酸性矿井水中和沉淀法除铁优化

Posted 2023-01-11 酸性

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摘要：针对山西某煤矿高矿化度、高铁酸性矿井水除铁效果差、出水容易返色等问题，采用NaOH中和调pH、曝气及化学氧化等处理工艺进行酸性矿井水中和沉淀法除铁优化实验研究。结果表明，采用NaOH中和沉淀法除铁时，投加中和剂使出水pH达6.7以上时，出水中铁含量低于10 mg/L，满足排放要求。对于本实验废水NaOH所需投加量为2.8 g/L，铁的去除率可达到99.75%；以H2O2对原水进行氧化处理，可迅速将Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），其用量与原水中Fe（Ⅱ）的含量成正比。当其用量为1.6 mL/L时，可将原水中的Fe（Ⅱ）完全转化为Fe（Ⅲ），投加中和剂使出水pH达到4.5以上时，能使出水中铁含量满足排放要求。对于实验废水所需的NaOH投加量为2.0 g/L，比直接中和沉淀所需的NaOH用量要节省28.6%。曝气处理对原水中Fe（Ⅱ）的氧化效果不明显。

酸性矿井水是由于在煤炭资源开采过程中，煤中的硫铁矿（FeS2）与空气、水及微生物作用，发生一系列物化、生化反应而形成的呈酸性（一般PH＜5.5）的地下矿井水，其反应机理如式1所示。

2FeS2（S）+7O2（g）+2H2O（L）→2Fe2+（Aq）+4SO2－4（Aq）+4H+（Aq）（1）

酸性矿井水通常具有高矿化度、高硬度和较低悬浮物含量等特征，其主要含有Fe2+、Fe3+、CA2+、Mg2+、SO2－4等离子，而且其还原性的亚铁离子所占比例一般较大。此类废水若不经过处理直接排放，不仅会造成大量的水及有价矿产资源的浪费，同时也会对矿区周围的农田和地表水系造成污染。

传统的处理方法是采用中和沉淀法，通过投加大量碱性物质如生石灰来增大废水的PH值，使溶解性的金属离子水解沉淀下来。但此法不仅要消耗大量的碱，而且操作不方便，需将固体生石灰或烧碱（或其浓溶液）直接投加，造成混合反应不充分，往往达不到酸性矿井水的沉淀反应PH要求，很难将Fe（Ⅱ）等二价金属元素完全沉淀去除，出水中剩余Fe（Ⅱ）的氧化使水容易出现返色现象，造成出水色度升高，不能达标排放。另外，此法产泥量大，处理成本高，同时还浪费大量金属资源。因此，对酸性矿井水中铁的中和沉淀去除方法进行工艺实验改进具有重要的现实意义。

对于高铁酸性矿井水有效的处理方法是利用二价铁与三价铁离子沉淀PH值的差异，先将Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），使Fe（Ⅲ）水解，然后将PH调节到8.5～9.5进行中和沉淀，以充分实现对铁的去除，使出水铁含量满足10mg/L以下的出水水质排放要求。

这样既可节约中和剂用量，又能减少污泥的量。本文在某酸性矿井水原有的中和-絮凝-沉淀处理工艺流程基础上，针对现有处理工艺存在的问题，提出在中和反应处理之前增加氧化处理的新的改进措施，以H2O2作为氧化剂，将酸性矿井水中的Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），然后再进行中和沉淀处理，以达到完全去除水中高含量的铁和减少碱的用量、节约成本的目的。。

实验研究内容主要包括3个方面：（1）考察了NAOH单独中和酸性矿井水除铁的效果及最佳投加量；（2）对H2O2氧化中和与直接中和两种方法的除铁效果进行了对比；（3）比较了投加H2O2和曝气氧化等两种处理方式对Fe（Ⅱ）转化为Fe（Ⅲ）的效果以及PH值对Fe（Ⅱ）转化效率的影响。

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