“水量平衡分析”的露天煤矿水资源综合利用途径

为有效解决我国北方矿区煤-水资源逆向分布和矿井水回用率低等问题，以神华某露天煤矿为例，基于“水量平衡分析”的方法，提出了水资源综合利用途径。通过分析矿区水资源利用现状与存在的问题，重点探讨矿坑污水处理厂水量变化规律，重构矿区水量平衡图，最终确定矿区水资源综合利用途径。结果表明：1）近三年矿坑涌水量、污水厂处理水量和回用水量均逐年降低，水资源利用率低；2）基于矿区污水处理厂处理水量变化分析，发现该矿区2016年到2018年的矿坑污水量主要受季节的影响较大；3）该矿区水资源在不同季节的回用方向和回用量也不同；4）综合考虑了时间和空间因素，确定了水资源综合利用技术，结合矿区实际用水需求，重构了水量平衡图，将采暖季与非采暖季的矿坑水资源利用率提高到89.9%与70.1%，促进了矿区的可持续发展，最终可实现煤-水资源的和谐共生。     

咖啡渣生物质炭的制备及其对矿井水中氟离子的去除研究

近年来矿井水中氟离子含量超标问题尤为突出,不仅影响矿井水处理后的回用水质,而且危害人体健康。为了同时实现固废资源化利用和矿井水中氟离子的去除,本文以废弃咖啡渣为原料,采用化学活化法制备了一种新型矿井水中氟离子的吸附剂——咖啡渣生物质炭(CRB),通过单因素法优化了制备过程中的活化剂种类、活化温度和活化浓度;通过动力学和等温吸附实验对比分析了优化前后CRB对氟离子的吸附效能;通过表面物化特性表征探究了优化后的CRB(O-CRB)对氟离子的吸附机理。结果表明:当采用氯化锌为活化剂、浓度为4 mol/L、活化温度为400 ℃时,获得了吸附性能最优的O-CRB,其对氟离子的最大吸附量为2.20 mg/g,是活化前CRB的1.30倍;与优化前相比,O-CRB的中孔孔容量与比表面积明显增加,含氧官能基团(-COOH)含量和表面Zeta电位升高,且吸附氟离子后O-CRB表面的氯离子含量明显降低(3.27 % 至0.61 %)、氟离子含量明显增加(0.76 % 至10.34 %),从而可推测出O-CRB吸附氟离子的主要机理为静电吸附和离子交换。     

十八烷基三甲基氯化铵改性煤基活性炭对水中硝酸盐的吸附研究

近年来我国城市饮用水中不断出现硝酸盐超标的问题,严重影响了饮用水水质,威胁人体健康。为了进一步提高去除水中硝酸盐的效果,我们研发了一种经济高效的水中硝酸盐吸附剂——十八烷基三甲基氯化铵改性煤基活性炭(OTAC-GAC),采用正交实验方法确定了OTAC-GAC的最优制备条件和对水中硝酸盐的最大吸附效能,并通过动力学吸附拟合和表面物化特性分析探究了OTAC-GAC对水中硝酸盐的吸附机理。研究表明,当以煤基活性炭为母体、以OTAC为改性剂时,季铵盐改性煤基活性炭的最佳制备条件为:改性剂浓度5 mmol/L,改性温度20℃,改性时间2 h;优化后的OTAC-GAC对硝酸盐的最大吸附量为22.05 mg/g,比改性前提高了15.31 mg/g,且OTAC-GAC对硝酸盐的吸附符合准二阶动力学吸附模型(R~2=0.999)、Langmuir等温吸附模型(R~2=0.913)和D-R等温吸附模型;此外,与改性前相比,OTAC-GAC的总孔容量减少了47%,N元素含量提高了44%,碱性官能基团含量增加了3.4倍,说明改性后带正电、含氮的OTAC已成功负载在煤基活性炭表面孔隙内,从而可推测出改性煤基活性炭去除硝酸盐的主要机理为离子交换和静电吸附作用,为保障饮用水安全奠定了理论基础。     

人工湖水体富营养化的活性炭处理技术及生态修复建议

通过对包头市两个典型人工湖的水体富营养化现状分析,研究木质和煤基活性炭对人工湖中叶绿素a、COD、浊度、蓝藻、总氮和总磷的去除效果。结果表明:木质活性炭对劳动园人工湖中叶绿素a、COD和浊度的去除率更高(96%);煤基活性炭对总氮和蓝藻的去除率更高(88%),出水达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)二级标准。同时,提出了长期治理人工湖水体富营养化的生态修复方案,以期为长期有效治理人工湖水体富营养化提供帮助。     

ZSM-5沸石削减臭氧氧化过程中的溴酸根生成量

分别采用超纯水、硼酸盐缓冲溶液和自来水配制含溴离子水,考察投加不同硅铝比的ZSM-5沸石对臭氧氧化过程中溴酸根生成量的削减效果及机理.结果表明,在三种不同介质中,ZSM-5沸石对溴酸根生成量的削减效果依次为:超纯水>硼酸盐缓冲溶液>自来水;硅铝比为300的ZSM-5沸石的削减效果最好,在硼酸盐缓冲溶液体系中,反应30min后可使溴酸根的生成量减少66%.硅铝比为300的ZSM-5沸石对溴离子和溴酸根均无明显的吸附作用,但可显著减少臭氧分解过程中的H_2O_2产量,这是其削减溴酸根生成量的主要原因.     

含细颗粒悬浮物矿井水的混凝沉淀参数优化

针对宝日希勒露天煤矿矿井水中悬浮颗粒物粒径小、难去除的问题,采用单因素与正交实验方法确定了混凝沉淀工艺的最佳参数,分析了矿井水中细颗粒物的混凝机理。结果表明,混凝沉淀的最佳工艺参数为聚合氯化铝(PAC)投加量50 mg/L,非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)投加量5.0 mg/L,快速搅拌(300 r/min)时间1 min,慢速搅拌(50 r/min)时间8 min,静置时间5 min;在最佳工艺条件下,悬浮物(SS)质量浓度为5.0 mg/L,去除率为99.1%,相比单独投加PAC时,10μm以下的细颗粒物去除率提高了25.9%,矿井水的ζ电位由-40.9 mV降低至-16.3 mV,说明细颗粒物的混凝机理主要为PAC吸附电中和作用和聚丙烯酰胺(PAM)吸附架桥作用。     

荞麦壳基活性炭的制备及其性能研究

为了实现固废资源化利用,以废弃荞麦壳为原料采用化学活化法制备了一种新型吸附 剂———荞麦壳基活性炭。 采用单因素方法对制备过程中的活化温度、活化时间、活化剂种类和荞 麦壳与活化剂的质量比进行了优化,通过碘值和亚甲蓝值考察了优化后荞麦壳基活性炭的吸附 效能,并采用气体吸附仪、X射线衍射法和扫描电镜分析表征了活性炭的孔结构、微晶结构及微 观表面形貌。 结果表明:当采用磷酸活化剂、活化时间90min、活化温度500℃、荞麦壳与活化剂 的质量比为1∶3时,获得的荞麦壳基活性炭碘值和亚甲蓝值分别为765.8mg/g和222.2mg/g, 其亚甲蓝值高于市售的三种活性炭(煤基、木质、椰壳活性炭);同时,优化后的荞麦壳基活性炭 的中孔孔隙率最大为96.8% ,总孔容量(0.666cm3/g)高于煤基活性炭和椰壳活性炭,比表面积 (785.3m2/g)与市售活性炭相当,说明以荞麦壳为原料采用磷酸活化可制备出中孔发达、吸附性 能好的活性炭。     

露天矿矿坑涌水水质特征分析与处理工艺优化研究

针对宝日希勒露天煤矿矿坑涌水中细颗粒物难去除、混凝剂投加量大的问题，开展了矿坑涌水水质特征分析与处理工艺优化研究。通过分析矿坑涌水的悬浮物颗粒粒径、ζ电位和PAC/APAM配比对混凝沉淀效果的影响，提出一种经济有效的矿井水处理新工艺——磁混凝分离技术。研究结果表明：矿坑涌水中悬浮颗粒物平均浊度高(1 794 NTU),细颗粒物(粒径≤10μm)占比大(85%),且ζ电位高，导致混凝沉淀的效果不佳；2号矿坑污水处理厂的PAC投加量约为200 mg/L,远超正常投加量(20～60 mg/L),需要进一步优化；采用“初沉+混凝+磁分离+过滤”的处理工艺，可提高细颗粒物的去除率，同时减少混凝剂投加量，理论估计处理系统运行成本为0.415元/m³,可实现经济效益为106.76万元/a。