用于矿井水除氟的方法及系统技术方案

一种用于矿井水除氟的方法，利用除氟剂对矿井水除氟，除氟剂包括主除氟剂，主除氟剂为粉煤灰。还提供一种利用前述方法进行矿井水除氟的系统，包括第一地下水库、矿井水注入管路、粉煤灰添加装置和矿井水外排管路；粉煤灰添加装置包括搅拌池和注浆泵；搅拌池对加入的除氟剂和水搅拌得混合料；注浆泵进料端连接至搅拌池出料口，出料端连接至矿井水注入管路，用于将混合料泵送至矿井水注入管路；矿井水注入管路连接至第一地下水库的注水口，用于向第一地下水库内注入矿井水和混合料；矿井水外排管路连接至第一地下水库的取水口，用于将除氟矿井水排出。该方法及系统，矿井水的处理量大，除氟成本低，能够有效除氟使其含氟量降低至1mg/L以下。

【技术实现步骤摘要】
用于矿井水除氟的方法及系统
本专利技术属于矿井水处理领域，具体涉及用于矿井水除氟的方法及系统。
技术介绍
我国许多地区的地下水中氟含量较高，煤矿开采过程中会产生矿井水，部分矿井的矿井水中氟含量超过1mg/L，也较高。而随着环保要求越来越严，一些地方政府对外排矿井水的水质要求也更加严格，要求外排的矿井水要满足《地表水环境质量标准》中规定的Ⅲ类限值要求。该Ⅲ类限值中规定氟化物(氟离子)含量不超过1mg/L。现有矿井水处理工艺主要为沉淀过滤，没有除氟效果，导致处理过的矿井水中氟含量较高，达不到标准规定的Ⅲ类限值要求，需另外加除氟工艺。现有的除氟工艺都为较高氟含量(超过100mg/L)、较小处理量(日处理量小于100m3)条件下的氟去除工艺，吨水处理成本高。而矿井水具有水量大(每日超过1万吨)、氟含量相对较低(一般不超过3mg/L)的特点，将现有的除氟工艺用于矿井水除氟时，成本太高。因此，现有的除氟工艺不适用于矿井水除氟。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。大量的粉煤灰堆积，已经给煤矿区及其环境造成了严重负担，但是目前粉煤灰并没有合理的处理的方法，更无法实现对其回收利用。虽然粉煤灰可资源化利用，但是一般是作为混凝土的掺合料使用，其资源化利用量较少，资源化利用率低。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种用于矿井水除氟的方法，该方法简单易操作，处理量大，能够对矿井水进行有效除氟。本专利技术的第二个目的在于提供一种用于矿井水除氟的系统，该系统结构简单、操作方便，处理量大，能够对矿井水进行有效除氟。为实现本专利技术的第一个目的，采用以下的技术方案：一种用于矿井水除氟的方法，所述方法是利用除氟剂对矿井水进行除氟，其中，所述除氟剂包括主除氟剂，所述主除氟剂为粉煤灰。本领域技术人员理解，矿井水是来自矿井污水主管路的水，矿井下的氟超标污水全部汇流到矿井污水主管路。粉煤灰是一种大堆积量的工业废物，本专利技术通过将其作为主除氟剂用于矿井水除氟中，开发了一种新的粉煤灰的资源化利用方法，不仅能够实现对矿井水的有效除氟，同时还能将粉煤灰废物利用，减少粉煤灰的无用堆积，实现双赢。本专利技术中，在将粉煤灰作为主除氟剂用于矿井水除氟中时，是利用粉煤灰中的氧化铝在矿井水中水解得到能够与氟离子络合的物质而除去矿井水中的氟离子；比如，在酸性矿井水中，粉煤灰中的氧化铝水解成氯化铝，其中的铝离子与氟离子络合，水解的中间产物以及最后生成的无定型Al(OH)3絮体对氟离子的离子交换、吸附、卷扫等，最终使矿井水中的氟离子减少。而直接用氧化铝或者净水剂对矿井水除氟时，成本太高，且无法实现对粉煤灰的资源化利用。现有的氧化铝除氟工艺，都是将氧化铝提纯后，再改性，再造粒，然后再用作除氟料，加工成本很高。而若是从粉煤灰中提取氧化铝再将其用于矿井水除氟时，成本太高，收益不大，因此这种做法不经济，且无法工业化。而本申请直接用粉煤灰对矿井水除氟，利用了矿井水量大，粉煤灰无需回收，且粉煤灰能够在矿井水中足够长时间内进行水解，从而形成能够除氟的离子的优势，最终实现对矿井水除氟的同时，还资源化利用了粉煤灰，经济适用，适于煤矿区的地理和环境特点。优选地，所述方法是在地下水库中利用除氟剂对矿井水进行除氟。本领域技术人员理解，地下水库的容量至少可设置为20万m3，容量大，而粉煤灰的灰量大，质量也大，地下水库能够实现矿井水除氟时长时间沉淀，并能够长时间承担粉煤灰的重量，对矿井水的处理量也大，这样正好弥补了用粉煤灰作为主除氟剂对矿井水进行除氟时用时较长的不足，使得其对矿井水的日均处理量也较大，且由于粉煤灰是煤矿的废弃物，除氟成本低，不仅提高了粉煤灰的资源化利用价值，还对矿井水进行了除氟，所得除氟矿井水能够在煤矿上使用满足自需，从而减少甚至无需从煤矿外引入水，节省了用水支出，且能够减轻粉煤灰堆积的负担，解决大量矿井水的处理问题。因此，本专利技术方法具有较大的工业化应用前景和商业利用价值。优选地，所述方法包括如下步骤：(1)将除氟剂和水进行搅拌以混合，得到混合料；(2)将所述混合料加入矿井水中以对其进行除氟，得到除氟矿井水。本专利技术方法中，先将粉煤灰与水混合制备成粉煤灰浆料，方便将其加入至矿井水中，也方便后续对粉煤灰进行改性。优选地，所述除氟剂还包括除氟助剂，所述除氟助剂为酸溶液，优选所述酸溶液中H+的摩尔浓度为0.5-12mol/L，比如1wt％、1.2wt％、2wt％、2.4wt％、3wt％、3.6wt％、4wt％、4.8wt％、5wt％、6wt％、7wt％、7.2wt％、8wt％、8.4wt％、9wt％、9.6wt％、10wt％和10.8wt％。由于粉煤灰中的氧化铝是直径在微米级的微晶颗粒，结构较稳定，其水解需要较长时间，直接用粉煤灰对矿井水除氟时，粉煤灰需要在矿井水中水解较长时间才能有除氟效果。而酸溶液的加入有助于对粉煤灰中的氧化铝进行改性，使其微晶结构消失或者形成多孔微晶体结构，破坏氧化铝的结构稳定性，从而大大缩短其在矿井水中的水解时间，提高其除氟效率。本领域技术人员理解，所述酸溶液为本领域常用的酸溶液，比如盐酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液或者硝酸溶液等。优选地，所述酸溶液的用量为使所述混合料的pH为4-5，比如4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8和4.9，便于对粉煤灰中的氧化铝微晶进行有效改性，以提高粉煤灰对矿井水的除氟效果。优选地，步骤(1)中所用的粉煤灰在与水混合之前，先进行粉煤灰预处理步骤；所述粉煤灰预处理步骤包括：将粉煤灰与水混合溶解，并分离得到沉淀作为预处理后的粉煤灰，以与水混合得到混合料。本领域技术人员理解，粉煤灰预处理步骤其实是通过水溶去除粉煤灰中的钠、钾、钙等碱性离子及可溶物，然后分离出以氧化铝为主的悬浮物。所述沉淀其实是分离出的以氧化铝为主的悬浮物，粉煤灰预处理步骤相当于将粉煤灰中的氧化铝浓缩到沉淀中了，从而在步骤(1)中只需加入较少的量沉淀即可达到除氟效果，方便其添加，且由于除去了大量无关离子，从而也有助于提高其对矿井水的除氟效果。优选地，所述粉煤灰中氧化铝的含量至少为30wt％。优选地，以所述矿井水的质量为基础计，所述粉煤灰的用量为0.3-0.8wt％，比如0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％和0.7wt％，以对矿井水进行充分除氟。本领域技术人员理解，所述矿井水的质量是指待处理的矿井水的质量。在一种实施方式中，所述粉煤灰预处理步骤中，与所述粉煤灰混合的水来自步骤(2)所得除氟矿井水，从而无需另外引入水，能够实现除氟矿井水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于矿井水除氟的方法，其特征在于，所述方法是利用除氟剂对矿井水进行除氟，其中，所述除氟剂包括主除氟剂，所述主除氟剂为粉煤灰。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于矿井水除氟的方法，其特征在于，所述方法是利用除氟剂对矿井水进行除氟，其中，所述除氟剂包括主除氟剂，所述主除氟剂为粉煤灰。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将除氟剂和水进行搅拌以混合，得到混合料；
(2)将所述混合料加入矿井水中以对其进行除氟，得到除氟矿井水。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述除氟剂还包括除氟助剂，所述除氟助剂为酸溶液；优选所述酸溶液中H+的摩尔浓度为0.5-12mol/L；
优选地，所述酸溶液的用量为使所述混合料的pH为4-5。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所用的粉煤灰在与水混合之前，先进行粉煤灰预处理步骤；所述粉煤灰预处理步骤包括：将粉煤灰与水混合溶解，并分离得到沉淀作为预处理后的粉煤灰，以与水混合得到混合料。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述粉煤灰中氧化铝的含量至少为30wt％；
优选地，以所述矿井水的质量为基础计，所述粉煤灰的用量为0.3-0.8wt％。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，除氟过程所用时间为10-25d。


7.一种利用权利要求1-6中任一项所述方法进行矿井水除氟的系统，其特征在于，所述系统包括第一地下水库(1)、矿井水注入管路(2)、粉煤灰添加装置和矿井水外排管路(4)；
所述粉煤灰添加装置包括搅拌池(31)和注浆泵(32)；所述搅拌池(31)用于对加入的除氟剂和水进行搅拌以混合，得到混合料；所述注浆泵(32)的进料端连接至所述搅拌池(31)的出料口，所述注浆泵(32)的出料端连接至所述矿井水注入管路(2)，用于将来自所述搅拌池...

【专利技术属性】
技术研发人员：周成军，黑焕焕，刘伟娜，
申请(专利权)人：神华神东煤炭集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61