煤矿水处理过程中的重金属去除技术探讨

煤矿水处理过程中的重金属去除技术探讨

高浩

陕西华电榆横煤电有限责任公司   陕西  榆林  719000

摘要：本文着重探讨了煤矿水处理过程中存在的重金属，包括砷、铅、汞、镉，并介绍了几种常见的重金属去除技术，包括沉淀、过滤、离子交换、吸附和电化学方法。希望通过这些技术的有效应用，进一步提高煤矿水处理的整体效率，减轻煤炭开采作业中的环境污染，从而更好地保护公众健康。

关键词：煤矿水处理；重金属；去除技术

引言：在煤矿水处理过程中，用对重金属去除技术，去除煤矿水中的常见重金属，对比分析不同类型去除技术的应用价值，并改进煤矿水处理方案的不足之处，以更科学的处理方式，应对煤矿开采作业的复杂性，提升开采作业过程的安全性，实现煤矿开采的可持续实践，顺利建成富有弹性的污染治理系统，具有重要意义。

1、煤矿水处理过程中常见的重金属

1.1砷（As）

砷是一种天然存在的元素，存在于许多矿物中，包括与煤矿有关的矿物。在煤矿开采作业中，砷可以通过各种过程释放到水中，例如从煤层中浸出、从废石堆中排出或从煤炭储存区流出。由于其毒性以及对人类和水生生物的潜在健康影响，水中的砷污染是一个重大问题。接触砷污染的水会导致急性和慢性健康问题，包括皮肤损伤、心血管疾病和各种癌症。

1.2铅（Pb）

铅是煤矿水中另一种常见的重金属，主要来源于与煤矿床相关的含铅矿物的风化。煤炭开采、爆破和运输等采矿活动可能会将铅颗粒释放到周围环境中，导致水污染[1]。铅暴露会导致严重的健康问题，尤其是儿童，包括发育迟缓、神经系统疾病和肾脏损伤。在水生环境中，铅污染则会损害鱼类的繁殖、生长和行为，导致生态失衡。

1.3汞（Hg）

汞是一种剧毒重金属，由于存在于煤矿中，因此常见于煤矿水中。汞可以通过各种过程释放到水中，例如煤炭燃烧、洗煤和煤炭废物处理。一旦释放，汞就会转化为甲基汞，这是一种毒性更大、生物利用度更高的形式，可以在水生食物链中生物富集。接触汞污染的水可能会导致人类和野生动物的神经损伤、发育缺陷和生殖问题。水生生态系统中的汞污染还会导致鱼类数量减少，并通过食用受污染的鱼类对人类健康构成风险。

1.4镉（Cd）

镉是一种重金属，通常与锌、铅和铜矿石一起自然存在，而锌、铅和铜矿石常见于煤矿床中。煤炭开采和加工等采矿活动可能会通过径流以及废石和尾矿的浸出将镉释放到水中。镉接触会对人类健康产生不利影响，包括肾脏损害、呼吸系统问题和骨骼疾病。在水生环境中，镉污染会在沉积物和生物群中积累，对水生生物和生态系统造成风险。

2、煤矿水处理过程中的重金属去除技术

2.1沉淀

沉淀是一种广泛使用的煤矿水重金属去除技术。该过程涉及向水中添加化学物质，这些化学物质与溶解的重金属离子发生反应，形成不溶性沉淀物。然后可以通过沉淀或过滤将这些沉淀物与水分离，从而去除水流中的重金属。常用的沉淀剂包括：（1）石灰（氢氧化钙）：石灰通常用于通过提高水的pH值并形成不溶性氢氧化物沉淀来沉淀砷、铅和镉等重金属。（2）硫化物沉淀：硫化钠或硫化氢可用于将汞、镉等重金属沉淀为不溶性金属硫化物。（3）氢氧化物沉淀：可以使用氢氧化钠或氢氧化镁通过提高pH值并形成金属氢氧化物沉淀来沉淀重金属。（4）碳酸盐沉淀：碳酸钠或碳酸钙可通过形成不溶性碳酸盐沉淀来沉淀重金属。

2.2过滤

过滤是煤矿水处理的关键过程，特别是去除悬浮固体和重金属。该方法包括让水通过各种过滤介质，以捕获和去除污染物，包括重金属离子，从而产生更清洁、更安全的水[2]。常用的过滤技术包括：（1）砂滤：砂滤器广泛用于去除煤矿水中的悬浮固体和大颗粒。粗砂介质有效地捕获和保留固体污染物，提高水的透明度和质量。（2）活性炭过滤：活性炭过滤器可通过吸附有效去除溶解的有机化合物、残留污染物和重金属。活性炭具有高表面积和孔隙结构，使其能够捕获并保留水中的重金属离子。（3）多介质过滤：多介质过滤器利用多层不同的过滤介质，如沙子、无烟煤和石榴石，以提高过滤效率和颗粒去除率。这些过滤器可以有效去除煤矿水中的悬浮固体、胶体和重金属。（4）膜过滤：膜过滤技术，包括微滤、超滤和反渗透，为去除悬浮固体、细菌和溶解污染物（包括重金属）提供了先进的解决方案。膜过滤器的工作原理是根据污染物的大小和分子量筛选污染物，产生高质量的处理水。

2.3离子交换

离子交换也是一种被广泛应用的煤矿水处理技术，有利于重金属和其他溶解污染物的去除。该过程涉及固体树脂材料和水之间的离子交换，从而从水流中去除目标离子，例如重金属离子。离子交换的常见应用包括：（1）阳离子交换：阳离子交换树脂用于通过与树脂中存在的其他阳离子（例如钠离子或氢离子）交换来去除水流中带正电的重金属离子（例如铅和镉）。（2）阴离子交换：阴离子交换树脂用于通过与树脂中存在的其他阴离子（例如氯离子或氢氧根离子）交换来去除水流中带负电的重金属离子（例如砷和汞）。（3）选择性离子交换：选择性离子交换树脂可以根据特定重金属离子的化学性质和对树脂的亲和力进行定制，从而高效去除目标污染物，同时最大限度地减少水中其他离子的干扰。

2.4吸附

吸附是一种价值较高的煤矿水重金属处理技术，为减轻环境污染和保护公众健康提供了高效且通用的解决方案。该过程涉及将溶解的离子或分子粘附到固体吸附材料的表面上，从而有效地将它们从水流中去除。吸附的常见应用包括：（1）活性炭吸附：活性炭因其高比表面积、多孔结构和吸附性能而被广泛用作煤矿水处理中的吸附材料。活性炭可以有效吸附多种污染物，包括重金属、有机化合物和异味物质，提供多功能、高效的处理解决方案。（2）沸石吸附：沸石是具有多孔结构和离子交换特性的结晶硅铝酸盐矿物，使其成为煤矿水处理中去除重金属的有效吸附剂。沸石可以通过离子交换过程选择性吸附重金属离子，提供经济高效且环保的处理解决方案。（3）铁基吸附剂：铁基吸附剂（例如铁氧化物和氢氧化物）已显示出通过吸附和沉淀过程去除煤矿水中重金属的前景。这些材料可以有效地将重金属离子吸附到其表面或促进其作为不溶性化合物沉淀，从而提供可持续的处理解决方案。

2.5电化学方法

电化学方法作为一种具有前景的重金属去除技术而受到广泛关注。该过程涉及利用电化学反应氧化或还原重金属离子，将其转化为毒性较小或不溶的形式，轻松从水中去除。电化学方法的常见应用包括：（1）电凝：电凝系统采用通常由铁或铝制成的电极来诱导煤矿水中的重金属离子凝结和沉淀。该过程可以有效去除胶体和溶解的污染物，从而产生适合进一步处理或排放的澄清水。（2）电沉积：电沉积技术利用重金属离子在金属电极上的阴极沉积，然后通过沉淀或过滤过程将其从水流中去除。该方法可以选择性去除特定的重金属污染物，为煤矿水提供可定制的处理解决方案[3]。（3）电化学氧化和还原：可以采用电化学氧化和还原过程将重金属离子转化为毒性较小或不溶性的形式，从而促进其从煤矿水中的去除。这些工艺具有很高的去除效率，并且可以与其他处理技术（例如沉淀或过滤）相结合，以提高水质。

结束语

总而言之，在煤矿水处理中实施适当的重金属去除技术，不仅有利于煤矿开采的可持续实践，而且能为环境保护提供助力，有效控制重金属污染，满足人们不断变化的能源需求。

参考文献：

[1]张甜甜.晋中市煤矿区废弃地植物多样性与重金属积累特征分析[J].分子植物育种，2023，21(15)：5213-5220.

[2]汪明星，廖传华，曾祥荣等.铁尾矿中重金属去除技术研究进展[J].矿冶，2024，33(01)：86-95.

[3]李洋.煤矿区重金属污染的危害及其治理技术分析[J].山西化工，2023，43(02)：245-246.