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矿井污水氟化物处理分析

时间:2022-01-07 20:03:04 | 作者:小编
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摘要:在煤矿产品生产制造过程中,会排出大量矿井水,并于水岩相互作用的影响下形成矿井污水。此类矿井污水氟含量相对较高,未经除氟处理前被利用,或排入地下,会导致饮用主体患病,或造成地下水污染。因此,以矿井污水作为研究对象,探讨与其相关的氟化物处理与分析问题。首先,概述了氟化物处理工艺。其次,结合某矿井污水氟化物处理项目,介绍了矿井污水处理工艺,剖析了新增除氟工艺。最后,在分析活性氧化铝除氟滤池设计与滤料再生系统设计后,对全文进行了总结。

关键词:矿井污水;氟化物处理;分析

在天然水体之中,氟化物的存在相对广泛,当该物质浓度超标后会产生相应的危害,根据饮用主体、使用对象的不同,其危害程度也存在差异。以矿井污水为例,它与矿区生产用水、生活用水相关联,一旦发生氟超标现象,后果不堪设想。所以,在矿井污水处理方面,设置了相对严格的标准,需要使其满足地表水三类标准,同时,要求氟化物的质量浓度被严格控制1.0mg/L。现阶段,对矿井污水氟化物的检测技术相对多元、处理方式比较多样。本文以活性氧化铝除氟工艺为主展开具体讨论。

1氟化物处理工艺概述

1.1除氟方法

现阶段,国际市场、本土市场的除氟方法基本处于同一发展水平。主要包括以下几类:①化学法;②电化学法;③离子交换法;④反渗透法;⑤吸附法。而且,在不同的除氟方法下,又可以细分出不同的方法。以化学法为例,主要为混凝沉淀法。从实践经验看,矿井污水在不同的矿井类型下,水质会出现相应的差异,而且,受到开采方案、矿井坑道所处状态、地下岩层等多重因素影响。含氟污水流经坑道、排放到自然环境后,可能对土壤、水体、植物、人体等产生较大危害。所以,通常根据含氟废水的实际检测情况,选择相应的除氟方法与工艺,并配套相应的设备进行全面处理。

1.2以吸附法和混凝法为例

1.2.1低浓度氟化物吸附法。吸附除氟方法因成本低、吸附容量大、技术相对成熟等比较优势,获得了有效推广及应用。从应用情况看,一方面,吸附剂种类相对较多,可以根据实际除氟需求选择骨炭、活化沸石、活性氧化镁、活性氧化铝等不同类型。另一方面,吸附剂的应用效果在各方面获得了实证,适用于较大规模的除氟项目。例如,在美国的六种除氟方法中,就明确列举了活性氧化铝吸附剂,而且,在我国本土市场的科研成果方面,吸附氟化物容量相对较高的氧化锆树脂、羟基磷石灰等,也获得了较大关注。从原理方面看,该方法主要是利用吸附剂过滤层,对含氟污水进行过滤,并使其在相应的pH范围内达到除氟目的。该方法的化学方程通常记为:R2SO4+2F-=R2F2+SO42-。1.2.2高浓度氟化物混凝法。在吸附法使用过程中,存在吸附剂使用失效、成本增加、高浓度氟化物除去的问题。所以,在实际使用中,为了化解此类问题,大部分企业会根据吸附剂的再生方案,延长其应用时间、扩增除氟效用。现阶段,吸附法滤料再生环节使用的再生剂包括了氢氧化钠、硫酸铝、活性氧化铝等。本次研究中,主要以活性氧化铝滤料为准,对于再生过程中生成的高浓度氟化物,则主要采用石灰进行处理。具体而言,在氟化物的除去过程中,吸附法适用于低浓度氟。为了有效化解高浓度氟条件下的除氟目标,通常会配套的使用化学处理方法中的混凝沉淀法(也称混凝法),应用中主要包括两部分,一是通过氧化铝滤料吸附低浓度含氟废水,二是将脱附的高浓度含氟废水(量少)经药剂混凝沉淀去除,出水回到原水再经滤料吸附处理。

2矿井污水氟化物的处理与分析

2.1工程概况

以某矿井污水处理中,新建深度处理单元的处理能力为1000m3/d,深度处理单元的进水为现有矿井水处理单元的出水,根据监测数据,现有深度处理单元的进水水质在pH无量纲条件下:①COD≤20mg/L;②氟化物≤10.0mg/L。同时,要求对矿井污水处理后,达到《地表水环境质量标准GB3838—2002》Ⅲ类水标准。其中要求在pH无量纲条件下:①COD≤20mg/L;②氟化物≤1.0mg/L;③总磷≤0.2mg/L;④石油类≤0.05mg/L;⑤pH控制在6~9。通过现有水质与处理后的水质指标比较,需要将氟化物降低到1.0mg/L以下(含)。

2.2矿井污水氟化物处理工艺与分析

2.2.1矿井污水处理工艺。该煤矿矿井现有污水处理工艺主要以“预沉调节-絮凝沉淀-过滤-排放/回用”为准,正常情况下,其出水水质可以满足《地表水环境质量标准GB3838—2002》Ⅲ类水标准中的除氟以外其他物质的处理要求,可是,为了保障出水氟化物在标准要求以内,该矿需要再配套的设置除氟装置,并利用除氟工艺完成对氟化物的强化除去目的。2.2.2矿井污水除氟工艺。经细致剖析该煤矿矿井污水处理方案,明确强化除氟目标后,在原有的处理工艺基础上,新增了除氟工艺。具体如下:①当矿井水经原系统过滤处理后,进入了吸附除氟处理环节。本次研究中选择的吸附剂为活性氧化铝。②吸附剂使用时,达到饱和或失效时,配套使用吸附剂再生工艺,确保吸附剂的有效利用。具体的再生工艺过程以“反冲—再生—二次反冲—中和”四个阶段为准。③对于脱水后的高浓度氟进行处理,主要是在活性氧化铝滤料基础上应用石灰,形成高效混凝剂,以此达到除氟目的。具体的工艺流程见图1。2.2.3活性氧化铝除氟分析。2.2.3.1影响因素。在活性氧化铝除氟工艺中,会受到多重因素的影响,包括颗粒粒径、原水pH、原水初始氟浓度、原水碱度、氯离子、硫酸根离子,以及砷的影响等。根据现阶段的实验验证及应用经验分析:一方面,颗粒粒径越大,其强度越高,吸附容量越低,使用寿命较长。反之,则容易发生失效或饱和现象。另一方面,原水pH越低(大于5)、初始氟浓度越高、碱度越小、其他离子越少,吸附容易越大,反之则越小。所以,通常在活性氧化铝的除氟滤池设计参数的控制方面,通常会考虑到影响它的上述因素。同时,从氟与吸附剂之间的新亲和力、离子选择行为等,对其进行综合考量、全面剖析、精准控制。2.2.3.2活性氧化铝除氟滤池设计。(1)确定滤池功能:去除水中的氟化物,使出水满足地表水Ⅲ标准。(2)从系统控制的角度出发,将该除氟工艺方案,设计为一整套设备过滤器。并且,按照联运行方式,为了保障设备使用的有效性,配套设置备用设施。保障设备运行中,当某台过滤器接近饱和后,将其离线,进行氧化铝滤料再生,并于再生操作完成后再次作为备用过滤器进行使用。(3)备用过滤器投入使用过程中,其中的再生操作控制设计,主要包括过滤器设置流量计控制过滤流速、设置电动阀门组控制自动反洗及再生操作、设置氟化物在线监测仪用于监控出水水质等。(4)设计参数如下:运行pH≤7.0,过滤器滤速6~8m/h。(5)配套设备如下:pH调节加药装置,2套,N=1.5kW;pH控制系统,1套;成套过滤器,D3.5×4.5m,8座,7用1备,含活性氧化铝滤料,粒径为0.4~1.5mm,滤料厚度宜2.0m;电磁流量计8套;电动阀组8套;氟化物在线检测仪8套。需要注意的是,活性氧化铝再生操作过程中应该对首次反冲滤层中的膨胀率、反冲洗时间进行有效控制,并实现对滤料粒径冲洗强度的合理控制。根据实践经验看,将强度控制在16L/(m2•s)到12L/(m2•s)效果相对较好,再生时间的控制宜以2h到1h。二次反冲洗强度则宜控制在5L/(m2•s)到3L/(m2•s),反冲洗时间宜控制在3h到1h。2.2.4混凝剂除氟分析在该煤矿矿井氟化物处理工艺中,对滤料再生过程中产生的废水中氟化物浓度较高,所以本次设计中在滤料再生系统中,配套运用了混凝沉淀法,利用混凝剂溶水后迅速水解并生成吸附氟离子沉淀物的基本原理,实现了对高深度氟物化的处理。一方面,在功能设定方面,吸附饱和滤料的再生,旨在提高吸附剂使用效率、降低成本。另一方面,在对再生过程生成的废水二次处理时,为了有效规避二次污染、去除高浓度氟,本次研究中设计了1座钢砼水池(6.0×6.0×5.5m),可以借助该设备完成对再生药剂的配制,以及对再生废液的收纳及除氟处理。混凝剂是矿井污水除氟中处理混凝效果的重要因素,由于PAC及PAM作为混凝剂和助凝剂有利于加快沉降速度,因此,本次研究中采用石灰及PAC和PAM配套应用方案,可以生成氟化钙,可实现对高浓度氟离子的强化去除效果。需要注意的是,一方面,由于混凝剂应用时与pH存在密切关联,在PAC及PAM作为混凝剂和助凝剂时,pH控制在6~8.4,可以增强矿井污水浊度去除效果。将氟化物含量控制到地表水Ⅲ类标准范围以内,保障处理效果。因而,在滤料再生系统设计过程中,配套的设计了1套pH控制系统。另一方面,考虑到再生液循环中会生成腐蚀性物质,并对离心泵产生一定的腐蚀。因而,在加药装置、溶药搅拌机、pH控制系统基础上,根据再生液循环、清洗、废液提升、废水处理等实际需求,配套设置了6台(按照一备一用需求设计)耐腐蚀离心泵与1套再生废水处理装置。经实际应用发现,新增的除氟工艺中,应该细致筛选活性氧化铝,在保障其能够对除氟工艺产生积极影响的前提下,采用吸附为主、辅以混凝沉淀处理的方案,可以较好实现对矿井污水氟化物的处理目标。

3结束语

在矿井污水处理与污水资源再利用方面,氟污染已经成了一项阻碍因素。因此,需要从实际的需求出发,化解该问题。通过以上初步分析可以看出,原来的矿井污水处理工艺仅能满足煤炭工业污染物排放标准,对于氟化物的处理相对不足。所以,为了达到强化除氟目标,需要根据氟化物在低浓度、高浓度,选择吸附法与混凝法相结合的方案。需要注意的是,在矿井污水氟化物处理过程中,应该尽可能根据确定的工艺,设计相应的处理设备(如活性氧化铝除氟滤池、滤料再生系统的设备研发设计等),以此保障对整个除氟工艺的有效运用。

参考文献

[1]王靖宇,高源,盛宇星,等.深度除氟工艺处理煤化工尾水的研究[J].应用化工,2020,49(3):550-554.

[2]王玮,陈海大,陈胜进,等.湿法炼锌硫酸盐溶液高效除氟的工艺研究[J].世界有色金属,2020,14(12):5-6.

作者:李倩 单位:中电环保工程有限公司


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