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壓濾機專(zhuān)業(yè)制造商與服務(wù)商
摘要:隨著(zhù)我國人口的增加以及人民生活水平的提高,對工農業(yè)的發(fā)展需求也逐漸增加,因此導致水資源量在供需方面不平衡,且由此造成的水環(huán)境污染也越來(lái)越嚴重,據相關(guān)學(xué)者研究,解決這種現象最根本的辦法就是開(kāi)源節流,就是要求我們最大限度的做好廢水的回收利用,向人們灌輸節約用水的觀(guān)念。工業(yè)的發(fā)展必須要有充足的能源供應作為保障,據報道,礦產(chǎn)資源是我國能源供應的主力軍,從2010-2015年我國共產(chǎn)煤102.3億t,2016-2017年就產(chǎn)煤45.6億t,產(chǎn)煤量以每年8.3%的速率快速增長(cháng),近年來(lái)我國雖在不斷調整能源供應的結構,目
煤礦廢水處理技術(shù)

發(fā)布者:禹州華德|2022-07-08| 返回列表

  隨著(zhù)我國人口的增加以及人民生活水平的提高,對工農業(yè)的發(fā)展需求也逐漸增加,因此導致水資源量在供需方面不平衡,且由此造成的水環(huán)境污染也越來(lái)越嚴重,據相關(guān)學(xué)者研究,解決這種現象最根本的辦法就是開(kāi)源節流,就是要求我們最大限度的做好廢水的回收利用,向人們灌輸節約用水的觀(guān)念。工業(yè)的發(fā)展必須要有充足的能源供應作為保障,據報道,礦產(chǎn)資源是我國能源供應的主力軍,從2010-2015年我國共產(chǎn)煤102.3億t,2016-2017年就產(chǎn)煤45.6億t,產(chǎn)煤量以每年8.3%的速率快速增長(cháng),近年來(lái)我國雖在不斷調整能源供應的結構,目前也是多能源供應,煤炭雖是一次性能源,但由于價(jià)格低廉且產(chǎn)量多,在未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間之內其主力軍地位仍無(wú)其他能源可以替代。隨著(zhù)煤礦的不斷開(kāi)采,由此造成的環(huán)境污染問(wèn)題也越發(fā)嚴重,煤礦廢水具有pH值不穩定、懸浮物濃度高、鹽度高、水質(zhì)復雜等特點(diǎn),煤礦廢水的來(lái)源主要有:礦區的生活廢水、煤礦礦井廢水、選煤廢水以及煤制氣廢水等,其中礦井廢水主要是采礦時(shí)會(huì )擾動(dòng)地下水沉,因此必須做好礦井的排水工作;選煤廢水主要是日常工藝和管理過(guò)程中對煤泥水要求循環(huán)利用外排所產(chǎn)生的泥水,這類(lèi)廢水一般懸浮物濃度較高,含有大量的溶解性固體和放射性元素等;煤制氣廢水主要來(lái)自工藝中煤氣出口的豎管和洗滌塔冷凝后的廢水,這類(lèi)廢水具有懸浮物濃度高,有機物和無(wú)機物含量高等特點(diǎn)。

  煤礦廢水主要有酸性廢水(pH<6.5)、中性廢水(ph介于6.5和8.5之間)以及堿性廢水(ph>8.5),但大部分的煤礦廢水還是呈中性,北方地區的煤礦主要為弱堿性或者中性廢水,南方地區的煤礦主要為弱酸性和中性廢水,我國煤礦的礦井廢水主要包括潔凈廢水、高懸浮物礦井廢水、高鹽度廢水、酸性礦井廢水、甚至有些含放射性物質(zhì)的廢水(如鐳、鈾),含重金屬物質(zhì)的礦井廢水(如鐵元素)等。煤礦廢水處理時(shí)應根據開(kāi)采規模、排水水質(zhì)要求以及廢水的水質(zhì)特征等方面綜合考慮選用最適合和經(jīng)濟的工藝,目前有關(guān)這方面的研究較多,應用最多的還是混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒、反滲透、電析等方面,因煤礦廢水一般具有鹽度高等特點(diǎn),而混凝工藝對于處理高鹽度廢水具有較大的優(yōu)越性,近年來(lái)在這方面的研究興起較快,針對具體煤礦特征,混凝時(shí)要求添加適宜量的混凝劑和助凝劑,用量選取的合適與否關(guān)系到廢水硬度和廢水中硫酸的去除效果,本文擬選取山西朔州懷仁礦區廢水作為研究對象,采用自行設計的混凝工藝,研究混凝工藝處理該礦區廢水需添加的混凝劑和助凝劑量最佳用量,研究結果可為進(jìn)一步了解混凝工藝的處理機理提供理論參考。

  1、工藝流程以及試驗方法

  工藝流程如圖1所示。

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  廢水依次流經(jīng)調節池、混凝池和沉淀池,沉淀池后對于沉淀的污泥經(jīng)過(guò)污泥濃縮池濃縮后的污泥用壓濾機壓縮,壓縮后的泥餅再外運,對于沉淀池中的水后續流經(jīng)過(guò)濾池和吸附池后被循環(huán)利用,由于廢水中pH為酸性,廢水經(jīng)調節池進(jìn)入混凝池之前先加熟石灰調節pH至中性,在混凝池中添加混凝劑(PAC、PAF),本試驗中所需用到的試驗設備見(jiàn)表1。

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  廢水水質(zhì)如表2所示,其中pH采用pH試紙測,溫度采用溫度計測量,懸浮物(SS)采用濾膜過(guò)濾后稱(chēng)重,配置EDTA標準溶液,添加絡(luò )黑T固體為指示劑,根據酸堿滴定原理測定水的硬度和鈣元素(Ca)、鎂元素(Mg)含量,添加氯化鋇溶液根據沉淀滴定法測定水中硫酸根離子(SO42)含量,采用原子吸收分光光度法測定銅(Cu)元素含量,紫外分光光度法測定硝酸根(NO3-)含量,分子吸收光譜法測定鐵元素(Fe)含量,采用莫爾法測定水中氯元素含量,樣品檢測時(shí)嚴格按照《水和廢水監測分析方法》中相關(guān)步驟及操作規范進(jìn)行。

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  從表2可知:廢水呈酸性,故應加熟石灰(Ca(OH)2)調節pH至中性,SS濃度較高、硬度、Ca、Mg和SO42-含量較高,其他檢測的元素濃度值不是很高,又因Ca、Mg元素含量反映的就是硬度,故下文只對SO42-含量、SS和硬度進(jìn)行分析,SS是在整個(gè)工藝過(guò)程中逐步去除,而SO42-含量和硬度主要在混凝過(guò)程中去除,故下文分析各池子內的SS濃度變化情況和混凝過(guò)程中添加的最適宜Ca(OH)2用量、混凝劑的用量。

  2、結果與分析

  2.1 混凝機理分析

  混凝主要是在廢水中添加化學(xué)物質(zhì)使水中的膠體粒子或者懸浮物聚集,主要包括兩個(gè)過(guò)程(凝聚和絮凝過(guò)程),其作用機理也是凝聚和絮凝機理,目前有關(guān)混凝機理方面的認識主要有:壓縮雙電層作用、卷掃作用和電中和作用。壓縮雙電層特有的結構,決定著(zhù)膠體之間表面處的反離子濃度是所有位置中最大值,當顆粒之間較為分散時(shí),顆粒之間的反離子濃度逐漸減小,直到和溶液濃度值相等,當水中添加混凝劑后,廢水中的擴散層減小,反離子濃度增加,離子電位也相應的降低,因為擴散層的厚度變小了,粒子之間的排斥作用也減少了,當顆粒之間相互凝結碰撞時(shí),因顆粒之間距離減少了,分子之間的引力也會(huì )增加,引力大于排斥力,隨后顆粒之間得以聚集而沉淀;當膠體表面吸附了相關(guān)的異處離子、膠體顆?;蚍肿訒r(shí),這些粒子可以中和自身所帶的電荷,也減少了粒子之間的排斥作用,因此顆??梢愿玫鼐奂罱K得以沉淀,同時(shí)當反離子之間相互吸附時(shí)又可以降低膠體之間表面的電荷,直至降為0,甚至可以使離子之間帶相反的電荷,再次增加了粒子之間的排斥作用,因此膠體得以再次穩定;混凝劑之間具有線(xiàn)性結構,具有能和顆粒表面發(fā)生化學(xué)反應的基團,形成的這些基團能夠把顆粒與混凝劑高效的連接起來(lái),混凝劑與膠體表面的作用主要是因為膠體表面與不帶電的物質(zhì)之間的范德華力而產(chǎn)生吸附架橋作用;卷掃作用主要是對混凝劑以而言的,這些混凝劑添加到廢水中會(huì )發(fā)生水解,并生成沉淀,由于沉淀數量和表面積極大,因此之間會(huì )有孔網(wǎng),而部分懸浮物會(huì )被吸附到孔網(wǎng)里面而得以去除。目前,廣為應用的混凝劑主要有無(wú)機混凝劑、有機混凝劑、微生物以及符合混凝劑。

  2.2 沿程SS濃度去除分析

  裝置運行穩定后各池子中SS濃度以及各池子中SS的去除率變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

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  分析可知,進(jìn)水中SS濃度值為2357.4mg·L-1,調節池中SS濃度值為2263.7mg·L-1、去除率為3.97%;混凝池中SS濃度值為3526.1mg·L-1,遠大于進(jìn)水中SS濃度;混凝池中SS濃度為3526.1mg·L-1、去除率為55.36%;沉淀池中SS濃度為1052.4mg·L-1、去除率為55.36%;過(guò)濾池中SS濃度為125.6mg·L-1、去除率為96.47%;吸附池中SS濃度為41.5mg·L-1、去除率為98.24%;出水中SS濃度為2263.7mg·L-1、去除率為98.41%。因進(jìn)水水質(zhì)和水量波動(dòng)較大,調節池主要是調節水量和水質(zhì)的,故廢水流經(jīng)調節池后SS濃度值幾乎沒(méi)有變化,只有一些粒徑較大的懸浮物在池內運動(dòng)過(guò)程中通過(guò)沉淀得以去除;在混凝池中由于添加了混凝劑和助凝劑,該物質(zhì)投入水中后本身就會(huì )形成沉淀,顆粒物被吸附進(jìn)入混凝劑形成的沉淀中,由于此時(shí)還來(lái)不及沉淀,故廢水流經(jīng)混凝池后SS濃度值升高明顯,遠大于進(jìn)水中SS濃度值;廢水流經(jīng)沉淀池后在混凝池中形成的沉淀很快被沉淀下來(lái),故此時(shí)SS濃度下降明顯,去除率達到55.3%;一些細小粒徑的SS由于重量不夠在沉淀池無(wú)法沉淀,進(jìn)入過(guò)濾池后這些SS被截留下來(lái),故在過(guò)濾池中大部分SS被截留下來(lái),SS濃度值又大大下降,從沉淀池至過(guò)濾池SS去除率增加了41.11%,吸附池主要是吸附少數過(guò)濾池中未過(guò)濾完全的極細小顆粒,故SS濃度變化不明顯,從過(guò)濾池至吸附池SS去除率僅增加了1.77%。

  2.3 Ca(OH)2添加量試驗結果及分析

  絮凝的作用主要是使一些膠體粒子或者較小的懸浮物凝聚,且主要是正對不溶于水的物質(zhì),由于煤礦廢水中的Ca2+、Mg2+以及SO42-都是水溶性物質(zhì),故直接添加混凝劑作用效果不大,故應在混凝劑投入之前先添加適量的熟石灰(Ca(OH)2),Ca(OH)2可以和水中的Mg2+以及SO42-形成CaSO4和Mg(OH)2沉淀,廢水中會(huì )產(chǎn)生一定量的CO2,該氣體也可與Ca(OH)2可生成CaCO3沉淀,有了這些沉淀后會(huì )使SO42-的絮凝作用大大增強,故為探討Ca(OH)2最適宜的添加量共進(jìn)行兩組試驗(PAC和PAF試驗),試驗前先調節廢水pH至7左右,保證實(shí)驗室氣溫在25℃,每組試驗又分為7小組,每小組用燒杯盛水1L,分別添加濃度為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2g·L-1的Ca(OH)2,在7個(gè)PAC試驗中各添加30mg·L-1的PAC,7個(gè)PAF試驗中各添加30mg的PAF,控制攪拌速度約150r/min,攪拌約2min,開(kāi)始絮凝時(shí)控制攪拌速度為20r/min,控制絮凝時(shí)間為10min,隨后靜止20min,取上清液測量水中總硬度以及SO42-含量,各物質(zhì)含量及試驗現象見(jiàn)表3,不同Ca(OH)2投加量下總硬度以及SO42-去除率曲線(xiàn)如圖3和圖4。

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  從圖3分析可知:添加PAC混凝劑時(shí),在不添加Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為0.4%,SO42-去除率為1.37%;當添加濃度為0.2g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為6.46%,SO42-去除率為4.66%;當添加濃度為0.4g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為18.69%,SO42-去除率為20.78%;當添加濃度為0.6g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為30.53%,SO42-去除率為33.13%;當添加濃度為0.8g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為42.33%,SO42-去除率為46.8%;當添加濃度為1g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為45.01%,SO42-去除率為48.07%;當添加濃度為1.2g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為44.3%,SO42-去除率為47.33%。

  從圖4分析可知:添加PAF混凝劑時(shí),在不添加Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為1.44%,SO42-去除率為0.51%;當添加濃度為0.2g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為7.64%,SO42-去除率為6.52%;當添加濃度為0.4g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為19.52%,SO42-去除率為22.93%;當添加濃度為0.6g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為32.33%,SO42-去除率為34.74%;當添加濃度為0.8g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為44.35%,SO42-去除率為48.32%;當添加濃度為1g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為46.67%,SO42-去除率為52.01%;當添加濃度為1.2g·L-1的Ca(OH)2時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為46.32%,SO42-去除率為50.86%。

  圖3和圖4均說(shuō)明當不添加Ca(OH)2時(shí),總硬度和SO42-幾乎無(wú)去除,隨著(zhù)Ca(OH)2濃度的增加,兩物質(zhì)的去除率均呈逐漸增大,至Ca(OH)2濃度為1g·L-1時(shí),上升趨勢差不多停止,說(shuō)明當Ca(OH)2濃度為1g·L-1時(shí)為最佳投藥量。

  2.4 混凝劑投加量試驗結果與分析

  上節中已得出Ca(OH)2最佳投藥量為1g·L-1,故為保證單一變量,控制Ca(OH)2濃度為1g·L-1,改變PAC和PAF的用量,試驗分為兩組,一組添加PAC,另一組添加PAF,每組試驗又分為7小組,每小組用燒杯盛水1L,第一組分別添加濃度為15、20、25、30、35、40、45mg·L-1的PAC,另一組分別添加濃度為15、20、25、30、35、40、45mg·L-1的PAF,控制攪拌速度約150r/min,攪拌約2min,開(kāi)始絮凝時(shí)控制攪拌速度為20r/min,控制絮凝時(shí)間為10min,隨后靜止20min,取上清液測量水中總硬度以及SO42-含量,各物質(zhì)含量及試驗現象見(jiàn)表4,不同Ca(OH)2濃度為1g·L-1時(shí)不同PAC和PAF投加量下總硬度以及SO42-去除率曲線(xiàn)如圖4和圖5。

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  從圖5分析可知:Ca(OH)2濃度為1g·L-1下,當添加PAC為15mg·L-1時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為14.79%,SO42-去除率為11.53%;當添加濃度為20mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為21.51%,SO42-去除率為22.1%;當添加濃度為25mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為29.34%,SO42-去除率為33.26%;當添加濃度為30mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為43.64%,SO42-去除率為44.85%;當添加濃度為35mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為53.63%,SO42-去除率為58.75%;當添加濃度為40mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為53.66%,SO42-去除率為58.59%;當添加濃度為45mg·L-1的PAC時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為54.98%,SO42-去除率為59.91%。

  從圖6分析可知:Ca(OH)2濃度為1g·L-1下,當添加PAF為15mg·L-1時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為11.43%,SO42-去除率為5.12%;當添加濃度為20mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為14.61%,SO42-去除率為6.52%;當添加濃度為25mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為24.28%,SO42-去除率為22.93%;當添加濃度為30mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為39.36%,SO42-去除率為34.73%;當添加濃度為35mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為49.81%,SO42-去除率為48.32%;當添加濃度為40mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為50.32%,SO42-去除率為48.68%;當添加濃度為45mg·L-1的PAF時(shí),相比進(jìn)水中濃度,混凝過(guò)程總硬度去除率為51.08%,SO42-去除率為48.08%。

  圖5和圖6均說(shuō)明隨著(zhù)投加的PAC或PAF混凝劑濃度的增加,兩物質(zhì)的去除率均呈逐漸增大,至當PAC和PAF濃度均為35mg·L-1時(shí),上升趨勢差不多停止,說(shuō)明當混凝劑濃度為35mg·L-1時(shí)為最佳投藥量。

  3、結語(yǔ)

  本文以山西朔州懷仁礦區廢水作為研究對象,采用自行設計的混凝工藝,研究了混凝工藝處理該礦區廢水時(shí)需投加的最佳用量,結果表明:

  (1)相比進(jìn)水,SS濃度在調節池變化,經(jīng)混凝池后SS濃度增大較多,SS的去除主要是在沉淀池和過(guò)濾池中,這兩個(gè)反應池內SS的去除率分別為55.36和96.47%。

  (2)當添加PAC或者PAF為混凝劑時(shí),煤礦廢水總硬度和SO42-的去除率隨投加的Ca(OH)2濃度的增加而增大,當Ca(OH)2濃度為1g·L-1時(shí)為最佳投藥量;

  (3)隨PAC和PAF濃度的增加,廢水中總硬度和SO42-的去除率逐漸增大,當PAC和PAF投加量均為35mg·L-1時(shí)為最佳投藥量。

  (來(lái)源:中國煤炭地質(zhì)總局)


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