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酸性煤矿废水处理工艺

煤矿酸性废水是我国煤矿废水污染中对生态环境破坏最大的污染源之一，其对煤

矿的排水设施、钢轨及其他机电设备均具有很强的腐蚀性，严重时危害矿工安全，

影响井下采煤生产。若直接排放，将污染地表水和地下水资源及土地资源，危害

农作物、水生生物和人类健康，还会使矿区地下水资源大面积疏干，造成地下水

的浪费。综上所述，煤矿酸性废水因其量大、面广、污染严重、治理程度低而成

为制约煤矿可持续发展的一大障碍。

煤矿酸性废水的形成过程非常复杂，是煤层中夹杂的硫铁矿经过一系列氧化、水

解等反应后生成的，是一系列物理、化学和生物过程相互作用的结果。其形成机

制为：①在氧和水存在的条件下，煤层或岩层中硫铁矿被氧化，生成硫酸和亚铁

离子；②在酸性条件下，亚铁离子被进一步氧化为铁离子；③由于铁和锰离子的

水解，增加了矿井水的酸度。

1试验材料和方法

1．1试验材料

仪器：ZR4—4混凝试验搅拌机，增氧泵（山本8000），电感耦合等离子光谱发

生仪（ICP-OESPE2100DV）。

药品：多糖生物絮凝剂，工业用石灰，水样：贵州某酸性矿井废水，水体透明呈

淡黄色，长时间暴露空气中后呈红褐色，其水质指标见表1。

1．2试验方法

铁锰去除率的测定方法：向500mL烧杯中加入200mL待测水样，调节pH，向水

样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，同时曝气。加入多糖生物絮凝剂（15g

／L，下同），用ZR4—4混凝试验搅拌机以150r／min的转速搅拌30s后，静置

1min，取水样的上清液，用电感耦合等离子光谱发生仪测定其中的铁和锰含量，

其去除率（％）计算式分别见式（1）、式（2）。

铁去除率＝［（AFe－BFe）／AFe］×100％（1）

AFe——原水水样中的铁含量，mg／L；

BFe——处理后上清液中的铁含量，mg／L。

锰去除率＝［（AMn－BMn）／AMn］×100％（2）

AMn——原水水样中的锰含量，mg／L；

BMn——处理后上清液中的锰含量，mg／L。

2试验结果与讨论

2．1pH对铁、锰去除率的影响

取200mL原水，向水样中滴加石灰乳直至水样不再出现绿色，继续添加石灰乳，

分别调节pH为6、7、8、9、10、11、12，水气比1∶15，曝气10min后，加入

0．4mL15g／L多糖生物絮凝剂，以150r／min的转速搅拌30s，静置沉淀1min

后取上清液测定金属含量，并计算出铁、锰的去除率，相关试验结果见图1。

由图1可知，pH对铁、锰去除率有较大影响，随着pH的升高，铁、锰去除率

逐渐增大，这是由于pH的增高促进了氢氧化铁、氢氧化锰沉淀的生成及絮凝剂

分子链上－OH和－COO－的水解，使分子链伸展，并通过改变絮凝剂分子和胶体

颗粒的表面电荷，从而有效的对氢氧化铁、氢氧化锰颗粒进行吸附架桥。当pH达

到8时，铁的去除率达到最大，为99．99％，此时锰的去除率为87．65％。可

能由于氢氧化锰的溶度积较氢氧化铁的大，锰的去除率在pH为9时达到最大，

为99．01％。当pH高于9时，铁去除率开始下降。由于该废水原水pH分别为

3．1，需投加碱调节pH，且pH分别为9、10时锰去除率均为99％，低于《地表

水环境质量标准》（GB3838—2002）中锰含量小于0．1mg／L的标准，考虑到

废水处理成本问题，确定最佳的pH为9，此时石灰添加量为0．6g，即单位废水

添加量为3kg／m3。

2．2多糖生物絮凝剂投加量对铁、锰去除率的影响

取200mL水样，调节pH为9，气水比1∶15的条件下曝气10min后，分别加

入0．1mL、0．2mL、0．3mL、0．4mL、0．5mL、0．6mL多糖生物絮凝剂，废水

中生物絮凝剂的相应浓度为7．5mg／L、15mg／L、22．5mg／L、30mg／L、37．5mg

／L、45mg／L，以150r／min的转速搅拌30s，静置沉淀1min后取上清液测定

金属含量，并计算相关试验结果，见图2。

由图2可知，随着絮凝剂投加量的增加，铁、锰去除率逐渐增加。多糖生物絮凝

剂对该废水中铁、锰的去除效果极佳，极低的用量就可使铁浓度降至0．03mg／

L以下，去除率高达99．9％，锰