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摘要：采用石灰—聚合氯化鋁混凝法，石灰—硅藻精土，納濾膜法對(duì)高硬度礦井水中的硫酸根進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：石灰—聚合氯化鋁混凝法由于受石灰自身溶度積的影響對(duì)硫酸根的去除率不高，石灰—硅藻凈土價(jià)格低廉，受自身影響小，故去除效率要高于石灰—聚合氯化鋁混凝法，且經(jīng)濟(jì)性能高。納濾膜法去除高硬度礦井水，處理效果極佳，去除效率高，且不用引入雜質(zhì)離子。
論文關(guān)鍵詞：混凝法,納濾膜,硫酸根,總硬度

　　礦井水是煤炭開(kāi)采過(guò)程中涌出的地下水，經(jīng)井下各巷道集中至井下水倉(cāng)后排至井上地面。山西煤礦礦井水水質(zhì)特性為：礦化度較高，硬度大，部分礦井水呈酸性。經(jīng)研究[1]，煤礦酸性礦井水的酸度來(lái)自于煤層及其圍巖中含硫化物的氧化，其中黃鐵礦（FeS2）氧化產(chǎn)生的H2SO4酸度及氧化產(chǎn)物FeS04，F(xiàn)e2(S04)3水解產(chǎn)生的酸度起主導(dǎo)作用。同時(shí)，水中硫酸根的存在是造成水中永久性硬度指標(biāo)高和礦化度高的主要原因。大量S042-的排放將使接受水體產(chǎn)生礦化作用；水中溶解的硫酸鹽對(duì)水泥中游離石灰產(chǎn)生硫酸鹽化作用，侵蝕混凝土；水體中S042-在缺氧狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生反硫化作用，產(chǎn)物H2 S對(duì)排水管道產(chǎn)生腐蝕作用[2]。此外，水中的S042-是硫酸鹽還原菌得以快速生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)源，也容易導(dǎo)致其他金屬離子特別是重金屬離子溶于水中。因此，隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的提高，去除水中的硫酸根越來(lái)越受到重視。筆者采用熟石灰一聚合氯化鋁混凝、熟石灰一硅藻水、納濾膜進(jìn)行硫酸根的去除對(duì)比研究。對(duì)不同方法處理后的礦井水進(jìn)行硫酸根含量的測(cè)定，硫酸根含量的測(cè)定采用硫酸鋇重量法。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　本實(shí)驗(yàn)按照礦井水巾污染物含量配制原水。具體配制如下[3]：

　　經(jīng)實(shí)測(cè)，實(shí)驗(yàn)所用自來(lái)水中的總硬度為232 mg/L(以CaCO3，計(jì))，其中Ca2+質(zhì)量濃度為150 mg/L，Mg2+質(zhì)量濃度為82 mg/L，自來(lái)水中的S042-質(zhì)量濃度為41mg/L。因此，經(jīng)計(jì)算在1L自來(lái)水中加入：360.75 mg/L的CaCl2，229.58mg/L的MgCl2以及531.03mg/L的Na2SO4，配制出來(lái)的原水濃度為：p(Ca2+)=280 mg/L，p(Mg2+)=140mg/L，p(S042-)=400 mg/L。

　　1.1 儀器及試劑

　　儀器：六聯(lián)攪拌器、PH酸度計(jì)、高精度電子天平、容量瓶（100mL、1000mL）、燒杯(500mL、1000mL)、錐形瓶300mL、漏斗d=10cm、定量濾紙（d=12.5cm）、電爐、水浴鍋、干燥器、研磨器、馬弗爐（最高溫度1200℃）。

　　藥劑：氯化鋇溶液：稱取5 g分析純二水合氯化鋇，溶于100mL蒸餾水巾；硝酸銀試劑，稱取4.25g化學(xué)純硝酸銀及0.25mL濃硝酸，溶于250mL蒸餾水中；氫氧化鈣，聚合氯化鋁，硅藻精土，1 +1鹽酸，0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))甲基紅指示劑，硝酸銀試劑。

　　1.2石灰一聚合攝化鋁混凝法去除硫酸根

　　1.2.1實(shí)驗(yàn)原理

　　向礦井水中投加熟石灰，其中Ca2+和SO42-發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4微溶物，然后投加聚合氯化鋁高分子混凝劑，通過(guò)壓縮雙層、吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理作用，使水中細(xì)微懸浮粒子和膠體粒子脫穩(wěn)、聚集、絮凝、混凝、沉淀、達(dá)到凈化處理效果。

　　1.2.2試驗(yàn)方法

　�。�1）取5個(gè)500mL的燒杯，依次編號(hào)為l號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，6號(hào)。將配制好的原水分別倒人6個(gè)燒杯，每只燒杯200 mL。

　　（2）6個(gè)燒杯中水樣調(diào)節(jié)pH值在7-9時(shí)。6個(gè)燒杯中每杯中加入的藥劑分別為：500 mg，l000 mg，l500 mg，2000mg，2500 mg，3000 mg用六聯(lián)攪拌器攪拌，先高速(250 r/min)攪拌l min，然后慢速(60 r/min)攪拌20min,靜置24 h。

　�。�3）待6個(gè)燒杯的礬花完全沉淀后，依次將燒杯中的溶液用漏斗、濾紙過(guò)濾到錐形瓶中，并編號(hào)。

　�。�4）用硫酸鋇重量法測(cè)量各錐形瓶巾硫酸根離子的濃度并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

　　礦井水鹽度測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

　　表1 [SO42-]=400mg/L的礦井水鹽度測(cè)定

　　

　　由表1可以看出，[SO42-]=400mg/L的礦井水水樣藥品投加量熟石灰2000mg/L,PAC為50mg/L時(shí)對(duì)硫酸根和總硬度的去除效果最好。

　　1.3 熟石灰—硅藻凈土去除礦井水中的硫酸根

　　1.3.1 實(shí)驗(yàn)原理

　　向礦井水中投加熟石灰，其中Ca2+和SO42-發(fā)生反應(yīng)生成CaSO4微溶物，然后投加硅藻凈土，污染物被快速物理絮凝、沉淀，因硅藻比表面積為60m2/g，具有較強(qiáng)的吸附力，把超細(xì)微粒物質(zhì)吸附到硅藻表面，瞬間下沉與水體分離，達(dá)到凈化處理效果。另外，納米微孔具有自身脫水的功能，經(jīng)脫水設(shè)備脫水，沉渣成餅狀裝袋，可再生利用。

　　1.3.2試驗(yàn)方法

　�。�1）取5個(gè)500mL的燒杯，依次編號(hào)為l號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)，6號(hào)。將配制好的原水分別倒人6個(gè)燒杯，每只燒杯200 mL。

　�。�2）6個(gè)燒杯中水樣調(diào)節(jié)pH值在7-9時(shí)。5個(gè)燒杯中每杯中加入的藥劑分別為：500 mg，l 000 mg，l 500 mg，2 000mg，2 500 mg,3000g用六聯(lián)攪拌器攪拌，先高速(250 r/min)攪拌l min，然后慢速(60 r／min)攪20min，靜置24 h。

　�。�3）待6個(gè)燒杯的礬花完全沉淀后，依次將燒杯中的溶液用漏斗、濾紙過(guò)濾到錐形瓶中，并編號(hào)。

　　（4）用硫酸鋇重量法測(cè)量各錐形瓶中硫酸根離子的濃度并記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

　　礦井水鹽度測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

　　表2 [SO42-]=400mg/L的礦井水鹽度測(cè)定結(jié)果

　　

　　

　　由表2和圖2可以看出，[SO42-]=400mg/L的礦井水水樣藥品投加量熟石灰為1500mg/L，硅藻精土為40mg/L時(shí)對(duì)硫酸根和總硬度的去除效果最好。

　　1.4納濾膜法去除礦井水中的硫酸根

　　1.4.1實(shí)驗(yàn)原理

　　納濾是一種利用膜分離技術(shù)的篩分過(guò)程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)?shù)V井水流過(guò)膜表面時(shí)，超濾膜表面密布的許多細(xì)小的微孔只允許水及小分子物質(zhì)通過(guò)而成為透過(guò)液，而礦井水中體積大于膜表面微孔徑的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)原水的凈化、分離和濃縮的目的。

　　1.4.2試驗(yàn)方法

　　取[SO42-]=400mg/L，總硬度=1200mg/L的礦井水水樣,通過(guò)納濾膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3

　　表3 [SO42-]的礦井水通過(guò)納濾膜的測(cè)定結(jié)果

　　

　　2 結(jié)論

　�。�1）采用石灰一聚合氯化鋁混凝法去除SO42-，由于受石灰自身溶度積的限制，SO42-只能部分去除，達(dá)到平衡后反應(yīng)不能再繼續(xù)進(jìn)行；

　�。�2）采用石灰一硅藻精土去除礦井水中的硫酸根，在pH為11.5左右時(shí)，去除效果明顯比石灰—聚合氯化鋁效果好。

　�。�3）采用納濾膜法處理硫酸根，技術(shù)成熟，方法簡(jiǎn)單，SO42-去除率能達(dá)到90%以上，且不引入雜質(zhì)離子，同時(shí)可以去除水質(zhì)中的陽(yáng)離子，是一種可行、經(jīng)濟(jì)的脫鹽工藝。

　�。�4）在達(dá)到最佳配比時(shí)，出水水質(zhì)符合中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部《生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評(píng)價(jià)規(guī)—般水質(zhì)處理器》的出水水質(zhì)要求，出水可以直接飲用。
參考文獻(xiàn)：
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