矿井水中硫酸根去除效果研究

牛风明 杨云龙 太原理工大学环境工程与科学学院 030024

矿井水中硫酸根去除效果研究

牛风明 杨云龙 太原理工大学环境工程与科学学院 030024

针对山西省煤矿矿井水的水质特性，研究通过混凝吸附作用对矿井水中硫酸根的去除效果。通过实验，发现在PH=7～9时，采用CaO+硅藻土+少量PAM的药剂投加方式，对矿井水中硫酸根的混凝吸附去除效果较好。

混凝试验；硫酸根；硅藻土；PAM；CaO

我国是一炼炭生产大国，煤炭工业是我国的基础产业。但在煤炭的开发和利用过程中， 也带来了一系列的环境问题。其中矿井水就是煤炭工业具有行业代表性的污染源，量大面广。根据调查，全国煤矿约有70%面临缺水，40%严重缺水，尤其是我国北方地区，煤炭总储量约占全国 总量的80%以上,但水资源只占20%左右。矿井水利用率低 ，造成了目前煤矿矿区缺水严重 。同时,大量的矿井水外排还对周边环境造成污染。在这种情况下，矿井水外排造成的水资源浪费就显得尤为严重，其带来的环境污染更不容忽视。尤其是高矿化度矿井水会严重污染地面环境，淤塞河流湖泊，破坏地表景观，抑制水生生物的生长和繁衍， 使土壤板结或盐渍化，影响工农业的发展。因此，大力开发与推广矿井水的处理和回用，实现矿井水资源化具有重大的环境意义以及社会效益。

1. 试验原理

硫酸根在水中属于溶解性物质，对于这类物质，如果可以先用某种方法将其变为不溶性物质，然后再用絮凝法就可将其去除。在某些情况下，絮凝作用所形成的絮体会将一些溶解性物质吸附于其上而发生共沉淀，这可以看作是一种协同作用。因此，在矿井水中先加入生石灰（CaO），于水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2于水中的硫酸根离子(SO42-)反应的生成硫酸钙（CaSO4）微溶沉淀，即可以形成带负电的硫酸钙微溶的悬浮物。

硅藻土主要是由古代硅落及其他微生物的硅质遗骸组成,其80%～90%,甚至90%以上的化学成分是SiO2,还有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。硅藻土性能稳定,孔容大、孔径大、比面积大、吸附性强、能吸收自身质量3～4倍的杂质。由于硅藻土具有独特的硅藻壳体结构、强吸附性、大比表面积、高孔隙度等优良性质，使得硅藻土在工业废水处理中得到广泛的应用。

2. 试验仪器

六联搅拌器一台 电子天平一台 容量瓶（1L）三个 烧杯（300ml）八个锥形瓶（200ml）九个 50ml比色管九支漏斗（d=10cm）八个 定量滤纸（12.5cm）一包 分光光度仪一台 烧杯（3L）1个、（1L）2个。

3. 实验原水及药剂的配制

本试验按照矿井水中污染物含量配制原水。具体配制如下：经实测，试验所用自来水中的总硬度为260mg/L（以CaCO3计），其中Ca2+浓度为140mg/L，Mg2+浓度为73mg/L，自来水中的硫酸根浓度为33mg/L。因此，经计算在1L自来水中加入721.5mg/L的CaCl2，898.5mg/L的MgCl2·6H2O，以及542.9mg/L的NaSO4，配制出来的原水浓度为[Ca2+]=400mg/L，

其它试剂的配制：

1）硫酸盐标准溶液：称取1. 4786 g优级纯无水硫酸钠(Na2SO4)溶于少量水，置1000 mL容量瓶中，稀释至标线。此溶液1.00ml含1.00mg硫酸根(SO)。

2）铬酸钡悬浊液：称取19.44g铬酸钾（K2CrO4）与24.44g氯化钡(BaCl2·2H2O),分别溶于1 L蒸馏水中,加热至沸腾,将两种液体倒入3 L烧杯内,生成黄色铬酸钡沉淀,待沉淀下沉后,倒出上清液,然后每次用1 L蒸馏水洗涤沉淀,共洗涤5次,最后加蒸馏水至1 L,制成悬浊液,使用前混匀。每5ml铬酸钡悬浊液可以沉淀约48mg的硫酸根(SO)。3)（1+1）氨水4)2.5mol/L盐酸溶液

4. 试验方法及步骤

4.1 第一组试验

本组试验为初步确定PAM投加量不变，CaO最佳投加量。

4.1.1 第一组试验的方法及步骤

（1）取四个300ml的烧杯，依次编号为1#，2#，3#，4#。将配制好的原水倒入烧杯，每只烧杯200ml。

（2）四个烧杯中水样调节PH值在7～8之间，然后每瓶中加入的药剂以及次序均为：CaO，PAM，并用六联搅拌器搅拌，先高速搅拌(260r/min)2min，然后慢速搅拌（80 r/min）8min，静置30min。

（3）待四个烧杯的矾花完全沉淀后，依次将烧杯中的溶液用漏斗，滤纸过滤到锥形瓶中，并编号。

（4）用铬酸钡光度法测量各锥形瓶中硫酸根离子的浓度并记录各项数据，然后计算。

4.1.2 第一组试验的结果及分析

四个烧杯中每瓶加入的PAM的量相同，均为PAM=0.05g/L，CaO的量各不相同。具体结果见表1。

由表1可见，在CaO=1g/L，PAM=0.05g/L时，硫酸根的去除效果最好。

4.2 第二组试验

本组试验为初步确定PAM投加量不变，硅藻土最佳投加量。

4.2.1 第二组试验的方法及步骤

（1）取四个300ml的烧杯，依次编号为1#，2#，3#，4#。将配制好的原水倒入烧杯，每只烧杯200ml。

（2）四个烧杯中水样调节PH值在7～8之间，然后每瓶中加入的药剂以及次序均为：硅藻土，PAM，并用六联搅拌器搅拌，先高速搅拌(260r/min)2min，然后慢速搅拌（80 r/min）8min，静置30min。

（3）待四个烧杯的矾花完全沉淀后，依次将烧杯中的溶液用漏斗，滤纸过滤到锥形瓶中，并编号。

（4）用铬酸钡光度法测量各锥形瓶中硫酸根离子的浓度并记录各项数据，然后计算。

4.2.2 第二组试验的结果及分析

本组试验的实验结果见表2。

四个烧杯中每瓶加入的PAM的量相同，均为PAM=0.05g/L，硅藻土的量各不相同。具体结果见表2。

试验表明，由表2可见，在硅藻土=1.5g/L，PAM=0.05g/L时，硫酸根的去除效果最好。

4.3 第三组试验

本组试验为在初步选定最佳投加量后，固定CaO和PAM的投加量不变，仅改变硅藻土的投加量，研究对硫酸根去除的效果；固定硅藻土和PAM的投加量不变，仅改变CaO的投加量，研究对硫酸根去除的效果。通过考虑除去效果和经济角度，从中选出较优投加量。

4.3.1 第三组试验的方法及步骤

（1）取八个300ml的烧杯，依次编号为1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#, 8#。将配制的原水水样倒入烧杯中，每只烧杯200ml。

（2）八个烧杯中水样调节PH值在7～8时，然后1#，2#，3#，4#每瓶中加入的药剂为：CaO=1g/L，PAM=0.05g/L投加量不变，仅改变硅藻土投加量 。5#，6#，7#, 8#每瓶中加入的药剂为：硅藻土=1.5g/L，PAM=0.05g/L，仅改变CaO的投加量，并用六联搅拌器搅拌。先高速搅拌(260r/min)2min，然后慢速搅拌（80 r/min）8min，静置30min。

（3）待八个烧杯的矾花完全沉淀后，依次将烧杯中的溶液用漏斗，滤纸过滤到锥形瓶中，并编号。

（4）用铬酸钡光度法测量各锥形瓶中硫酸根离子的浓度并记录各项数据，然后计算。

4.3.2 第三组试验的结果及分析，见表3。

由表3可见，本组试验中，在药剂的投加量为CaO=1g/L,硅藻土=2g/L，PAM=0.05g/L时，硫酸根的去除效果最好。

5.结论及建议

1）.试验研究了对矿井水中硫酸根离子的去除效果，通过试验证明了三种药剂按一定的投加量投加到矿井水中协同作用对硫酸根离子有较好的去除效果，并且通过试验基本确定其最佳投加量为，其去除效果完全达到了《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）（SO4-浓度≤250mg/l）。

2）.在试验中PAM是作为助凝剂投加的，投加PAM使得矾花形成的体积大，数量多，沉降快。

3）.试验中仅研究了对硫酸根的去除效果，未涉及到矿井水中其它的污染物。矿井水中诸如硬度，浊度，悬浮物等超标物质可在后续处理中降低，从而达到矿井水回用的目的。

表1

表2

表3

[1] 胡文荣. 煤矿矿井水及废水处理利用技术. 北京：煤炭工业出版社.1998.2.

[2] 中国医学科学院卫生研究所. 水质分析法. 1972.8.

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