处理高硬度矿井水中硫酸盐的实验研究

摘要：采用石灰—聚合氯化铝混凝法，石灰—硅藻精土，纳滤膜法对高硬度矿井水中的硫酸根进行去除实验研究，结果表明：石灰—聚合氯化铝混凝法由于受石灰自身溶度积的影响对硫酸根的去除率不高，石灰—硅藻净土价格低廉，受自身影响小，故去除效率要高于石灰—聚合氯化铝混凝法，且经济性能高。纳滤膜法去除高硬度矿井水，处理效果极佳，去除效率高，且不用引入杂质离子。
论文关键词：混凝法,纳滤膜,硫酸根,总硬度

　　矿井水是煤炭开采过程中涌出的地下水，经井下各巷道集中至井下水仓后排至井上地面。山西煤矿矿井水水质特性为：矿化度较高，硬度大，部分矿井水呈酸性。经研究[1]，煤矿酸性矿井水的酸度来自于煤层及其围岩中含硫化物的氧化，其中黄铁矿（FeS2）氧化产生的H2SO4酸度及氧化产物FeS04，Fe2(S04)3水解产生的酸度起主导作用。同时，水中硫酸根的存在是造成水中永久性硬度指标高和矿化度高的主要原因。大量S042-的排放将使接受水体产生矿化作用；水中溶解的硫酸盐对水泥中游离石灰产生硫酸盐化作用，侵蚀混凝土；水体中S042-在缺氧状态时，产生反硫化作用，产物H2 S对排水管道产生腐蚀作用[2]。此外，水中的S042-是硫酸盐还原菌得以快速生长的主要营养源，也容易导致其他金属离子特别是重金属离子溶于水中。因此，随着人们对水质要求的提高，去除水中的硫酸根越来越受到重视。笔者采用熟石灰一聚合氯化铝混凝、熟石灰一硅藻水、纳滤膜进行硫酸根的去除对比研究。对不同方法处理后的矿井水进行硫酸根含量的测定，硫酸根含量的测定采用硫酸钡重量法。

　　1实验部分

　　本实验按照矿井水巾污染物含量配制原水。具体配制如下[3]：

　　经实测，实验所用自来水中的总硬度为232 mg/L(以CaCO3，计)，其中Ca2+质量浓度为150 mg/L，Mg2+质量浓度为82 mg/L，自来水中的S042-质量浓度为41mg/L。因此，经计算在1L自来水中加入：360.75 mg/L的CaCl2，229.58mg/L的MgCl2以及531.03mg/L的Na2SO4，配制出来的原水浓度为：p(Ca2+)=280 mg/L，p(Mg2+)=140mg/L，p(S042-)=400 mg/L。

　　1.1 仪器及试剂

　　仪器：六联搅拌器、PH酸度计、高精度电子天平、容量瓶（100mL、1000mL）、烧杯(500mL、1000mL)、锥形瓶300mL、漏斗d=10cm、定量滤纸（d=12.5cm）、电炉、水浴锅、干燥器、研磨器、马弗炉（最高温度1200℃）。

　　药剂：氯化钡溶液：称取5 g分析纯二水合氯化钡，溶于100mL蒸馏水巾；硝酸银试剂，称取4.25g化学纯硝酸银及0.25mL浓硝酸，溶于250mL蒸馏水中；氢氧化钙，聚合氯化铝，硅藻精土，1 +1盐酸，0.1%(质量分数)甲基红指示剂，硝酸银试剂。

　　1.2石灰一聚合摄化铝混凝法去除硫酸根

　　1.2.1实验原理

　　向矿井水中投加熟石灰，其中Ca2+和SO42-发生反应生成CaSO4微溶物，然后投加聚合氯化铝高分子混凝剂，通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳、聚集、絮凝、混凝、沉淀、达到净化处理效果。

　　1.2.2试验方法

　　（1）取5个500mL的烧杯，依次编号为l号，2号，3号，4号，5号，6号。将配制好的原水分别倒人6个烧杯，每只烧杯200 mL。

　　（2）6个烧杯中水样调节pH值在7-9时。6个烧杯中每杯中加入的药剂分别为：500 mg，l000 mg，l500 mg，2000mg，2500 mg，3000 mg用六联搅拌器搅拌，先高速(250 r/min)搅拌l min，然后慢速(60 r/min)搅拌20min,静置24 h。

　　（3）待6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）用硫酸钡重量法测量各锥形瓶巾硫酸根离子的浓度并记录各项数据。

　　矿井水盐度测定的实验结果见表1。

　　表1 [SO42-]=400mg/L的矿井水盐度测定

　　

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