王姍姍

（1.河南平煤神馬環(huán)保節(jié)能有限公司，河南 平頂山 467000；2.河南平煤神馬靜脈產(chǎn)業(yè)有限公司，河南 平頂山 467000）

煤礦在開采過程中會排出含有一定懸浮物和少量油的礦井水，這些懸浮物主要成分為煤粉、巖粉等固體[1]。礦井水的濁度較高，懸浮物的顆粒微小，比重輕，沉降速度慢，若未經(jīng)處理直接排放，會給礦區(qū)周邊的水環(huán)境造成污染，且導致資源浪費[2]。因此，為了對礦井水資源進行有效利用及改善周邊環(huán)境，必須對礦井水采取有效的處理措施，確保其能達標排放或用作回用水[3]。

目前國內(nèi)礦井水處理工藝的核心是混凝沉淀，混凝技術(shù)的關(guān)鍵在于絮凝劑[4]。絮凝劑主要有無機絮凝劑、有機絮凝劑和微生物絮凝劑三大類。無機絮凝劑包括無機小分子和無機高分子絮凝劑，主要以鐵鹽和鋁鹽或它們的聚合態(tài)為主。在礦井水的處理工藝中使用最多的是無機高分子絮凝劑。如果長期使用，鋁鹽絮凝劑會破壞人體的生理功能，可能會導致人體出現(xiàn)鋁性腦?。ɡ夏臧V呆）、鋁性骨病、鋁性貧血等病癥；鐵鹽絮凝劑則對金屬的腐蝕性較強[5]。有機絮凝劑包括人工合成高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑。單獨使用有機絮凝劑，產(chǎn)生的礬花小，絮體顆粒的沉降速度慢，絮凝效果不太理想，通常要將高分子絮凝劑與其它無機絮凝劑復合使用。較常用的絮凝劑組合為“聚合氯化鋁+聚丙烯酰胺（PAC+PAM）”[6-7]，但使用聚丙烯酰胺會產(chǎn)生一定的副作用，如果使用不當可能會引發(fā)癌癥和神經(jīng)性中毒，因此其安全性成為關(guān)注的焦點[8]。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生并分泌到細胞外的、具有高絮凝特性的微生物代謝產(chǎn)物[9-10]，但目前大部分微生物絮凝劑仍處于實驗階段，且生產(chǎn)成本較高，很難應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。因此，研究開發(fā)高效的天然有機絮凝劑迫在眉睫。

本文選用幾種高效的有機絮凝劑，添加在礦井水中進行混凝實驗，考察各絮凝劑的混凝效果，并對反應(yīng)過程中的各反應(yīng)條件進行優(yōu)化，以期為礦井水處理工程的調(diào)試和實際生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 實驗方法和儀器

分別以陽離子改性淀粉、陰離子型聚丙烯酰胺(CPAM)、木質(zhì)素、“聚合氯化鋁(PAC)+聚丙烯酰胺(PAM)”為絮凝劑，采用WZB-170型便攜式濁度儀、ZR4-6混凝實驗攪拌機和FA1004N電子分析天平進行實驗。實驗原水為平頂山市平煤股份某礦的礦井水，原水水質(zhì)情況見表1。

表1 某礦井水原水的水質(zhì)情況

采用燒杯混凝沉降方法[11-12]，分別在4個裝有1000mL實驗水樣的燒杯中，加入一定量的各類絮凝劑，在250r·min-1的轉(zhuǎn)速下攪拌5min后靜置。觀察絮體的形狀及沉降速度，在距離上清液2～3 cm處，用醫(yī)用注射器取上清液，用濁度儀分別測定不同靜置時間下各實驗水樣的剩余濁度。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 混凝劑種類對礦井水剩余濁度的影響

在水質(zhì)相同、攪拌速度為60 r·min-1、攪拌3 min、靜置3 min的條件下，將4種不同的絮凝劑按不同加量進行對比試驗，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 相同水質(zhì)條件下不同絮凝劑添加量對濁度的影響

從圖1可以看出，陽離子改性淀粉的混凝效果最好，陰離子型聚丙烯酰胺次之，PAC+PAM的效果最差。投加陽離子改性淀粉和陰離子型聚丙烯酰胺，會產(chǎn)生大量絮體，停止攪拌則迅速產(chǎn)生沉淀，且形成的絮體較密實，上清液非常透亮。加入PAC+PAM時，產(chǎn)生的絮體不明顯，沉降速度較慢，上清液有一層白色的漂浮物。由于礦井水中存在少量的油，PAC+PAM對油的吸附能力很弱，而陽離子改性淀粉和陰離子型聚丙烯酰胺不僅對小顆粒物有絮凝作用，對油也有很好的吸附效果。

2.2 攪拌時間對礦井水剩余濁度的影響

在水質(zhì)相同、攪拌速度為60 r·min-1、絮凝劑用量為20 mg·L-1、靜置3 min的條件下進行攪拌時間的對比實驗，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，攪拌時間對礦井水的剩余濁度有一定的影響。隨著攪拌時間增加，礦井水的濁度慢慢降低。攪拌時間大于5 min后，剩余濁度的變化較小，原因在于開始時絮凝劑和礦井水中的顆粒物發(fā)生了快速反應(yīng)，5min之后，大部分絮凝劑已反應(yīng)完全，延長攪拌時間，對濁度的影響較小。由此確定攪拌時間為5 min。

圖2 攪拌時間對礦井水剩余濁度的影響

2.3 攪拌速度對礦井水剩余濁度的影響

在水質(zhì)相同、攪拌時間為5 min、絮凝劑用量為20 mg·L-1、靜置3 min的條件下進行攪拌速度的對比實驗，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，攪拌速度對礦井水的剩余濁度有一定的影響，攪拌速度與絮凝效果呈正相關(guān)，從工程角度考慮，確定攪拌速度為80 r·min-1。

圖3 攪拌速度對礦井水剩余濁度的影響

2.4 靜置時間對礦井水剩余濁度的影響

在水質(zhì)相同、攪拌速度為80 r·min-1、攪拌時間為5 min、絮凝劑用量為20 mg·L-1的條件下進行靜置時間的對比實驗，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，靜置時間對礦井水的剩余濁度影響較大。靜置時間在5 min以內(nèi)，礦井水中的懸浮物的沉淀效果明顯，5 min之后，懸浮物的沉降效果不明顯，因此確定絮凝劑的靜置時間為5 min。

圖4 靜置時間對礦井水剩余濁度的影響

3 結(jié)論

基于礦井水的特殊性質(zhì)，傳統(tǒng)絮凝劑在礦井水處理過程中的投加量較大，一方面使得生成的煤泥的密實度較低，給后期的煤泥處理帶來困難；另一方面，有機絮凝劑的加入會給環(huán)境和人類造成危害。本文選用了幾種有機絮凝劑，對礦井水進行了混凝實驗研究。實驗結(jié)果表明，在水質(zhì)相同、攪拌速度為80r·min-1、攪拌時間為5min、絮凝劑用量為20mg·L-1、靜置時間為5min的條件下，陽離子改性淀粉的投加量少，反應(yīng)時間快，形成的絮體比較密實，混凝效果最好，對油也有很好的吸附效果。用陽離子改性淀粉處理后，礦井水的剩余濁度為18 NTU。