酸性煤矿废水处理工艺

1、酸性煤矿废水处理工艺煤矿酸性废水是我国煤矿废水污染中对生态环境破坏最大的污染源之一，其对煤 矿的排水设施、钢轨及其他机电设备均具有很强的腐蚀性，严重时危害矿工安全， 影响井下采煤生产。若直接排放，将污染地表水和地下水资源及土地资源，危害 农作物、水生生物和人类健康，还会使矿区地下水资源大面积疏干，造成地下水 的浪费。综上所述，煤矿酸性废水因其量大、面广、污染严重、治理程度低而成 为制约煤矿可持续发展的一大障碍。煤矿酸性废水的形成过程非常复杂，是煤层中夹杂的硫铁矿经过一系列氧化、水 解等反应后生成的，是一系列物理、化学和生物过程相互作用的结果。其形成机 制为：在氧和水存在的条件下，煤层或岩层中硫

2、铁矿被氧化，生成硫酸和亚铁 离子；在酸性条件下，亚铁离子被进一步氧化为铁离子；由于铁和锰离子的 水解，增加了矿井水的酸度。1试验材料和方法1试验材料仪器：ZR44混凝试验搅拌机，增氧泵（山本8000），电感耦合等离子光谱发 生仪（ICP-OES PE2100DV）。药品：多糖生物絮凝剂，工业用石灰，水样：贵州某酸性矿井废水，水体透明呈 淡黄色，长时间暴露空气中后呈红褐色，其水质指标见表1。表】蚩州茎酸性矿井废水水质乎目色度.倍浊度NTU乐邦净水 套pH137-W360铢tng/L入-,I 113. 5 A59钻 mg,1 LS. 3*注匚表中虫伯为他表本环境质标准3GB3S3S-30Q2）中规

3、定，出水铁含，小于Q. 3 irig LiS含小于Q 1 tug-1. 2试验方法铁锰去除率的测定方法：向500mL烧杯中加入200mL待测水样，调节pH，向水 样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，同时曝气。加入多糖生物絮凝剂（15g/L，下同)，用ZR44混凝试验搅拌机以150r/min的转速搅拌30s后，静置 1min，取水样的上清液，用电感耦合等离子光谱发生仪测定其中的铁和锰含量， 其去除率(%)计算式分别见式(1)、式(2)。铁去除率=(AFe BFe)/AFeX100%(1)AFe原水水样中的铁含量，mg/L；BFe处理后上清液中的铁含量，mg/L。锰去除率=(AMn BMn)/AM

4、nX100%(2)AMn原水水样中的锰含量，mg/L；BMn处理后上清液中的锰含量，mg/L。2试验结果与讨论1 pH对铁、锰去除率的影响取200mL原水，向水样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，继续添加石灰乳， 分别调节pH为6、7、8、9、10、11、12，水气比1 ： 15，曝气10min后，加入 0. 4mL 15g / L多糖生物絮凝剂，以150r / min的转速搅拌30s，静置沉淀1min 后取上清液测定金属含量，并计算出铁、锰的去除率，相关试验结果见图1。图1席水pH芯铁、赢去除宰的境响由图1可知，pH对铁、锰去除率有较大影响，随着pH的升高，铁、锰去除率 逐渐增大，这是由于p

5、H的增高促进了氢氧化铁、氢氧化锰沉淀的生成及絮凝剂 分子链上一OH和一COO 的水解，使分子链伸展，并通过改变絮凝剂分子和胶体 颗粒的表面电荷，从而有效的对氢氧化铁、氢氧化锰颗粒进行吸附架桥。当pH达 到8时，铁的去除率达到最大，为99. 99%，此时锰的去除率为87. 65%。可 能由于氢氧化锰的溶度积较氢氧化铁的大，锰的去除率在pH为9时达到最大， 为99. 01%。当pH高于9时，铁去除率开始下降。由于该废水原水pH分别为1,需投加碱调节pH,且pH分别为9、10时锰去除率均为99%，低于地表 水环境质量标准(GB 38382002)中锰含量小于0. 1mg / L的标准，考虑到 废水处

6、理成本问题，确定最佳的pH为9,此时石灰添加量为0. 6g，即单位废水 添加量为3kg / m3。2. 2多糖生物絮凝剂投加量对铁、锰去除率的影响取200mL水样，调节pH为9，气水比1 ： 15的条件下曝气10 min后，分别加 入 0. 1mL、0. 2mL、0. 3mL、0. 4mL、0. 5mL、0. 6mL 多糖生物絮凝剂，废水 中生物絮凝剂的相应浓度为 7. 5mg / L、15mg / L、22. 5mg / L、30mg / L、37. 5mg / L、45mg / L，以150r / min的转速搅拌30s，静置沉淀1min后取上清液测定 金属含量，并计算相关试验结果，见图2

7、。图w 图w 茉凝剂投加量耕上清成中残留铁、屹舍#的影响1_-曲.-把柬崇罢-磨由图2可知，随着絮凝剂投加量的增加，铁、锰去除率逐渐增加。多糖生物絮凝 剂对该废水中铁、锰的去除效果极佳，极低的用量就可使铁浓度降至0. 03mg/ L以下，去除率高达99. 9%，锰浓度降至0. 1mg/L以下，去除率高达99%。 在该试验条件下，当絮凝剂投加量为0. 3mL时铁去除效果最好，上清液中剩余 铁含量为0. 023mg/L，去除率高于99. 99%。当投加量高于此值时，去除率有 所下降。锰残留量在投加量为0. 4mL时达到最低值，而后随多糖生物絮凝剂的 投加量增加，上清液中锰残留量开始增多。产生这种现

8、象的原因主要为：当絮凝 剂投加量较小时，可以用于颗粒间架桥的高分子数目过少，颗粒物未充分脱稳； 随着投加量的增加，可用于架桥的高分子数增加，脱稳效果增给水排水Vol. 39 增刊2013 3 29强；而当投加量过多时，由于胶体颗粒被絮凝剂包围，阻碍了 颗粒继续絮凝而导致的再稳现象。因此，锰对环境影响较铁大，综合考虑铁去除 率、锰去除率和对环境的影响，确定絮凝剂最佳投加量为0. 4mL，即30mg/L， 单位废水多糖生物絮凝剂投加量为30g。2. 3气水比对铁、锰去除率的影响 取200mL水样，调节pH为9,分别在气水比分别为1 ： 5、1 ： 8、1 ： 10、1 ： 15、1 : 20条件下

9、曝气10min，加入0. 4mL多糖生物絮凝剂，以150r / min的转速搅 拌30s，静置沉淀1min后取上清液测定铁、锰含量，相关试验结果见图3。S3气水比的铁、稿去除率的影响由图3可知，在上述试验条件下，增大气水比可以提高金属去除率。气水比对铁 的去除影响大于对锰去除率的影响。当气水比为1：10时，铁去除率高于99. 99%，锰去除率为98. 91%，此时上清液中残留铁含量为0. 022mg / L，锰 含量为0. 905mg / L，均已达到出水标准。之后随气水比的增大去除率保持稳定。 当气水比大于1：15时，随着气水比的增加，两种离子的去除率均出现了下降。 气水比对铁的去除有很大影

10、响是由于原水中的铁主要以二价铁的形式存在，曝气 可促进将二价铁的羟基络合物氧化为三价铁的羟基络合物，三价铁的羟基络合物 可不断形成多核络合物，直至形成稳定的氢氧化铁。随着气水比的增加，水中溶 解氧含量增加，所形成的稳定的氢氧化铁的量增加，有利于铁与絮凝剂发生架桥 作用从而从水中去除。曝气同时对絮体有一定的搅拌作用，随着气水比的增加， 搅拌强度增加。初步判定气水比1 ： 15之后去除率的下降是由搅拌过度阻碍了大 颗粒的形成，不利于与絮凝剂发生架桥作用。综合考虑曝气成本和去除率，确定 最佳气水比为1 ： 10。2. 4曝气时间对铁、锰去除率的影响取200mL原水水样，加石灰乳，调节pH至9,气水比

11、为1 ： 10，分别设曝气时 间2min、5min、10min、15min、20min，曝气结束后加入0. 4mL微生物絮凝剂， 以150r / min的转速搅拌30s，静置沉淀1min后取上清液测定铁、锰含量，计 算去除率，相关结果见图4。国4曝气附间洞钱、苗去除率的影响由图4可知，在上述试验条件下，延长曝气时间可以提高铁、锰去除率。曝气时 间对铁去除率的影响大于对锰去除率的影响。当曝气时间为10min时，上清液中 铁含量为0. 023 mg/L,锰含量为0. 087mg / L。当曝气时间大于10min时，随 着曝气时间的增加，铁的去除率有略微的下降，锰的去除率不变。曝气时间影响 水中氧含量，从而影响废水中还原态金属离子的羟基络合物向氧化态金属离子的 羟基络合物转化，进而影响铁锰的去除率。其原理与曝气强度对铁锰去除率的影 响基本相同。综合考虑曝气成本和去除率，确定最佳曝气时间为10min。3总结本文通过研究由多糖生物絮凝剂对贵州某酸性煤矿废水中铁、锰的去除，得出以 下结论：多糖生物混凝剂具有较高效率，短时间内即可取得显著地去除效果，还可 解决传统的无机和有机絮凝剂产生的二次