矿井水处理中，影响絮凝剂PAC絮凝效果的因素研究
《影响絮凝剂PAC在矿井水处理中絮凝效果因素的研究》
矿井水成分复杂，研究PAC在其中的絮凝效果影响因素意义重大。首先，矿井水的pH值影响显著。过酸或过碱环境会改变PAC水解产物的形态和电荷，偏离最佳pH范围时，絮凝效果大打折扣。其次，PAC的投加量是关键因素。投加量不足难以有效中和悬浮物电荷，实现凝聚；而过量投加可能导致再稳现象。再者，矿井水中悬浮物的性质如粒度、浓度等影响絮凝。小粒度、高浓度悬浮物可能需要更多PAC或特定的反应条件才能达到良好絮凝。此外，搅拌强度和时间也不容忽视，适度搅拌能促进PAC与悬浮物接触，但过度搅拌会破坏已形成的絮体。
作者：张凯 李中和 任鹏 门东坡
【摘 要】肥城大封煤矿由于水质突变含铁量高达690mg/L，不能满足大封煤矸电厂的用水标准，试验中通过接触氧化法处理可以使水质达标，在接触氧化前需加入絮凝剂减少接触氧化的负荷、提高接触氧化的效率。本文以肥城大封煤矿矿井水为例，通过一系列絮凝试验研究在矿井水处理中影响絮凝剂PAC最优GT值的因素，从而确定在处理肥城大封煤矿矿井水时最佳投入量，最佳pH值和最佳反应时间，最后确定投加絮凝剂各种参数。
【关键词】矿井水处理 絮凝 PAC 最优GT值
大封煤矸石电厂利用已关闭的大封煤矿场地建设，并利用大封煤矿高达9600m3/d的矿井水作为电厂的主要水源，矿井水的水质能够满足相应工业用水水质标准。由于尚未查明的原因，近期大封矿井水水质发生突变，成为高含铁、高含锰、酸性矿井水。热电厂是用水量较大的行业，大封矸石热电厂补充水量约为300m3/h，折合约7200m3/d。由于本矿井水的铁离子含量特高，在曝气、调整pH值后会产生大量三价铁离子沉淀，如果不及时分离出去，沉淀不但会影响下一步水样与锰砂接触氧化的反应速率，还会加重锰砂滤池的过滤负荷，缩短反冲洗时间周期，因此必须通过絮凝和混凝将已经产生的沉淀加快分离，使接触氧化滤池仅仅处理“纯净的”含铁离子矿井水。本环节属于物理分离。煤粉颗粒直径相差悬殊，比重轻，与一般无机混凝剂亲和能力较弱，不易形成密实矾花，因此，投加量及反应的水力条件（GT值）直接影响着处理效果和运行成本，进行这方面的试验研究对指导设计和生产具有重要意义。
1实验装置和方法
混凝试验装置采用MY—6K智能型混凝试验搅拌仪，浊度测定采用Turh550浊度仪，确定转速150r/min，反应结束后静沉15min，然后取其上清液确定有关水质指标。
过滤实验装置直径为20mm的有机玻璃管，总长2m，底部设孔径为0.5mm的尼龙布网，内装800mm的滤料，过滤后水用直径为8硅胶管从滤柱底部引出，改变滤料、滤速等，测定有关水质指标。
实验过程中监测的主要指标为上清液含铁量。
2.1pH值对絮凝效果的影响
选用无机高分子絮凝剂PAC。取四组500ml水样，控制水温恒定，加入PAC絮凝剂1ml然后将四组水样放在六联电动搅拌器上先以150r/min的转速搅拌1min，期间分别调节溶液pH值巍为4、5、6、7、8、9，再以40r/min的转速搅拌10 min，再静置沉淀15 min。观察上清液含铁量效果，判断最佳絮凝效果时的pH值。测定沉淀后上清液含铁量见下图。
实验结果分析：随着pH值的升高上清液含铁量先是降低，之后又随之缓慢升高。说明并不是pH越高絮凝的沉降效果越好，观察图表可知在pH值为7时，上清液含铁量为12.1mg/L为最低，达到最佳絮凝效果，从而由图表可以判断出PAC絮凝剂在pH为7的时候使用效果最佳.
2.2反应时间对絮凝效果的影响
由上表可知pH=7时达到最佳絮凝效果，现固定pH=7，加入PAC絮凝剂1ml，然后将水样放在六联电动搅拌器上150r/min的转速搅拌1min，然后在不同反应时间时测剩余浊度，得出剩余浊度与不同反应时间变化曲线见图。
由图可知，开始随着反应时间的增加上层清液含铁量不断下降，反应时间在15 s-1到25 s-1之间时上清液含铁量大幅度下降，并且在25s-1左右时出现拐点，之后随着反应时间的增加，上层清液含铁量变化并不大，不能达到最佳效率，从经济效率和实际情况出发可知反应时间为25 s-1时可以获得最佳反应时间。反应时间根据建厂后工艺运行的效果进行微调。
2.3混凝剂投加量对最优G值的影响
实验选用无机高分子絮凝剂PAC。取四组500ml水样，分别用微量滴碱法调节pH至7.0，然后将四组水样放在六联电动搅拌器上先以150r/min的转速搅拌1min，期间分别加入1%的PAC 0.1ml、0.3ml、0.5ml、1.0 ml、2.0 ml、3.0 ml，再以40r/min的转速搅拌10 min，再静置沉淀15 min。观察记录上清液含铁量变化如下图：
观察效果为投加0.5mlPAC时效果最好，0.5ml之前由于投药量少，水中悬浮颗粒脱稳不充分，水中形成的矾花疏松，随着投药量的增加，沉降速度快、沉淀成厚度最低，沉淀压缩的最密实。投药量增加效果反而降低可能是铝盐在水样中部分水解形成胶体所致。测定沉淀后上清液含量见图。
3 结论
通过试验确定肥城大封煤矿矿井水处理的碱式氯化铝PAC，最佳投药量为0.5ml，最佳pH值为7，最佳反应时间为25 s-1。
参考文献：
[1]胡文荣.煤矿矿井水及废水处理利用技术[M].北京：煤炭工业出版社，1998.
[2]严煦世.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999，339-340.
[3]冯启言，王华,李向东，等.华东地区矿井水的水质特征与资源化技术[J] . 中国矿业大学学报，2004，33(2)：193-196.
[4]FENG Qi2yan，WAN G Hua，L I Xiang2dong，et al. Characteristics and utilization of mine water in eastchina [J].Journal of China University of Mining &Technology, 2004，33，(2)：193-196.
[5]崔俊华，李福勤，华玉芝.常规矿井水混凝最优GT值研究[J].煤矿环境保护，2000，14(3)：33-34. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/14025.htm