煤矿产业废水的综合论述——特点及处理措施外文翻译资料

 2022-08-03 20:17:42

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中文题目： 煤矿产业废水的综合论述——特点及处理措施

外文题目： Comprehensive review on wastewater discharged from the coal-related industries – characteristics and treatment strategies

德布利娜·迈蒂、伊克巴尔·安萨里、莫赫德·阿什拉夫·宁、阿鲁库拉·迪帕

摘要：

各种与煤矿有关的活动排放的废水使淡水水质恶化，并会造成地下水污染。它们的特性主要取决于母煤的性质，污染物是氰化物、硫氰酸盐、氨、酚、重金属和悬浮物。本文回顾了处理技术以及所有此类废水的特点，设计并对未来做出展望。如果成功实施，煤的脱矿可以减轻和控制废水中污染物的释放。非褐煤矿井水可通过简单的技术进行净化处理，回收利用。酸性矿井水和渗滤液可以使用具有微生物活性的被动生物反应器、不同的有机基质和石灰石排水。此外，生物电化学系统、膜、大胶囊、沸石过滤器、矿石、物理屏障和水生植物也可以在不同的阶段使用。在常规混凝剂的基础上，利用植物提取物提取的天然混凝剂处理洗煤厂废水。反应器中固定硝化反硝化菌，配合活性炭和零价铁处理焦炉废水。其他一些复杂的技术有真空蒸馏、超超临界氧化、纳滤和反渗透，明智地综合使用这些方法可以减少淡水消耗。

关键词：矿山酸性排水；洗煤厂；焦化厂；渗滤液；微生物；矿井水

缩写：

AAO 厌氧缺氧好氧生物膜系统 SRB 硫酸盐还原菌

ALD 缺氧的石灰岩排水 TCN 总氰化物

AMD 酸性矿山废水 TN 总氮

BDD 掺硼金刚石阳极体系 TOC 总有机碳

COD 化学需氧量 TPP 火力发电厂

FA 粉煤灰

MBR 膜生物反应器

MW 煤矿水

NF 纳滤

RO 反渗透

介绍：

煤炭使用量的迅速增加导致了与煤炭相关的有毒污染物通过来自煤矿、洗煤厂、焦炭厂和火力发电厂(TPPs)的废水(WWs)释放。这些WWs的质量取决于煤的性质和煤的加工过程，它的排放严重影响了附近水体的质量、水生生物和食物链以及地下水(Pal amp;库马尔 2014）.

以上煤炭相关行业主要释放四种ww。一是矿井水(MW)，非褐煤开采过程中产生大量的矿井水。它主要受硬度、悬浮物和细菌污染物的影响(Soni amp; Wolkersdorfer 2016)。相比之下，另一种来自褐煤矿山的酸性矿井水(AMD)具有较高的金属污染。含水层中黄铁矿的氧化是AMD产生的实际原因，它也溶解了很多有毒金属，如锌。铜，铁，锰，cad。在AMD从岩石中经过的过程中(Equeenuddin et al 2010)， AMD渗入到水系统中导致其金属浓度比世界水体平均金属浓度高出2-1.200倍。金属是不可生物降解的，其中一些金属如铅、镉、汞等对生物有极高的毒性。金属在从较低的营养级别传递到较高的营养级别时发生生物积累，严重破坏生物的代谢功能。只有在煤岩中有足够的碳酸盐岩时，AMD中的酸性和随后的金属浓度才有可能自然降低(Miranda等人201o)。第二种是洗煤厂在洗煤过程中产生的煤粉。采空煤通过输送带输送到洗煤厂，其中的杂质通过特定的重力过程去除，以增加其热值(Ghose 200)。该过程产生大量的煤浆，含有大量的固体、化学需氧量(COD)和金属。这种废水通常被处理在地表水中，通过具有覆盖效应影响水生生物。也可选择性地注入废弃的地下矿井(Yan et al, 2012)，该过程也会导致煤粉损失。通常，单个洗选工厂的每天达6-10吨(Tiwarv amp; Dhar 1994年:Ghose zoon)第三种WW和第四种WW分别来自钢厂和TPPs，它们负责炼钢和用洗煤发电。前者以煤为原料，经炭化制得冶金焦，用于高炉，最终产生含氮量高的焦炉。酚类和其他有机污染物。污染物具有从处置地点长距离迁移的特性，对活生物体具有遗传毒性和致癌性(卫生组织，1997年;Pal等20;沙玛和菲利普2016)。这些污染物在表面的存在水极大地增加了对氧气的需求，并迅速地破坏了水生生物。由于苯酚的快速降解，观察到水体的富营养化(Yu et al. 2016)。TPPs通过煤燃烧产生粉煤灰(FA)。FA中含有大量附着在铝硅酸盐基体上的重金属，其含量通常是母煤的4-10倍，并且容易在水溶液中被浸出(Maiti amp; Prasad 2016)。这些金属可以通过湿的和干的FA处理地点找到它们的方式。在池塘中进行湿法浆状处置，浮渣沉降后留下的草屑在季风期间经常溢出到地表水或通过无衬砌灰池渗入地下水;此外，火山灰本身可以通过破裂的土墙溢出(Yao et al. 2015)。FA的干处置产生了巨大的不稳定的垃圾场，这是季风期间泥浆侵蚀的主要原因。垃圾场还会导致吹出FA的细颗粒，这些细颗粒也会沉积在水体上，造成浑浊和金属污染（斯特凡尼亚克等人2015年）。针对上述问题，制定了各种法律，指导相关行业在排放前对其进行质量达标处理(EPR 1986;1997年;国际清算银行2012)。在这方面，一项广泛的文献调查已经完成，根据WWs的个体特征、最近的发展和生态友好性，提倡可能的治疗策略，同时也讨论了WWs的益处和挑战。

矿井水处理：

露天开采水流进入矿坑，随之而来的是附近含水层的水流失，因此，居住在矿区附近的社区遭受着缺水的困扰。每年只有13%的MW被重新用于喷洒和粉尘抑制，大部分水被处理掉(来自印度一份未发表的矿井报告)。水的多少取决于我的大小。例如，印度不同的煤矿子公司每天释放0.07-0.41 Mmsup3;MW，每天释放的总水量为1.24 M msup3; (Debnath 2013)。矿井水以溶解固体为特征。硬度、碱度、钙、镁、铁和锰(表1)，其浓度相对高于标准饮用水限量(BIS 2012)。然而，这些污染物可以通过简单而经济的技术轻易去除，从而达到饮用水的纯度水平(图1)。

表1 |矿井水、酸性矿井水、洗煤厂废水、焦化厂废水、粉煤灰渗滤液特征

图1：低成本处理矿井水

该技术包括去除漂浮的杂质，然后在水平流动槽中储存和沉淀较粗的材料。水箱的尺寸取决于水处理厂的能力。在gt;0.8 m污泥区形成后，沉淀的颗粒可以定期去除，然后曝气除臭，沉淀铁、锰。石灰碱的快速溶解可以使硬度降低。可以加入混凝剂，如与硫酸亚铁或石灰结合的明矾来去除浑浊。可通过氯化或臭氧处理确保最终消毒。一些高度复杂的技术，如纳滤(NF)、反渗透(RO)和离子交换在世界各地的一些矿山中得到应用，用于去除盐离子、总溶解固体、硬度、碱度、氨和金属(美国环保局，2014年)。然而，它们扩大了采矿业的预算，对发展中国家来说是不可行的。另一方面，AMD中的污染物(表1)是通过生物程序(表2)进行修复的，如生物反应器和湿地中使用硫酸盐还原菌(SRB)的被动修复。在代谢过程中，细菌利用底物的碳和氮源，在厌氧条件下产生硫化氢，从而将溶解的金属还原为硫化物。较晚的沉淀物最终在沉积过程中被吸收存款。工业上利用该工艺可以处理AMD并诱导其碱度。虽然该工艺所需要的能量最小，但在高流量和金属浓度下效果较差(Wieder 1989;Greben等人2009年)。这种技术可以通过安装来支持。缺氧石灰石排水(ALDs)可以将金属去除效率提高30%，同时添加碳酸氢盐碱度，其使用寿命为gt;20年(Hedin etal . 1994;Ziemkiewicz等，2003)。在接触48小时内，当酸性强的AMD被一层红色的氧化铁覆盖时，这些金刚石也会受到影响。这可以通过使用二氧化碳来减少(Hammarstrom et al. 2003)。ALD与SRB(或耐锌SRB)的耦合称为连续产碱系统，也可以作为垂直通道系统安装，以减少面积需求(Kepler amp; McCleary 1994)。该综合工艺在还原高硫酸盐和高锌方面取得了较好的效果AMD (Castillo et al. 2012)。具有pH-sen的大胶囊对于AMD的处理，敏感聚合物和磷酸盐缓冲液比石灰石更好(Aelion等，2009)为了有效处理AMD，在人工构建厌氧反应器中研究的基质是用蘑菇堆肥(Dvorak等，1992;Christensen等人1996年)，草类去除硫酸盐的降解产物(Greben等人2009年)，牛粪、蘑菇堆肥、木屑、砾石、石灰石和沉淀物的混合物（巴斯克斯等人 2016）， 贝壳 （乌斯特尔等人 2015） 和从几丁质材料中获得的混凝剂(Daubert amp; Brennan 2007)。在底物中加入甲醇等还原性物质可以恢复95%以上的底物活性(Tsukamoto amp; Miller)1999)。大型藻类可以在杂交系统中处理AMD，这反过来也会增加大型藻类的叶绿素含量(Oberholster et al. 2017)。AMD中的金属可以通过水生植物(凤仙花、小Lemna)去除，这些水生植物在根中积累的金属比普通植物多10倍，而没有任何毒性症状(Mishra等，2008)，沸石合成的煤FA (Cardoso等2015年），和生物电化学系统（波佐等人。2017年)无需任何额外的化学药剂，减少污泥形成。在这方面的早期现场应用包括安装垂直于地下水流动的人工渗透反应墙，这有助于在不到一年的时间内处理AMD，并保持至少15年的有效(Benner et al. 1997)。总的来说，AMD可以通过联合策略(图2)来处理，如含有SRB的湿地、大型藻类、水生植物、不同的有机基质和分区土壤保护区，并且可以这样用大胶囊、天然凝聚剂、膜或沸石进一步处理。

洗煤废水及处理

WW释放的大量煤炭洗选厂(大约每天300 - 500立方米的废水/植物)可以治疗重用在洗煤和减少淡水消耗,因为,根据估计,每100吨煤炭需要6 x 105 x 106加仑(2270 - 7570 ms)的洗涤用水(Ghose用2001)。废水中的各种参数(表1)值高于标准限值(EPR 1986;1997年;国际清算银行2012)。污染物主要是较粗的固体，可以通过沉淀法去除，也可以通过混凝剂去除溶解的固体(表4)，其中相反的带电离子使稳定的胶体不稳定，导致沉降絮絮 （审查 – 奥努克武利 2oia， 20rb） 。多聚电解质如明矾、二辛基磺琥珀酸钠、N-十六烷基-N,N,N-三甲基溴化铵和合成絮凝剂如Morarfloc-A或True-floc (Folkard amp; Sutherland 1996)。虽然合成絮凝剂比明矾更有效，因为它们在更短的时间内清除更多的固体，所需的剂量(1毫克L-)比后者(30-50毫克L-)小得多，它们与许多健康影响有关(Ghose 200r)。因此，应考虑使用天然产物或混凝剂，既能去除污染物，又能产生较少的污泥，保证饮用性，而且可生物降解，具有成本效益。文献报道了村民使用树皮树脂、灰烬和海藻提取物来处理水(Folkard amp; Sutherland 1996)。混凝剂可以从辣木(Moringa oleifera)、M. stenopetala、木荷(Hibiscus sabdariffa)和马蝇(Strychnos potatorum)的种子中制备(Kapse etal . 2017)，或者从种子中提取油脂时获得的副产品(Ghebremichel 2004)。由于存在氨基酸，如精氨酸，辣木种子制剂可以优于Al2SO4去除洗煤废水中95%的污染物(Menkiti et al. 20Il)。中试规模的研究也证明了从Mucuna sloanei和Afzelia bella种子中提取的混凝剂治疗Ww (Menkiti)的有效性等人20I0：培养 – 奥努克武利佐亚， 20mb） 。混凝剂从天然淀粉和几丁质中也得到了类似的结果(表3)，可以通过电解木薯淀粉(从碾碎的木薯块茎中获得)和次氯酸钙的溶液，然后进行混合用FeCls或混合提取甲壳素混凝剂与校友和费尔克斯 （干等人 2008， 200g;伤害 |奥努克武利 2oia， 20mb;纳吉等人 2014）。基于 FA 的Yan等人也研究了混凝剂(2or2)。大型真菌平菇对锰、锌、镍、铜、钴、铬、铁和铅的脱除作用50%稀释的ww (Vaseem et al. 2017)。因此，可以提出一个假设的洗煤处理厂，它应该有足够的沉淀时间，然后明智地使用混凝剂。该工艺还可以确保回收煤粉的可能性。

焦化厂废水及处理

每生产1000吨焦炭需要4000立方米的淡水，并在不同冷却器上冷却热焦炭时产生1000立方米的焦炉wW (Sharma amp; Philip 2

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