酸性礦井水中和沉淀法除鐵優(yōu)化
摘要：針對山西某煤礦高礦化度、高鐵酸性礦井水除鐵效果差、出水容易返色等問題，采用NaOH中和調(diào)pH、曝氣及化學(xué)氧化等處理工藝進(jìn)行酸性礦井水中和沉淀法除鐵優(yōu)化實驗研究。結(jié)果表明，采用NaOH中和沉淀法除鐵時，投加中和劑使出水pH達(dá)6.7以上時，出水中鐵含量低于10mg/L，滿足排放要求。對于本實驗廢水NaOH所需投加量為2.8g/L，鐵的去除率可達(dá)到99.75%；以H2O2對原水進(jìn)行氧化處理，可迅速將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），其用量與原水中Fe（Ⅱ）的含量成正比。當(dāng)其用量為1.6mL/L時，可將原水中的Fe（Ⅱ）完全轉(zhuǎn)化為Fe（Ⅲ），投加中和劑使出水pH達(dá)到4.5以上時，能使出水中鐵含量滿足排放要求。對于實驗廢水所需的NaOH投加量為2.0g/L，比直接中和沉淀所需的NaOH用量要節(jié)省28.6%。曝氣處理對原水中Fe（Ⅱ）的氧化效果不明顯。
酸性礦井水是由于在煤炭資源開采過程中，煤中的硫鐵礦（FeS2）與空氣、水及微生物作用，發(fā)生一系列物化、生化反應(yīng)而形成的呈酸性（一般PH＜5.5）的地下礦井水，其反應(yīng)機(jī)理如式1所示。
2FeS2（S）+7O2（g）+2H2O（L）→2Fe2+（Aq）+4SO2－4（Aq）+4H+（Aq）（1）
酸性礦井水通常具有高礦化度、高硬度和較低懸浮物含量等特征，其主要含有Fe2+、Fe3+、CA2+、Mg2+、SO2－4等離子，而且其還原性的亞鐵離子所占比例一般較大。此類廢水若不經(jīng)過處理直接排放，不僅會造成大量的水及有價礦產(chǎn)資源的浪費，同時也會對礦區(qū)周圍的農(nóng)田和地表水系造成污染。
傳統(tǒng)的處理方法是采用中和沉淀法，通過投加大量堿性物質(zhì)如生石灰來增大廢水的PH值，使溶解性的金屬離子水解沉淀下來。但此法不僅要消耗大量的堿，而且操作不方便，需將固體生石灰或燒堿（或其濃溶液）直接投加，造成混合反應(yīng)不充分，往往達(dá)不到酸性礦井水的沉淀反應(yīng)PH要求，很難將Fe（Ⅱ）等二價金屬元素完全沉淀去除，出水中剩余Fe（Ⅱ）的氧化使水容易出現(xiàn)返色現(xiàn)象，造成出水色度升高，不能達(dá)標(biāo)排放。另外，此法產(chǎn)泥量大，處理成本高，同時還浪費大量金屬資源。因此，對酸性礦井水中鐵的中和沉淀去除方法進(jìn)行工藝實驗改進(jìn)具有重要的現(xiàn)實意義。
對于高鐵酸性礦井水有效的處理方法是利用二價鐵與三價鐵離子沉淀PH值的差異，先將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），使Fe（Ⅲ）水解，然后將PH調(diào)節(jié)到8.5～9.5進(jìn)行中和沉淀，以充分實現(xiàn)對鐵的去除，使出水鐵含量滿足10mg/L以下的出水水質(zhì)排放要求。
這樣既可節(jié)約中和劑用量，又能減少污泥的量。本文在某酸性礦井水原有的中和-絮凝-沉淀處理工藝流程基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有處理工藝存在的問題，提出在中和反應(yīng)處理之前增加氧化處理的新的改進(jìn)措施，以H2O2作為氧化劑，將酸性礦井水中的Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），然后再進(jìn)行中和沉淀處理，以達(dá)到完全去除水中高含量的鐵和減少堿的用量、節(jié)約成本的目的。
實驗研究內(nèi)容主要包括3個方面：（1）考察了NAOH單獨中和酸性礦井水除鐵的效果及最佳投加量；（2）對H2O2氧化中和與直接中和兩種方法的除鐵效果進(jìn)行了對比；（3）比較了投加H2O2和曝氣氧化等兩種處理方式對Fe（Ⅱ）轉(zhuǎn)化為Fe（Ⅲ）的效果以及PH值對Fe（Ⅱ）轉(zhuǎn)化效率的影響。
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