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 太原理工大學環境工程與科學學院 030024

針對山西省煤礦礦井水的水質特性，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，發現在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

我國是一煉炭生產大國，煤炭工業是我國的基礎產業。但在煤炭的開發和利用過程中， 也帶來了一系列的環境問題。其中礦井水就是煤炭工業具有行業代表性的污染源，量大面廣。根據調查，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，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缺水嚴重 。同時,大量的礦井水外排還對周邊環境造成污染。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， 使土壤板結或鹽漬化，影響工農業的發展。因此，大力開發與推廣礦井水的處理和回用，實現礦井水資源化具有重大的環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，對于這類物質，如果可以先用某種方法將其變為不溶性物質，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吸附于其上而發生共沉淀，這可以看作是一種協同作用。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。硅藻土性能穩定,孔容大、孔徑大、比面積大、吸附性強、能吸收自身質量3～4倍的雜質。由于硅藻土具有獨特的硅藻殼體結構、強吸附性、大比表面積、高孔隙度等優良性質，使得硅藻土在工業廢水處理中得到廣泛的應用。

2. 試驗儀器

六聯攪拌器一臺 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,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）四個燒杯中水樣調節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據，然后計算。

4.1.2 第一組試驗的結果及分析

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）四個燒杯中水樣調節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據，然后計算。

4.2.2 第二組試驗的結果及分析

本組試驗的實驗結果見表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濟角度，從中選出較優投加量。

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）八個燒杯中水樣調節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據，然后計算。

4.3.2 第三組試驗的結果及分析，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，懸浮物等超標物質可在后續處理中降低，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：煤炭工業出版社.1998.2.

[2] 中國醫學科學院衛生研究所. 水質分析法. 1972.8.

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