李　龍　王　麗　張　旭　買　帥

【摘 要】采用混凝沉淀燒杯攪拌實驗和濾柱模型實驗，研究了pH值、絮凝劑投加量對混凝沉淀除鐵效果的影響，以及濾料、濾速對過濾出水水質(zhì)的影響。結(jié)果表明，采用微量滴堿法將pH值調(diào)至7.0，鐵的去除率達93.18%；1%（質(zhì)量濃度）PAC最佳投加量為0.5ml，鐵的去除率為98.23%；經(jīng)高錳酸鉀溶液浸泡的錳砂，除鐵效果優(yōu)良，出水鐵濃度均在0.5 mg/ L以下，能夠達到電廠相關(guān)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】高鐵礦井水 pH調(diào)整 混凝沉淀 錳砂過濾

肥城大封煤矸石電廠利用已關(guān)閉的大封煤礦場地建設(shè)，并利用大封煤礦高達9600m3/d的礦井水作為電廠的主要水源，礦井水的水質(zhì)能夠滿足相應(yīng)工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于尚未查明的原因，近期大封礦井水水質(zhì)發(fā)生突變，成為高鐵、高錳、高硫酸鹽的酸性礦井水。無論從處理利用的資源節(jié)約角度還是實現(xiàn)達標(biāo)排放的環(huán)境保護角度，大封礦井水都必須進行處理。本試驗研究的目標(biāo)是探索確定技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的礦井水除鐵工藝，并為下一步工程設(shè)計提出工藝方案。

目前礦井水中的含鐵量達到690mg/L，超過電廠用水標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)1000余倍，超過煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(6 mg/L)100余倍，是一般高含鐵地下水(一般范圍10~20 mg/L)的30余倍，屬于特高含鐵量的礦井水。初步考慮的技術(shù)方案為預(yù)曝氣氧化+pH調(diào)整+混凝沉淀+錳砂接觸氧化。本方案與傳統(tǒng)錳砂接觸氧化技術(shù)相比，主要是增加了預(yù)曝氣氧化和混凝沉淀分離環(huán)節(jié)。

1試驗條件和裝置

1.1試驗水質(zhì)及回用目標(biāo)

試驗水樣為電廠礦井水，回用水質(zhì)目標(biāo)要達到工業(yè)循環(huán)冷卻水標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)如表1所示。

1.2試驗系統(tǒng)

（1）pH值調(diào)整試驗系統(tǒng)：以濃度1mol/L的氫氧化鈉溶液為中和劑，用pH計-玻璃電極法測定pH值變化。用鄰二氮雜菲分光光度法測定鐵含量。

（2）絮凝沉淀試驗系統(tǒng)：選用堿性聚合鋁和分子量300萬的陰離子型聚丙烯酰胺為絮凝劑；試驗采用六聯(lián)電動攪拌器進行?；旌蠒r間為1 min，轉(zhuǎn)速150r/min；反應(yīng)時間10 min，轉(zhuǎn)速40r/min；反應(yīng)后靜置沉淀15 min。然后取上清液測定有關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。

（3）接觸氧化試驗系統(tǒng)：裝配了兩只有機玻璃接觸氧化柱，其有效直徑D=76mm，有效高度H=500mm，容積V=2.25L。催化氧化填料為湘潭錳砂，粒徑范圍為6～20目，填料高420mm。兩個接觸氧化柱分別裝填用水樣浸泡熟化的錳砂和用高錳酸鉀改性的錳砂。

2 結(jié)果與討論

2.1pH值調(diào)整試驗

在500ml預(yù)曝氣后的水樣中快速加入氫氧化鈉溶液，同時測定pH值變化。沉淀30min后過濾烘干灰化后稱量沉淀質(zhì)量，結(jié)果如表2所示。

測定過濾后上清液鐵含量時卻發(fā)現(xiàn)鐵含量依然很高，結(jié)合有關(guān)水解聚合理論，鐵離子水解聚合反應(yīng)過程可分為水解階段、聚合階段、凝膠-沉淀生成階段。加堿方式的不同會導(dǎo)致水解中間產(chǎn)物的不同，進而影響到沉淀效果。

所以第二階段pH調(diào)整實驗采用微量滴堿法，在緩慢地微滴堿的同時加以強攪拌，同時測定pH值變化(以下實驗均采用配制的模擬水樣，其鐵濃度為207.11 mg/L，pH值約小于2)。將調(diào)整后水樣沉淀后過濾，測定上清液鐵含量，結(jié)果如圖1所示。

由圖1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)將pH調(diào)至6.5時，鐵的去除率為87.63%；當(dāng)調(diào)至7.0時，去除率更達93.18%。

2.2絮凝沉淀試驗

實驗選用絮凝劑PAC和PAM作對比。取四組經(jīng)預(yù)曝氣的500ml水樣，分別用微量滴堿法調(diào)節(jié)pH至7.0，然后投加不同量1% PAC混凝沉淀，測定上清液鐵含量如下圖2。

結(jié)果表明，投加0.5mlPAC時效果最好。加入聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝劑，改善絮凝效果不明顯，故不擬使用。

2.3接觸氧化試驗

將水樣浸泡后的錳砂用水樣循環(huán)過濾以熟化錳砂。結(jié)果9天后才有明顯除鐵效果，熟化速度偏慢。用同種同量錳砂經(jīng)1L 5%高錳酸鉀溶液浸泡24h使其改性，將其轉(zhuǎn)移至接觸氧化柱中，熟化速度較快，比較兩個錳砂柱除鐵效果如下圖3所示。

由圖3可見，當(dāng)提高濾柱濾速時，未經(jīng)改性的錳砂濾柱除鐵效率有所下降。而經(jīng)高錳酸鉀馴化改性的錳砂濾柱在濾速提高時依然保持良好的除鐵性能。

3 結(jié)論

（1）通過對不同pH條件、不同絮凝和混凝劑投加量、不同接觸氧化濾柱濾速等多因子、多水平的組合試驗，初步確定組合工藝路線為：預(yù)曝氣—調(diào)pH值到6.0至6.5—混凝沉淀—接觸氧化濾池—出水。

（2）將pH調(diào)整到7.0，加1%的PAC 0.5ml混凝沉淀后可去除水中絕大部分鐵，去除率達98.23%。

（3）經(jīng)高錳酸鉀溶液浸泡的錳砂過濾，除鐵效果優(yōu)良，出水鐵濃度能夠達到電廠相關(guān)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻：

[1]李圭白，劉超.地下水除鐵除錳（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989：1-205.

[2]李福勤，楊靜，何緒文，唐躍剛等.高礦化度高鐵錳礦井水回用處理工藝研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，35(5)：637-640.

[3]湯鴻霄，錢易，文湘華等.水體顆粒物和難降解有機物的特性與控制技術(shù)原理：上卷——水體顆粒物[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2000：137-173.