高铁酸性矿井水处理回用技术研究

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【摘 要】采用混凝沉淀烧杯搅拌实验和滤柱模型实验，研究了pH值、絮凝剂投加量对混凝沉淀除铁效果的影响，以及滤料、滤速对过滤出水水质的影响。结果表明，采用微量滴碱法将pH值调至7.0，铁的去除率达93.18%；1%（质量浓度）PAC最佳投加量为0.5ml，铁的去除率为98.23%；经高锰酸钾溶液浸泡的锰砂，除铁效果优良，出水铁浓度均在0.5 mg/ L以下，能够达到电厂相关用水水质标准。

【关键词】高铁矿井水 pH调整 混凝沉淀 锰砂过滤

肥城大封煤矸石电厂利用已关闭的大封煤矿场地建设，并利用大封煤矿高达9600m3/d的矿井水作为电厂的主要水源，矿井水的水质能够满足相应工业用水水质标准。由于尚未查明的原因，近期大封矿井水水质发生突变，成为高铁、高锰、高硫酸盐的酸性矿井水。无论从处理利用的资源节约角度还是实现达标排放的环境保护角度，大封矿井水都必须进行处理。本试验研究的目标是探索确定技术先进、经济合理的矿井水除铁工艺，并为下一步工程设计提出工艺方案。

目前矿井水中的含铁量达到690mg/L，超过电厂用水标准(0.5 mg/L)1000余倍，超过煤炭工业污染物排放标准(6 mg/L)100余倍，是一般高含铁地下水(一般范围10~20 mg/L)的30余倍，属于特高含铁量的矿井水。初步考虑的技术方案为预曝气氧化+pH调整+混凝沉淀+锰砂接触氧化。本方案与传统锰砂接触氧化技术相比，主要是增加了预曝气氧化和混凝沉淀分离环节。

1试验条件和装置

1.1试验水质及回用目标

试验水样为电厂矿井水，回用水质目标要达到工业循环冷却水标准。水质如表1所示。

1.2试验系统

（1）pH值调整试验系统：以浓度1mol/L的氢氧化钠溶液为中和剂，用pH计-玻璃电极法测定pH值变化。用邻二氮杂菲分光光度法测定铁含量。

（2）絮凝沉淀试验系统：选用碱性聚合铝和分子量300万的阴离子型聚丙烯酰胺为絮凝剂；试验采用六联电动搅拌器进行。混合时间为1 min，转速150r/min；反应时间10 min，转速40r/min；反应后静置沉淀15 min。然后取上清液测定有关水质指标。

（3）接触氧化试验系统：装配了两只有机玻璃接触氧化柱，其有效直径D=76mm，有效高度H=500mm，容积V=2.25L。催化氧化填料为湘潭锰砂，粒径范围为6～20目，填料高420mm。两个接触氧化柱分别装填用水样浸泡熟化的锰砂和用高锰酸钾改性的锰砂。

2 结果与讨论

2.1pH值调整试验

在500ml预曝气后的水样中快速加入氢氧化钠溶液，同时测定pH值变化。沉淀30min后过滤烘干灰化后称量沉淀质量，结果如表2所示。

测定过滤后上清液铁含量时却发现铁含量依然很高，结合有关水解聚合理论，铁离子水解聚合反应过程可分为水解阶段、聚合阶段、凝胶-沉淀生成阶段。加碱方式的不同会导致水解中间产物的不同，进而影响到沉淀效果。

所以第二阶段pH调整实验采用微量滴碱法，在缓慢地微滴碱的同时加以强搅拌，同时测定pH值变化(以下实验均采用配制的模拟水样，其铁浓度为207.11 mg/L，pH值约小于2)。将调整后水样沉淀后过滤，测定上清液铁含量，结果如图1所示。

由图1数据可知，当将pH调至6.5时，铁的去除率为87.63%；当调至7.0时，去除率更达93.18%。

2.2絮凝沉淀试验

实验选用絮凝剂PAC和PAM作对比。取四组经预曝气的500ml水样，分别用微量滴碱法调节pH至7.0，然后投加不同量1% PAC混凝沉淀，测定上清液铁含量如下图2。

结果表明，投加0.5mlPAC时效果最好。加入聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝剂，改善絮凝效果不明显，故不拟使用。

2.3接触氧化试验

将水样浸泡后的锰砂用水样循环过滤以熟化锰砂。结果9天后才有明显除铁效果，熟化速度偏慢。用同种同量锰砂经1L 5%高锰酸钾溶液浸泡24h使其改性，将其转移至接触氧化柱中，熟化速度较快，比较两个锰砂柱除铁效果如下图3所示。

由图3可见，当提高滤柱滤速时，未经改性的锰砂滤柱除铁效率有所下降。而经高锰酸钾驯化改性的锰砂滤柱在滤速提高时依然保持良好的除铁性能。

3 结论

（1）通过对不同pH条件、不同絮凝和混凝剂投加量、不同接触氧化滤柱滤速等多因子、多水平的组合试验，初步确定组合工艺路线为：预曝气—调pH值到6.0至6.5—混凝沉淀—接触氧化滤池—出水。

（2）将pH调整到7.0，加1%的PAC 0.5ml混凝沉淀后可去除水中绝大部分铁，去除率达98.23%。

（3）经高锰酸钾溶液浸泡的锰砂过滤，除铁效果优良，出水铁浓度能够达到电厂相关用水水质标准。

参考文献：

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[2]李福勤，杨静，何绪文，唐跃刚等.高矿化度高铁锰矿井水回用处理工艺研究[J].中国矿业大学学报，2006，35(5)：637-640.

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