“K2FeO4-TiO2”法处理矿井水工艺研究

论文摘要

煤矿矿井水是煤炭行业特有的一种外排废水,由于其成分复杂,污染物浓度高,生物降解性差,传统的水处理技术和工艺,对于含多元相水混合物的矿井水处理效果不佳。研究矿井水的处理工艺方法,寻求先进而又经济可行的工艺和技术处理矿井水作为生产和生活用水,有利于加速矿井水资源的开发和利用,解决矿区水资源短缺状况,实现煤炭行业的可持续发展。本工艺设计针对淮南矿区潘三矿矿井水净化处理工程,通过仔细调研相关资料和取样实验,详细分析矿井水的产生来源、水量和水质特征,结合现有矿井水净化处理厂的技术条件和设施,以及综合对比国内外矿井水处理工程采用的相关技术,采用两段处理,即:第一段预处理以改进型悬浮澄清池投加水处理剂高铁酸钾（K2FeO4）混凝澄清,辅以普通快滤池过滤;第二段深度处理,结合第一阶段出水水质以及深度处理的出水要求,对于经高铁酸钾处理后的矿井水中可能残留的有机或高分子污染物,再利用纳米TiO2光催化氧化技术进行降解。高铁酸钾是一种新型多功效水处理剂,它具有良好的氧化除污功效、优异的混凝与助凝作用、优良的杀菌作用以及高效脱味除臭功能。本研究自制出高纯度高铁酸钾,并进行了矿井水处理的烧杯实验。分析处理结果表明,处理后的矿井水CODcr、总大肠菌群、浊度三项水质指标接近生活饮用水标准,利用高铁酸钾取代传统絮凝剂对矿井水进行预处理是可行的。用溶胶-凝胶法制备出纳米WO3-TiO2复合粉末,并对其进行了表征。利用烧杯进行光催化反应,在多种实验条件下进行了处理矿井水多项水质指标的实验。结果证明在实验条件下,纳米WO3—TiO2复合粉末光催化降解对矿井水CODcr、石油类去除率较高,且具有非常优良的杀菌效果,但对氯化物去除效果不佳。自行设计制作了改进型的斜管式悬浮澄清池和普通快滤池,结合矿井水净化厂原有设备,在不同的实验环境下,本研究两次在矿井水净化厂实地进行了整套工艺装置的中试。实验结果表明:“K2FeO4—TiO2”法处理潘三矿矿井水,出水水质基本达到生活应用水标准,部分指标达到直饮水标准,具有良好的环境效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• CONTENTS
• 1. 前言
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 我国煤矿矿区水资源利用的现状
• 1.1.2 淮南矿区矿井水资源的利用情况
• 1.2 国内外矿井水处理技术研究现状
• 1.2.1 矿井水水质特征及其分类
• 1.2.2 矿井水常规处理工艺综述
• 1.2.3 国内外矿井水处理技术研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.3.1 研究的目的
• 1.3.2 研究的意义
• 1.4 研究的主要内容和技术路线
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 研究的技术路线
• 2. 处理方案的确定
• 2.1 实验矿井水的水质指标分析
• 2.1.1 实验矿井水的来源—淮南矿区潘三矿
• 2.1.2 潘三矿矿井水水质指标分析
• 2.2 潘三矿矿井水净化厂矿井水处理工艺分析
• 2.2.1 潘三矿矿井水净化厂情况简介
• 2.2.2 矿井水净化厂现有处理工艺
• 2.2.3 出水水质
• 2.2.4 现有工艺存在的主要问题
• 2.3 处理方案设计
• 2.3.1 处理工艺设计的原则
• 2.3.2 处理工艺流程
• 2.3.3 工艺特点
• 3. 高铁酸钾水处理剂的研制及其预处理矿井水的实验
• 3.1 高铁酸钾处理矿井水的作用机理
• 3.1.1 混凝的作用机理及常用混凝剂
• 3.1.2 高铁酸钾水处理剂的性质及其在水处理中的应用
• 3.2 高铁酸钾水处理剂的制备
• 3.2.1 高铁酸钾的制备
• 3.3 高铁酸钾水处理剂预处理矿井水的实验
• 3.3.1 实验条件及方法
• 3.3.2 高铁酸钾预处理矿井水的基本水质指标分析
• 3.3.3 实验结果小结
• 2光催化技术处理矿井水的初步研究'>4. 纳米 TiO₂光催化技术处理矿井水的初步研究
• 4.1 纳米光催化技术的机理及其在水处理中的应用
• 4.1.1 光催化技术的机理
• 4.1.2 在水处理中的应用
• 2光催化剂的制备与改性'>4.2 纳米TiO₂光催化剂的制备与改性
• 2光催化剂的制备'>4.2.1 纳米TiO₂光催化剂的制备
• 4.2.2 纳米光催化剂的改性
• 3TiO₂复合粉末的表征'>4.2.3 纳米WO₃TiO₂复合粉末的表征
• 4.3 处理矿井水的实验研究
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 实验结果
• 5. 新工艺中试主要装置设计与实验结果
• 5.1 澄清池设计与计算
• 5.1.1 澄清池的基本原理
• 5.1.2 澄清池池型的选择
• 5.1.3 改进型悬浮澄清池的主要工艺设计参数
• 5.2 过滤池设计与计算
• 5.2.1 过滤的机理
• 5.2.2 过滤池池型及滤料的选择
• 5.2.3 过滤池的工艺设计参数
• 5.3 光催化反应器的设计
• 5.3.1 光催化剂的负载
• 5.3.2 光催化反应器的设计
• 2FeO₄-TiO₂”法新工艺装置处理矿井水的中试结果'>5.4 “K₂FeO₄-TiO₂”法新工艺装置处理矿井水的中试结果
• 5.4.1 实验环境
• 5.4.2 主要工艺装置中试实验方法
• 5.4.3 实验结果
• 2FeO₄-TiO₂”新工艺效益分析'>6. “K₂FeO₄-TiO₂”新工艺效益分析
• 6.1 环境效益分析
• 6.2 经济效益分析
• 6.3 社会效益分析
• 7. 总结与建议
• 7.1 总结
• 7.2 建议
• 参考文献
• 附录A 潘三矿矿井水净化厂水处理设施实物图
• 附录B 图B.1悬浮澄清池和滤池的结构图以及管道连接图
• 附录C 悬浮澄清池和滤池实物图
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果