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混凝反应去除矿井废水氟化物效果研究及应用

范文

张传兵

摘 ?????要：以含氟化物的矿井废水为研究对象，比较了两种聚合硫酸铁（FPS）和聚合氯化铝（PAC）混凝剂的除氟效果，研究了混凝剂的不同投加比例、沉淀剂以及pH值对矿井废水除氟的影响，确定了含氟矿井废水的最佳混凝反应条件，并将其应用于工程实践，为含氟矿井废水治理提供了技术支持。

关 ?键 ?词：混凝反应;矿井废水;去除;氟化物

中图分类号：X703 ?????????文献标识码：?A ??????文章编号： 1671-0460（2019）11-2494-04

Study on Removal of Fluoride in Mine Wastewater by

Coagu-flocculation Process and Its Engineering Application

ZHANG Chuan-bing

（Huaxia?Besince Environment Technology Co.， Ltd.，?Henan Zhengzhou 450008，?China）

Abstract： Taking fluoride-containing?mine wastewater as a research?object， the effects of?FPS and PAC coagulants for?removing?the fluoride?were compared. The influence of?coagulant?dosage， precipitant and pH on?removal rate of?the fluoride?was studied. The best coagu-flocculation condition?was determined， and?the coagu-flocculation process was applied in practical projects.

Key words： Coagu-flocculation; Mine wastewater; Removal;?fluoride

矿井开采时会产生大量的矿井废水，矿井废水水质随着矿井类型、开采方式和矿井坑道状态不同而有所差别[1]，同时产生的矿井废水因受到地下岩层的浸入在流经坑道时易造成二次污染，造成该矿井废水通常含有一定浓度的氟化物，直接排放会对土壤、地下水、工农业生产等产生极大的危害，尤其是氟能够影响植物的新陈代谢活性，抑制农作物的呼吸和光合作用，造成农作物减产。另外人长期吸收过量的氟化物会引起牙齿发黄变黑的“氟斑牙”[2]，甚至会造成骨膜增生、骨节硬化、骨质疏松、骨骼变形发脆等氟骨病[3]以及生殖系统损害[4]和脑损伤[5]等。因此，含氟矿井废水的治理已变得刻不容缓。

含氟废水常用的处理方法主要有吸附法[6]和混凝反应法[7]两大类，此外还有离子交换法[8]、电渗析法[9]、反渗透法、电凝聚法[10]等。各种方法对含氟废水处理的适用范围不同。吸附法虽然具有工艺简单、吸附速率快的特点，但主要用于处理低浓度的含氟废水，但由于床层损耗、吸附容量低、床层再生及再生液处理复杂等问题导致处理成本较高，使其实用性受到限制。离子交换法存在处理成本高、离子交换树脂再生困难以及树脂再生产生二次污染的问题。电渗析法通过电解和交换可以除去水体中的杂质，但该方法存在废水处理产能低、能耗大、成本高、工业化推广应用困难的问题。反渗透法通过渗透膜可以将水体中的细微杂质粒子去除，但却存在使用条件苛刻，需要前置预处理，以及膜更换频繁、运维成本高昂、二次浓水难以妥善处理等缺点。而电凝聚法作为一种电化学处理方法通常多用于含氟量较大的废水处理。Yuming Zhou等[11]用掺杂La3+的交联明胶吸附除氟的研究发现，20 mg/L氟浓度的水溶液在pH值为5.0～7.0、明胶用量4 g/L、接触时间40 min的条件下，氟的去除率达98.8%。若使用沉淀法处理含氟废水，当氟浓度很低时形成沉淀物的速度会变慢，废水处理后氟含量只能降至20～30 mg/L[12]，很难达到国家一级排放标准。闫秀芝等[13]利用沉淀除氟的方法，通过控制pH值、药剂投加量、反应时间和澄清时间等，最低可使氟的浓度降至5 mg/L。矿井废水具有水量大、废水氟化物含量低的特点，因此选用混凝反应法对矿井废水进行氟化物去除处理。

试验以混凝沉淀法为基础，分别用聚合硫酸铁（FPS）、聚合氯化铝（PAC）为混凝剂，对两种混凝剂的除氟效果、混凝剂投加比例、氯化钙协同作用，以及反应pH对混凝除氟效果进行了试验研究，试验表明在最适pH为6.50、PAC投加量1 000 mg/L時可使矿井废水的氟化物含量降至1.0 mg/L以下，并将其成功地应用于矿井水废水处理工程中，为矿井废水除氟提供了技术支持。

3 ?矿井废水除氟工程实践应用效果

将上述试验研究技术成果应用于山西某煤矿矿井废水处理工程中，在该工程实践使用过程中，将矿井废水pH控制在6.5左右，PAC混凝药剂投加量控制在1 000 mg/L时，出水氟化物可降低至0.73 mg/L。

该矿井废水处理工程处理规模为9 600 m3/d，采用絮凝沉淀+过滤+吸附工艺。在废水进水管道上增设管道混合器和在线pH计，通过在线pH计检测值，自动控制盐酸计量泵的变频频率，从而控制盐酸投加量。絮凝反应池加药药剂采用PAC，投加量控制在1 000 mg/L，絮凝反应池采用搅拌器搅拌，反应时间15 min。改造后絮凝沉淀池出水氟化物降低至0.73 mg/L。在该工程实践运营过程中，为节省药剂用量，降低生产成本，提高处理效率，将PAC混凝药剂投加量控制在800 mg/L，改造后出水氟化物降低至0.92 mg/L，出水达到《地表水环境质量标准》GBI3838-202 III類水水质标准中氟化物的排放要求，水处理成本为0.25元/t。

4 ?结论

（1）FPS和PAC均能降低矿井废水中氟化物的含量，同等投加量时，PAC比FPS的处理效果好。

（2）沉淀剂CaCl2对矿井废水除氟的关联性不大，远不及混凝反应对矿井废水除氟的影响。

（3）矿井废水除氟的最优工艺条件为：选用PAC，pH为6.50，PAC投加量为1 000 mg/L，此时氟化物含量可降至1.0 mg/L以下，除氟效果显著。

（4）经在矿井废水处理工程实践应用表明，控制pH在6.5，PAC投加量在800 mg/L时，出水氟化物含量可从3.75 mg/L降低至0.92 mg/L，满足氟化物排放标准。

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[14]环境保护部.HJ488-2009 水质氟化物的测定氟试剂分光光度法[S].

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