二次混凝+沉淀工藝處理礦井水巖粉工藝研究

二次混凝+沉淀工藝處理礦井水巖粉工藝研究

0次混凝+沉淀工藝井水是煤炭開采過程中產(chǎn)生的特殊廢水。它的水質(zhì)與普通地表水和地下水的水質(zhì)顯著不同，具有明顯的煤炭特點(diǎn)。通常采用混凝沉淀+過濾工藝去除礦井水中懸浮物，能夠達(dá)到回用的水質(zhì)要求。但是，不同煤礦的礦井水水質(zhì)有很大差異，某些高懸浮物或高巖粉礦井水常規(guī)處理效果較差，或需要大量的混凝藥劑，為此針對(duì)具體礦井水進(jìn)行混凝試驗(yàn)確定最佳混凝劑、助凝劑和投加方式，具有一定實(shí)用價(jià)值二次混凝+沉淀工藝是基于接觸絮凝、絮體的破碎與再生的理論產(chǎn)生的。其機(jī)理是在第一次混凝時(shí)，水中一部分膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚到一起形成絮體，當(dāng)?shù)诙位炷龝r(shí)，這些微小絮體就能進(jìn)一步吸附、接觸碰撞、接觸絮凝原水中剩余的細(xì)小顆粒，加強(qiáng)了懸浮物的去除本文針對(duì)河北某礦高巖粉礦井水進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，考察混凝劑與助凝劑種類、投加方式與投加量對(duì)處理效果的影響，為實(shí)際工程提供技術(shù)支撐。1材料和方法1.1地質(zhì)及檢測(cè)元素組合試驗(yàn)水樣取自河北某礦井，水質(zhì)指標(biāo)為:濁度320～360NTU，懸浮物含量為380～410mg/L，其中巖粉含量較高，預(yù)沉后水質(zhì)發(fā)白，經(jīng)檢測(cè)元素組合為O-Si-Al-K，初步判斷為伊利石。1.2試驗(yàn)儀器及儀器試驗(yàn)選用混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁鐵(PAFC)、硫酸鋁(Al試驗(yàn)儀器:ZR4-6混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)(深圳中潤(rùn));HACH2100AN型臺(tái)式濁度儀。1.3混凝劑和助凝劑的篩選采用燒杯攪拌靜態(tài)單因素試驗(yàn)。將采取的礦井水樣搖勻，分別取1000mL水樣于6個(gè)1000mL燒杯中，將燒杯放置在六聯(lián)混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)上，水力條件及加藥方式:一次加藥，快速攪拌1min，轉(zhuǎn)速120r/min;慢速攪拌10min，轉(zhuǎn)速60r/min;靜置沉淀10min。靜置沉淀后用移液槍于液面下1～2cm處吸取上清液進(jìn)行濁度測(cè)定，篩選出最佳的混凝劑與助凝劑。使用最佳的混凝劑與助凝劑通過單因素法控制不同的投加方式、投加量進(jìn)行二次混凝+沉淀試驗(yàn)，水力條件及加藥方式為:一次加藥，快速攪拌1min，轉(zhuǎn)速120r/min;慢速攪拌10min，轉(zhuǎn)速60r/min;靜置沉淀10min;二次加藥，快速攪拌1min，轉(zhuǎn)速120r/min;慢速攪拌10min，轉(zhuǎn)速60r/min;靜置沉淀10min。篩選出最佳試驗(yàn)條件。2結(jié)果與討論2.1混凝劑投加量對(duì)濁度去除率的影響5種混凝劑對(duì)礦井水濁度去除率的影響如圖1所示。圖1表明，隨著投加量的增大，5種混凝劑的濁度去除率均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。其中PAC和PAFC對(duì)濁度的去除效果接近，優(yōu)于其他3種混凝劑，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，確定最佳混凝劑為PAC，最佳投加量為170mg/L。2.2助凝劑的選擇以最佳PAC投加量為基礎(chǔ)，分別測(cè)試陽離子型PAM、陰離子型PAM投加量對(duì)礦井水濁度去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在投加量為0.4～0.6mg/L之間時(shí)，兩種類型的PAM濁度去除率均呈上升的趨勢(shì)，在0.6mg/L之后開始下降?？傮w來說，陰離子型PAM的濁度去除率高于陽離子型PAM。因此，最佳助凝劑為陰離子型PAM。當(dāng)PAC投加量為170mg/L，陰離子型PAM投加量為0.6mg/L時(shí)，礦井水出水濁度為4.6NTU，濁度去除率為98.7%。以上混凝劑投加量明顯高于常規(guī)礦井水混凝加藥量，為了減少藥劑投加量，采用二次混凝+沉淀工藝進(jìn)行試驗(yàn)。2.3不同投加方式對(duì)礦井水濁度去除率的影響使用PAC與陰離子型PAM進(jìn)行二次混凝+沉淀試驗(yàn)，根據(jù)常規(guī)礦井水處理PAC投加量一般在50～100mg/L，為此，在PAC投加量為100mg/L、PAM投加量為0.6mg/L的基礎(chǔ)上，分別考察第一組:一次投加50mg/LPAC、二次投加50mg/LPAC+0.6mg/LPAM;第二組:一次投加40mg/LPAC、二次投加60mg/LPAC+0.6mg/LPAM;第三組:一次投加60mg/LPAC、二次投加40mg/LPAC+0.6mg/LPAM;第四組:一次投加80mg/LPAC、二次投加20mg/LPAC+0.6mg/LPAM;第五組:一次投加20mg/LPAC、二次投加80mg/LPAC+0.6mg/LPAM;5種投加方式對(duì)礦井水濁度去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，一次投加80mg/LPAC、二次投加20mg/LPAC+0.6mg/LPAM效果最好。2.4次投加pam、二次混凝時(shí)投加方式對(duì)原廢水去除率的影響在PAC一次投加80mg/L、二次投加20mg/L的基礎(chǔ)上，考察助凝劑陰離子型PAM投加量為0.6mg/L的分配方式。第一組:一次投加0.2mg/LPAM、二次投加0.4mg/LPAM;第二組:一次投加0.4mg/LPAM、二次投加0.2mg/LPAM;第三組:一次投加0.3mg/LPAM、二次投加0.3mg/LPAM;第四組:一次不投加PAM、二次投加0.6mg/LPAM四種投加方式對(duì)礦井水濁度去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，只在二次混凝時(shí)投加PAM的方式對(duì)原水濁度的去除率高于在一、二次混凝時(shí)均投加PAM的方式。原因是在一次混凝時(shí)，PAC水解后的產(chǎn)物能通過壓縮雙電層、電性中和的作用使膠體脫穩(wěn)而聚集，此時(shí)投加一定量的PAM雖然能促進(jìn)混凝效果，但是當(dāng)?shù)诙位炷龝r(shí)，這些絮凝體又會(huì)因?yàn)閿嚢鑿?qiáng)度過大而破碎。因此，在控制PAM投加量不變的情況下，只在二次混凝時(shí)投加的方式對(duì)原水濁度的去除效率更高。2.5混凝劑最佳投加量確定在二次混凝投加20mg/LPAC+0.6mg/LPAM基礎(chǔ)上，考察一次混凝PAC投加量對(duì)礦井水出水濁度及濁度去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨著一次混凝時(shí)PAC投加量的增加，出水濁度不斷降低，濁度去除率不斷提高，當(dāng)投加量超過100mg/L時(shí)，濁度去除率的增長(zhǎng)速率逐漸緩慢。因此，確定一次混凝PAC最佳投加量為100mg/L。此時(shí)，出水濁度降為4.6NTU，濁度去除率高達(dá)98.7%，與一次混凝沉淀相同處理效果比較，PAC投加量減少了50mg/L(29.4%)。2.6pam投加量試驗(yàn)在一次混凝投加100mg/LPAC、二次混凝投加20mg/LPAC的基礎(chǔ)上，考察陰離子型PAM的投加量對(duì)礦井水出水濁度及濁度去除率的影響，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)陰離子型PAM投加量在0.4～0.6mg/L之間時(shí)，礦井水出水濁度持續(xù)下降，濁度去除率不斷升高。當(dāng)投加量超過0.6mg/L時(shí)，出水濁度呈緩慢上升的趨勢(shì)，濁度去除率呈緩慢下降的趨勢(shì)。原因是PAM作為一種有機(jī)高分子聚合物質(zhì)，具有較大的分子鏈結(jié)構(gòu)，其分子鏈上有能強(qiáng)烈吸附懸浮物的官能團(tuán)，從而起到吸附架橋的作用。但當(dāng)PAM投加量過多時(shí)，膠體顆粒間就會(huì)就會(huì)被其水解產(chǎn)生的高分子鏈覆蓋，從而產(chǎn)生“膠體保護(hù)現(xiàn)象”，使膠體顆粒無法脫穩(wěn)。因此，確定陰離子型PAM最佳投加量為0.6mg/L。3次混凝+沉淀工藝投加量結(jié)果采用燒杯攪拌靜態(tài)單因素試驗(yàn)對(duì)河北某礦高巖粉礦井水(原水濁度為340NTU)進(jìn)行試驗(yàn)研究。得出結(jié)論如下:(2)最佳投加方式和最佳投加量為:一次投加PAC100mg/L、二次投加PAC20mg/L+陰離子