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        礦井水中硫酸根去除效果研究

        2010-10-27 01:02:16牛風明楊云龍太原理工大學環(huán)境工程與科學學院030024
        中國科技信息 2010年4期
        關鍵詞:硫酸根硅藻土錐形瓶

        牛風明 楊云龍 太原理工大學環(huán)境工程與科學學院 030024

        礦井水中硫酸根去除效果研究

        牛風明 楊云龍 太原理工大學環(huán)境工程與科學學院 030024

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

        混凝試驗;硫酸根;硅藻土;PAM;CaO

        我國是一煉炭生產(chǎn)大國,煤炭工業(yè)是我國的基礎產(chǎn)業(yè)。但在煤炭的開發(fā)和利用過程中, 也帶來了一系列的環(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,全國煤礦約有70%面臨缺水,40%嚴重缺水,尤其是我國北方地區(qū),煤炭總儲量約占全國 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)缺水嚴重 。同時,大量的礦井水外排還對周邊環(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就顯得尤為嚴重,其帶來的環(huán)境污染更不容忽視。尤其是高礦化度礦井水會嚴重污染地面環(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,實現(xiàn)礦井水資源化具有重大的環(huán)境意義以及社會效益。

        1. 試驗原理

        硫酸根在水中屬于溶解性物質(zhì),對于這類物質(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),于水反應生成Ca(OH)2,Ca(OH)2于水中的硫酸根離子(SO42-)反應的生成硫酸鈣(CaSO4)微溶沉淀,即可以形成帶負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、能吸收自身質(zhì)量3~4倍的雜質(zhì)。由于硅藻土具有獨特的硅藻殼體結(jié)構(gòu)、強吸附性、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用。

        2. 試驗儀器

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

        3. 實驗原水及藥劑的配制

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

        其它試劑的配制:

        1)硫酸鹽標準溶液:稱取1. 4786 g優(yōu)級純無水硫酸鈉(Na2SO4)溶于少量水,置1000 mL容量瓶中,稀釋至標線。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. 試驗方法及步驟

        4.1 第一組試驗

        本組試驗為初步確定PAM投加量不變,CaO最佳投加量。

        4.1.1 第一組試驗的方法及步驟

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

        (2)四個燒杯中水樣調(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,濾紙過濾到錐形瓶中,并編號。

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

        4.1.2 第一組試驗的結(jié)果及分析

        四個燒杯中每瓶加入的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,硫酸根的去除效果最好。

        4.2 第二組試驗

        本組試驗為初步確定PAM投加量不變,硅藻土最佳投加量。

        4.2.1 第二組試驗的方法及步驟

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

        (2)四個燒杯中水樣調(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,濾紙過濾到錐形瓶中,并編號。

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

        4.2.2 第二組試驗的結(jié)果及分析

        本組試驗的實驗結(jié)果見表2。

        四個燒杯中每瓶加入的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。

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

        4.3 第三組試驗

        本組試驗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,研究對硫酸根去除的效果。通過考慮除去效果和經(jīng)濟角度,從中選出較優(yōu)投加量。

        4.3.1 第三組試驗的方法及步驟

        (1)取八個300ml的燒杯,依次編號為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)八個燒杯中水樣調(diào)節(jié)PH值在7~8時,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,濾紙過濾到錐形瓶中,并編號。

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

        4.3.2 第三組試驗的結(jié)果及分析,見表3。

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

        5.結(jié)論及建議

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

        2).在試驗中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).試驗中僅研究了對硫酸根的去除效果,未涉及到礦井水中其它的污染物。礦井水中諸如硬度,濁度,懸浮物等超標物質(zhì)可在后續(xù)處理中降低,從而達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. 北京:煤炭工業(yè)出版社.1998.2.

        [2] 中國醫(yī)學科學院衛(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)境保護科學. 2005,31(127):30-31.

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

        [5] 王彥、趙勇. 煤礦礦井水主要處理技術. 能源環(huán)境保護.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濾中的應用[J].工業(yè)水處理.2000,20(8):4~8.

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