煤矿井下废水强化混凝特性研究-北极星水处理网

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能源作为社会发展的物质基础，为人类社会创造现代物质文明和精神文明起到重要作用，可是在能源开发利用过程中产生的负面效应也引起人们越来越多的忧虑和警惕。一系列环境危机导致节能减排成为当今世界能源发展的主题。我国环境问题尤为严重，尤其是以煤炭为主的能源结构，给环境带来较大负担。我国40％以上的煤矿矿区严重缺水，而煤炭开采过程中排放大量废水，这些废水若不经处理直接排放，不仅造成环境的严重污染，而且造成水资源的极大浪费，已成为制约煤炭生产发展的重要因素之一。以内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗为例，伊金霍洛旗地处北温带干旱半干旱大陆性气候区，风大沙多、干旱少雨、蒸发强烈，多年平均降水量为343．2mm，平均蒸发量为2351．2mm，境内地表水与地下水资源较为紧缺。加之近年来全旗经济、社会的持续、快速发展，城镇建设、工业项目建设的力度不断加大，用水需求急剧增加，用水矛盾日益突出。解决水资源短缺问题，保障城镇居民生活用水和重点工业项目用水的安全，成为伊金霍洛旗当前迫切需要解决的实际问题。

本研究对部分煤矿井下废水进行了采样分析，并对典型水样进行了强化混凝特性试验。考察了混凝剂聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)投加量以及水样初始pH值对混凝出水浊度及SS浓度的影响。此外，通过检测混凝出水Zeta电位及电导率，进一步讨论PAC及PAM的混凝机理。研究结果对于煤矿井下废水处理及资源化利用具有较好的理论及实践意义。

1材料与方法

1．1仪器与药品：仪器：MY3000—6B普通型混凝试验搅拌仪；PHS一3E精密酸度计；DDS一307A电导率仪；SD9011色度仪；5B一3BH多参数水质快速测定仪；ZetasizerNanoZSZeta电位分析仪。药品：PAC，PAM，均为分析纯。

1．2混凝剂、助凝剂的配制：混凝剂的配制：准确称取PAC2．0g，加蒸馏水充分溶解。容量瓶定容至100mL，混匀。配制的混凝剂溶液倒入试剂瓶中保存。制得质量浓度为20g／L的PAC母液。

助凝剂的配制：准确称取PAM0．05g。加蒸馏水充分溶解，容量瓶定容至100mL，混匀。配制的助凝剂溶液倒入试剂瓶中保存。制得质量浓度为0．5∥L的PAM母液。

1．3试验方法：混凝试验在烧杯中进行，将从煤矿采取的井下废水样品摇匀，分别取300mL水样于6个500mL的烧杯中，并将烧杯放置于六联式普通型混凝试验搅拌器上；设置搅拌器快速搅拌(200r／min)2min，慢速搅拌(30r／min)20min；开启搅拌器的同时用移液枪向烧杯中快速加入PAC或PAM溶液：混凝试验快速搅拌和慢速搅拌完成后，将搅拌杆从水中提出，烧杯静置澄清30min；用注射器于液面下约1～2cm处取上清液，进行Zeta电位、pH值、浊度、SS、电导率等水质参数的测定。

1．4分析方法：浊度采用多参数水质分析仪测定；pH值、色度、电导率分别采用pH计、色度仪以及电导率仪测定：水样Zeta电位检测时向300mL配制好的水样中投加一定量混凝剂，快速搅拌使混凝剂充分混匀后，立即用注射器取适量水样于电位测量池中，在ZetasizerNano分析仪(马尔文)上测定电位值；SS浓度采用重量法测定。

2结果与讨论

2．1煤矿井下废水采样分析：对内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗东部矿区部分煤矿或煤矿生产企业废水进行了采样分析。检测结果如表1所示。

煤矿井下废水既具有地下水特征。又受到人为污染。水质特性主要受地质条件、煤层特性、采煤工艺的影响。煤矿井下废水中的主要污染物为采煤过程中煤粉和岩粉渗入水中形成的浓度较高的SS，水的颜色呈黑色。受采煤机械影响，废水中还含有一定的乳化油。此外。煤矿井下废水根据地质条件的不同，水质还可能呈现矿化物较高、CODo浓度较低以及呈现酸性等特点。对比GB20426—2006{煤炭工业污染物排放标准》中要求的采煤废水的排放限值(pH值为6．0～9．0、P(SS)≤50mg／L、p(CODo)≤50m#L，．p(石油类)≤5mg／L)，从表1可以看出，伊金霍洛旗东部矿区煤矿井下废水主要污染物为ss，除①和③号煤矿采煤废水经过井下水仓沉淀后排放外，其他煤矿井下废水的SS浓度均超出排放限值：有机污染和矿化度(电导率)均不高，属于较容易被处理的废水种类之一。混凝试验采用ss浓度较高的②号水样作为试验原水．分别考察初始pH值、混凝剂投加量以及助凝剂的投加量对混凝效果的影响。

2．2水样初始oH值对混凝效果的影响：调节水样初始pH值至一定值，考察水样初始pH值对PAC混凝效果的影响，结果如图1所示。

从图1可以看出，水样初始pH值在2．35～8．58范围内时，混凝出水浊度和SS浓度随水样初始pH值的增加逐渐升高，但增加幅度较小；当水样初始pH值大于8．58时，混凝出水浊度和SS浓度随水样初始pH值的增加有较显著的上升，即PAC在酸性条件下的混凝效果优于碱性环境。

pH值对混凝效果的影响主要与不同pH值条件下铝盐水解产物不同有关。低pH值(pH≤5．0)条件下铝盐主要以带正电的水解产物为主，如AI(OH)2+、A12(OH)2+、A13(0H)45+等。这些带正电的水解产物能够对颗粒发挥良好的压缩双电层和吸附电中和作用，从而使胶体颗粒脱稳；pH值为6．0～8．5时，水中主要存在AI(OH)，活性溶胶和一些具有较高聚合度的带正电水解产物。这些水解产物由于其本身的溶解性小或者具有较大的比表面积，易与颗粒物产生粘附架桥、网捕、共沉淀等作用。pH值大于8．5时，铝水解产物向A1(OH)4一等负离子形式转化，系统脱稳困难，混凝效果较差。在实际应用过程中。虽然偏酸性有助于PAC混凝效果的发挥．但增加幅度不大，且预先调节水样pH值会消耗一定酸，并增加工艺的复杂性，造成运行成本增加。对于煤矿井下废水．在水样碱性不太强(pH<9)的情况下，无需通过预先调节水样酸碱性以增强混凝效果。

2．3PAC投加量对混凝效果的影响：混凝剂投加量是影响混凝特性的重要因素之一，通过检测混凝后出水浊度、SS浓度考察混凝剂投加量对混凝效果的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，PAC投加量对出水浊度和SS浓度的影响表现出较为一致的变化趋势．这是因为对于性质相同或相近的水样，浊度与SS浓度之间存在较好的相关性。随着PAC投加量增至40m#L时。出水浊度和SS浓度随着PAC投加量的增加迅速降低：当PAC投加量在40～200mg／L时，出水浊度以及SS浓度变化不显著；此后，继续增加PAC投加量，水样逐渐出现浊度及SS浓度逐渐升高的反稳现象。

根据GB20426--2006中对SS的排放限值要求，在PAC的投加量为20～400mg／L范围内时，出水SS浓度均能达到要求。而从混凝效果考虑．最优混凝效果出现在PAC投加量为100mg／L时，此时．出水浊度、SS去除率分别达到99．3％和95．5％。

原标题：煤矿井下废水强化混凝特性研究

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