏碱性水是研究区氨氮大面积超标的重要原因。     

污水处理后出水中硝酸盐氮的检测及其意义

污水处理后出水中的硝酸盐氮会通过污泥回流进入厌氧段,影响除磷效果.控制出水中硝酸盐氮的含量,是保证高效除磷最好的方法.利用紫外分光光度法可方便、快捷地测定硝酸盐氮含量.测定值和标准样品真实含量之间的相对偏差低于3.1%.     

污水处理后出水中硝酸盐氮的检测及其意义

污水处理后出水中的硝酸盐氮会通过污泥回流进入厌氧段,影响除磷效果.控制出水中硝酸盐氮的含量,是保证高效除磷最好的方法.利用紫外分光光度法可方便、快捷地测定硝酸盐氮含量.测定值和标准样品真实含量之间的相对偏差低于3.1%.     

煤矿地下水库矿井水中溶解性有机质变化特征的研究

煤矿地下水库利用采空区冒落岩体的过滤、吸附和离子交换等固液耦合作用来净化矿井水,通过三维荧光光谱分析煤矿地下水矿井水中溶解性有机物的组成结构、变化特征及来源。经过对煤矿地下水库进出水的TOC和UV254分析,表明煤矿地下水库对矿井水有较好的去除效果。三维荧光光谱显示,地下水库进水中有2类DOM,分别是紫外区类富里酸和可见区类色氨酸。经过煤矿地下水库的处理,矿井水中紫外区类富里酸和可见区类富里酸的荧光强度明显降低,在出水中出现了紫外区类色氨酸,说明矿井水在处理过程中受到微生物的影响。煤矿地下水库矿井水中的DOM既有内源输入又有外源输入,而且类蛋白组分占DOM比重较高。     

煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法，指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目，并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验，探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律，利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势，结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展，研究表明，煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果，其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关；提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向:①基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术；②耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术；③浓盐废水井下存储及资源化利用技术。     

煤矸石中氮溶出的动态淋滤实验

为了探讨煤矸石中所含铵伊利石矿物和吸附的氮在风化过程中对周围环境产生的氮污染潜力,利用连续动态淋滤实验方法,对山西长治南寨煤矿和河南焦作朱村煤矿矸石进行淋滤实验,测定了滤出液中总氮、铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的质量浓度变化,分析了煤矸石中各种氮的溶出行为。结果表明：煤矸石矿物表面吸附的硝态氮比较容易被水所溶出,并且随着淋滤时间的延长,滤液中硝态氮的含量迅速降低;煤矸石铵伊利石矿物晶格中固定氮的溶出是一个持续缓慢的过程,其大量溶出滞后于硝态氮的溶出;不管是酸性水或中性水,其滤液均呈偏碱性,这与煤矸石中NH+4的缓冲作用有关。实验结果揭示煤矿区矸石堆中的氮在风化过程中,会被雨水淋溶出来进入周围土壤或地表水体,造成周围环境氮的富集。     

同步硝化反硝化技术处理煤气化废水试验研究

针对煤气化废水的水质特点,采用同步氧化工艺进行中试研究,分析同步氧化装置对主要污染物的去除能力,考察溶解氧(DO)、水温(T)、p H、ρ(COD)/ρ(TN)等主要环境因素对脱氮效果的影响。结果表明:在HRT为55.6 h,ρ(COD)=631~973 mg/L,ρ(NH+4-N)=215~261 mg/L,ρ(TN)=232~284 mg/L,ρ(SS)=131~167 mg/L,p H=7.82~8.35的进水条件下,最终出水CODCr,NH+4-N,TN及SS的最大质量浓度分别为23.2,1.34,73.3和21.2 mg/L,平均去除率分别为97.1%,99.4%,74.7%和87.9%,出水CODCr,NH+4-N及SS质量浓度满足DB 37/599—2006中重点保护区域的水质排放要求;该技术以同步硝化反硝化(SND)的方式实现高效脱氮,脱氮的最佳环境条件为ρ(DO)=2.0~2.5 mg/L,T=26~30℃,p H=7.5~8.0,ρ(COD)/ρ(TN)=8~9。     

煤矸石矿井填充过程中微生物作用对环境的影响

以义马跃进矿的长焰煤、煤矸石、矿井水为研究对象,在添加接种物的情况下,研究微生物作用的产气量和甲烷含量,同时以硝酸盐氮、氨氮、硫离子、硫酸盐、pH值、金属和有机质为研究指标,分别对发酵液和残渣进行测定.结果表明：煤、煤矸石参与了微生物作用;接种物的加入量与产气量和甲烷含量密切相关,并对硝酸盐氮、氨氮、硫化物、硫酸盐和金属也有一定程度的影响;同时由于微生物厌氧发酵的关系,氨氮严重超标;矸石比例较小的B组对环境的影响略小于矸石比例较大的A组.在进一步研究有机质的转化方向和获取、利用生物气的同时要预防地下水的二次污染.     

矿井水井下原位处理的PRB活性材料组合修复能力研究

针对矿井水地面处理的成本高和占地面积大等问题,提出矿井水井下处理与PRB修复相结合的原位处理方法,通过构建1号（无烟煤和钢渣）、2号（无烟煤和石英砂）、3号（无烟煤和沸石）、4号（无烟煤和钢渣、石英砂、沸石）PRB活性材料柱的动态实验,处理含有COD,NH4-N,PO4-P,Mn 2+,SS污染物的矿井水,研究PRB井下原位处理方法的可行性和有效性。实验结果表明：1~4号柱由于不同的组合材料而对COD,NH4-N,PO4-P,Mn 2+,SS有不同的最好去除率,其中4号柱对COD,NH4-N,PO4-P,Mn 2+,SS的平均去除率分别为59.9%,68.7%,77.9%,80.06%,88.8%,去除效果和渗透性相对较好。综合各项指标,4号柱中无烟煤、钢渣、石英砂、沸石（体积比3∶1∶1∶1）为最佳组合,适于含有机物、氮、磷和重金属离子污染矿井水的井下原位处理。     

洛河组含水层垂向差异性研究及保水采煤意义

为查明彬长矿区白垩系洛河组地层的水文地质条件,从保水采煤角度提出了洛河组精细化勘探概念,给出了可用于承压含水层垂向富水性评价的综合富水性指数法,依据垂向富水性变化规律对洛河组进行分层,并研究洛河组垂向水文地质条件与特征、自然状态和采煤扰动时洛河组垂向各含水层段之间的水力联系、以及洛河组下段存在的保水采煤意义等。给出了富水性指数计算方法:对地层岩性、厚度、孔隙度3个指标分别赋值、分别赋权重为0.3,0.4,0.3,之后将赋值与权重累积得到单个含水层段的富水性指数(f_i),利用F_i=0.5f_i+0.15f_(i-1)+0.1f_(i-2)+0.15f_(i+1)+0.1f_(i+2)计算各地层的综合富水性指数。给出了洛河组含水层垂向富水性分级标准:F0.003 289为隔水层,0.003 289≤F0.012 339为弱富水,0.012 339≤F0.015 504为中等富水,F≥0.015 504为强富水。依据综合富水性指数将高家堡井田T1,T2钻孔洛河组垂向上划分为上、中、下3段。研究结果表明:(1)采用综合富水性指数法可以对承压含水层垂向富水性进行精细化评价,可操作性强;(2)局部地区洛河组内部发育有泥岩地层,但尚未构成区域上的隔水层;(3)洛河组下段地层既可以减缓和阻止煤层顶板导水裂隙带继续向上发育防止对具有供水意义的中上段地层结构的破坏,又可以阻隔中上段含水层水进入矿井,对保水采煤有利;(4)高家堡矿井首采面回采期间洛河组中上段地下水位下降26.71～43.06 m。通过含水层水量、水位、水质等指标分析,采用控制煤层采高等技术实现了对洛河组含水层结构保护条件下的深埋煤层开采。     

基质配置对潮汐流人工湿地处理稀土矿山含氨氮地表水效果的影响

人工湿地（Constructed Wetland,CW）可对稀土矿工业开采遗留的氨氮污染废水进行高效生态化处理。添加铁碳和生物炭材料构建四组潮汐流人工湿地,研究不同淹没空置比（F/D）条件下铁碳和生物炭添加方式及位置对湿地脱氮效果的影响。结果表明,控制F/D=6 h/6 h（水流淹没湿地床体6 h后排水空置6 h后下一批次进水）,进水NH4+-N为40±2.37 mg/L, CWFeC2（NO.2 Fe-C substrate Constructed Wetland）对NH4+-N有较好的脱氮效果,平均去除率86.44%±3.28%,最高去除率89.72%,CWB（Biochar based Constructed Wetland）对总氮（TN）有较好的去除效果,最高去除率51.12%。高通量测序分析结果显示,生物炭基质湿地Alpha多样性指数各指标均大于铁碳基质湿地。具有固氮作用的变形菌门在CWFeC1和CWFeC2中占比70%以上,在CWB中占比40%以上,是最主要的脱氮菌群。在CWB中发挥好氧硝化作用的硝化螺旋菌占比15%以上,酸杆菌门存在近10%,能适应酸性条件且具有一定脱氮作用。本实验的进行对稀土矿山含氨氮废水的生态化处理具有一定的参考应用价值,为相关领域填补空缺并提供一定的数据支持。     

采煤活动对煤矿地下水化学特征的影响研究

采煤活动会影响天然水化学环境,改变地下水中的无机及有机水化学成分。以保德煤矿为研究区,采集地表水、地下水及矿井水,综合利用Piper图、Schoeller图、三维荧光光谱图,从无机与有机2个方面分析矿区水化学特征及受采煤活动的影响。研究结果表明,保德煤矿地表水、泉水和奥陶系灰岩水的水化学类型主要为HCO³-Na和HCO³-Ca,但位于滞留区的钻孔新鲜水化学类型为SO₄-Na和SO₄-Mg;位于弱径流区或滞留区的奥陶系灰岩水样K⁺+Na⁺浓度大于径流区水样,而Ca^2＋（Mg^2＋）浓度则相反,主要受离子交换作用和采煤活动的影响。地表水和泉水中溶解性有机质类型主要为腐殖酸类物质,奥陶系灰岩水有机质类型主要为色氨酸和溶解性微生物代谢产物,主要是通过微生物产生的,而矿井水有机质类型为色氨酸、溶解性微生物代谢产物及腐殖酸,这是受采矿活动影响,奥陶系灰岩水流经煤层,将煤中的腐殖酸类物质溶滤形成矿井水。地表水中UV₂₅₄和TOC值较其他水样高,与地表河流中树叶等植物的腐化溶解有关,矿井水中UV₂₅₄和TOC较奥陶系灰岩水较高,与煤层中腐殖酸类物质的溶解有关。     

煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。     

龙南足洞稀土矿区地下水水质特征及健康风险评价

随着长时间对离子型稀土矿的过度开采,其矿区及周边生态环境治理刻不容缓。为提供原地浸矿开采技术导致的矿区及周边地下水污染的修复科学依据,对龙南足洞稀土矿区地下水进行监测,运用修正的内梅罗指数法和健康风险模型进行地下水质综合评价和暴露风险评估。结果表明：浸矿期间污染物在地下水中的迁移缓慢,对浅层地下水的影响大。随着距离和时间的增长,污染物浓度降低。矿区内地下水水质极差,铅超标率为31.71%,硫酸根超标率为4.88%,氨氮超标率为53.66%,氨氮迁移距离为3500米。该地区地下水污染物健康风险指数依次为铅>氨氮>硝酸盐氮>亚硝酸盐氮,幼儿、儿童和成人非致癌风险指数超标率为7.32%、4.88%、0.48%。