牛風(fēng)明 楊云龍 太原理工大學(xué)環(huán)境工程與科學(xué)學(xué)院 030024

礦井水中硫酸根去除效果研究

牛風(fēng)明 楊云龍 太原理工大學(xué)環(huán)境工程與科學(xué)學(xué)院 030024

針對(duì)山西省煤礦礦井水的水質(zhì)特性，研究通過(guò)混凝吸附作用對(duì)礦井水中硫酸根的去除效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在PH=7～9時(shí)，采用CaO+硅藻土+少量PAM的藥劑投加方式，對(duì)礦井水中硫酸根的混凝吸附去除效果較好。

混凝試驗(yàn)；硫酸根；硅藻土；PAM；CaO

我國(guó)是一煉炭生產(chǎn)大國(guó)，煤炭工業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。但在煤炭的開發(fā)和利用過(guò)程中， 也帶來(lái)了一系列的環(huán)境問題。其中礦井水就是煤炭工業(yè)具有行業(yè)代表性的污染源，量大面廣。根據(jù)調(diào)查，全國(guó)煤礦約有70%面臨缺水，40%嚴(yán)重缺水，尤其是我國(guó)北方地區(qū)，煤炭總儲(chǔ)量約占全國(guó) 總量的80%以上,但水資源只占20%左右。礦井水利用率低 ，造成了目前煤礦礦區(qū)缺水嚴(yán)重 。同時(shí),大量的礦井水外排還對(duì)周邊環(huán)境造成污染。在這種情況下，礦井水外排造成的水資源浪費(fèi)就顯得尤為嚴(yán)重，其帶來(lái)的環(huán)境污染更不容忽視。尤其是高礦化度礦井水會(huì)嚴(yán)重污染地面環(huán)境，淤塞河流湖泊，破壞地表景觀，抑制水生生物的生長(zhǎng)和繁衍， 使土壤板結(jié)或鹽漬化，影響工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，大力開發(fā)與推廣礦井水的處理和回用，實(shí)現(xiàn)礦井水資源化具有重大的環(huán)境意義以及社會(huì)效益。

1. 試驗(yàn)原理

硫酸根在水中屬于溶解性物質(zhì)，對(duì)于這類物質(zhì)，如果可以先用某種方法將其變?yōu)椴蝗苄晕镔|(zhì)，然后再用絮凝法就可將其去除。在某些情況下，絮凝作用所形成的絮體會(huì)將一些溶解性物質(zhì)吸附于其上而發(fā)生共沉淀，這可以看作是一種協(xié)同作用。因此，在礦井水中先加入生石灰（CaO），于水反應(yīng)生成Ca(OH)2，Ca(OH)2于水中的硫酸根離子(SO42-)反應(yīng)的生成硫酸鈣（CaSO4）微溶沉淀，即可以形成帶負(fù)電的硫酸鈣微溶的懸浮物。

硅藻土主要是由古代硅落及其他微生物的硅質(zhì)遺骸組成,其80%～90%,甚至90%以上的化學(xué)成分是SiO2,還有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。硅藻土性能穩(wěn)定,孔容大、孔徑大、比面積大、吸附性強(qiáng)、能吸收自身質(zhì)量3～4倍的雜質(zhì)。由于硅藻土具有獨(dú)特的硅藻殼體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)吸附性、大比表面積、高孔隙度等優(yōu)良性質(zhì)，使得硅藻土在工業(yè)廢水處理中得到廣泛的應(yīng)用。

2. 試驗(yàn)儀器

六聯(lián)攪拌器一臺(tái) 電子天平一臺(tái) 容量瓶（1L）三個(gè) 燒杯（300ml）八個(gè)錐形瓶（200ml）九個(gè) 50ml比色管九支漏斗（d=10cm）八個(gè) 定量濾紙（12.5cm）一包 分光光度儀一臺(tái) 燒杯（3L）1個(gè)、（1L）2個(gè)。

3. 實(shí)驗(yàn)原水及藥劑的配制

本試驗(yàn)按照礦井水中污染物含量配制原水。具體配制如下：經(jīng)實(shí)測(cè)，試驗(yàn)所用自來(lái)水中的總硬度為260mg/L（以CaCO3計(jì)），其中Ca2+濃度為140mg/L，Mg2+濃度為73mg/L，自來(lái)水中的硫酸根濃度為33mg/L。因此，經(jīng)計(jì)算在1L自來(lái)水中加入721.5mg/L的CaCl2，898.5mg/L的MgCl2·6H2O，以及542.9mg/L的NaSO4，配制出來(lái)的原水濃度為[Ca2+]=400mg/L，

其它試劑的配制：

1）硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取1. 4786 g優(yōu)級(jí)純無(wú)水硫酸鈉(Na2SO4)溶于少量水，置1000 mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線。此溶液1.00ml含1.00mg硫酸根(SO)。

2）鉻酸鋇懸濁液：稱取19.44g鉻酸鉀（K2CrO4）與24.44g氯化鋇(BaCl2·2H2O),分別溶于1 L蒸餾水中,加熱至沸騰,將兩種液體倒入3 L燒杯內(nèi),生成黃色鉻酸鋇沉淀,待沉淀下沉后,倒出上清液,然后每次用1 L蒸餾水洗滌沉淀,共洗滌5次,最后加蒸餾水至1 L,制成懸濁液,使用前混勻。每5ml鉻酸鋇懸濁液可以沉淀約48mg的硫酸根(SO)。3)（1+1）氨水4)2.5mol/L鹽酸溶液

4. 試驗(yàn)方法及步驟

4.1 第一組試驗(yàn)

本組試驗(yàn)為初步確定PAM投加量不變，CaO最佳投加量。

4.1.1 第一組試驗(yàn)的方法及步驟

（1）取四個(gè)300ml的燒杯，依次編號(hào)為1#，2#，3#，4#。將配制好的原水倒入燒杯，每只燒杯200ml。

（2）四個(gè)燒杯中水樣調(diào)節(jié)PH值在7～8之間，然后每瓶中加入的藥劑以及次序均為：CaO，PAM，并用六聯(lián)攪拌器攪拌，先高速攪拌(260r/min)2min，然后慢速攪拌（80 r/min）8min，靜置30min。

（3）待四個(gè)燒杯的礬花完全沉淀后，依次將燒杯中的溶液用漏斗，濾紙過(guò)濾到錐形瓶中，并編號(hào)。

（4）用鉻酸鋇光度法測(cè)量各錐形瓶中硫酸根離子的濃度并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算。

4.1.2 第一組試驗(yàn)的結(jié)果及分析

四個(gè)燒杯中每瓶加入的PAM的量相同，均為PAM=0.05g/L，CaO的量各不相同。具體結(jié)果見表1。

由表1可見，在CaO=1g/L，PAM=0.05g/L時(shí)，硫酸根的去除效果最好。

4.2 第二組試驗(yàn)

本組試驗(yàn)為初步確定PAM投加量不變，硅藻土最佳投加量。

4.2.1 第二組試驗(yàn)的方法及步驟

（1）取四個(gè)300ml的燒杯，依次編號(hào)為1#，2#，3#，4#。將配制好的原水倒入燒杯，每只燒杯200ml。

（2）四個(gè)燒杯中水樣調(diào)節(jié)PH值在7～8之間，然后每瓶中加入的藥劑以及次序均為：硅藻土，PAM，并用六聯(lián)攪拌器攪拌，先高速攪拌(260r/min)2min，然后慢速攪拌（80 r/min）8min，靜置30min。

（3）待四個(gè)燒杯的礬花完全沉淀后，依次將燒杯中的溶液用漏斗，濾紙過(guò)濾到錐形瓶中，并編號(hào)。

（4）用鉻酸鋇光度法測(cè)量各錐形瓶中硫酸根離子的濃度并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算。

4.2.2 第二組試驗(yàn)的結(jié)果及分析

本組試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

四個(gè)燒杯中每瓶加入的PAM的量相同，均為PAM=0.05g/L，硅藻土的量各不相同。具體結(jié)果見表2。

試驗(yàn)表明，由表2可見，在硅藻土=1.5g/L，PAM=0.05g/L時(shí)，硫酸根的去除效果最好。

4.3 第三組試驗(yàn)

本組試驗(yàn)為在初步選定最佳投加量后，固定CaO和PAM的投加量不變，僅改變硅藻土的投加量，研究對(duì)硫酸根去除的效果；固定硅藻土和PAM的投加量不變，僅改變CaO的投加量，研究對(duì)硫酸根去除的效果。通過(guò)考慮除去效果和經(jīng)濟(jì)角度，從中選出較優(yōu)投加量。

4.3.1 第三組試驗(yàn)的方法及步驟

（1）取八個(gè)300ml的燒杯，依次編號(hào)為1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#, 8#。將配制的原水水樣倒入燒杯中，每只燒杯200ml。

（2）八個(gè)燒杯中水樣調(diào)節(jié)PH值在7～8時(shí)，然后1#，2#，3#，4#每瓶中加入的藥劑為：CaO=1g/L，PAM=0.05g/L投加量不變，僅改變硅藻土投加量 。5#，6#，7#, 8#每瓶中加入的藥劑為：硅藻土=1.5g/L，PAM=0.05g/L，僅改變CaO的投加量，并用六聯(lián)攪拌器攪拌。先高速攪拌(260r/min)2min，然后慢速攪拌（80 r/min）8min，靜置30min。

（3）待八個(gè)燒杯的礬花完全沉淀后，依次將燒杯中的溶液用漏斗，濾紙過(guò)濾到錐形瓶中，并編號(hào)。

（4）用鉻酸鋇光度法測(cè)量各錐形瓶中硫酸根離子的濃度并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)，然后計(jì)算。

4.3.2 第三組試驗(yàn)的結(jié)果及分析，見表3。

由表3可見，本組試驗(yàn)中，在藥劑的投加量為CaO=1g/L,硅藻土=2g/L，PAM=0.05g/L時(shí)，硫酸根的去除效果最好。

5.結(jié)論及建議

1）.試驗(yàn)研究了對(duì)礦井水中硫酸根離子的去除效果，通過(guò)試驗(yàn)證明了三種藥劑按一定的投加量投加到礦井水中協(xié)同作用對(duì)硫酸根離子有較好的去除效果，并且通過(guò)試驗(yàn)基本確定其最佳投加量為，其去除效果完全達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-85）（SO4-濃度≤250mg/l）。

2）.在試驗(yàn)中PAM是作為助凝劑投加的，投加PAM使得礬花形成的體積大，數(shù)量多，沉降快。

3）.試驗(yàn)中僅研究了對(duì)硫酸根的去除效果，未涉及到礦井水中其它的污染物。礦井水中諸如硬度，濁度，懸浮物等超標(biāo)物質(zhì)可在后續(xù)處理中降低，從而達(dá)到礦井水回用的目的。

表1

表2

表3

[1] 胡文榮. 煤礦礦井水及廢水處理利用技術(shù). 北京：煤炭工業(yè)出版社.1998.2.

[2] 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所. 水質(zhì)分析法. 1972.8.

[3] 薛軍. 煤礦礦井水處理方法的研究.環(huán)境保護(hù)科學(xué). 2005,31(127)：30-31.

[4] 吳東升. 高鹽高鐵酸性礦井水處理研究.煤炭科學(xué)技術(shù).2008，36（8）：110～112

[5] 王彥、趙勇. 煤礦礦井水主要處理技術(shù). 能源環(huán)境保護(hù).2005，19（6）：15～17

[6] 郭常穎，李多松，江潔. 煤礦高礦化度礦井水處理方法探討.煤炭工程.2006（1）：12

[7]羅智文,陳琳,莫小平.硅藻土的吸附機(jī)理和研究現(xiàn)狀[J].內(nèi)江科技.2008(9):110-111.

[8]王澤民.硅藻土助凝劑在水過(guò)濾中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理.2000,20(8):4～8.