作者：唐 艳 ( 广东白云学院建筑工程学院，广东 广州 510450)

摘 要: 随着改革开放的持续进行以及社会不 断发展，人们的经济和生活水平不断地提高，大家 对水污染的观念越来越淡薄，此现象直接导致水污 染变得越来越严重。本课题以酸性废水为研究对 象，根据煤矿废水的水质特征，针对处理过程中的 重要步骤———混凝吸附操作步骤进行理论和实验上 的探讨。


关键词: 煤矿废水; 混凝试验; 沉淀实验; 吸 附实验

0 前 言

0. 1 我国目前的水资源状况

我国水资源总量不丰富，分布不平衡，人均占有量很 低。水土资源分布不匹配，部分地区经常遇到旱涝灾害。 供需矛盾日益加剧，用水效率不高，浪费严重。目前，关 于水资源的保护和水土治理已经上升到国家战略高度，水 资源的保护和合理利用是实现 “中国梦 “的必要条件，只 有这样才能满足社会发展的需要。

0. 2 煤矿废水的危害

酸性强是煤矿废水的主要特点之一，部分金属制的部 件以及管道遇到酸性较强的煤矿废水时都会被腐蚀，进而 造成比较大的经济损失。Fe2+ 、Mn2+ 以及其他重金属离子 大量存在于煤矿废水中，水体中的溶解氧被这些重金属离 子大量消耗，导致水体自身的自净能力大幅度降低。水体 自净能力降低会阻碍淡水生植物的生长。没有处理的酸性 废水一旦排放到地表，不但污染地表水，还会破坏土壤的 结构，阻碍农作物的生长。

0. 3 煤矿酸性废水处理回用的意义

我国境内已探明的煤炭储量非常大，我国也是最大的 煤炭消费国家，然而在煤炭的采集、转移和加工中或多或 少会引起各不相同的环境问题。这些未经处理的污废水会 严重恶化周边水质。严重影响周边的生态环境，甚至导致 有些地区出现沙漠化。本文希望能找到一个有效的、经济 可行的方法或工艺来最大程度地解决煤矿废水污染，为矿 区周边的环境治理和经济发展提供有效的理论支持。

1 混凝吸附法

1. 1 混凝机理

水体混凝机理较繁杂，混凝机理与混凝剂的种类、水 质条件等因素有关。混凝及沉淀的过程机理为: ①电中和; ②吸附架桥作用; ③沉积物的卷扫; ④颗粒碰撞原理。

1. 2 吸附机理 吸附的主要原理是使用本身表面多孔且表面积大的物 质( 本身有吸附能力) ，对水体中的重金属离子及其他污染 物进行吸附。物理吸附和化学吸附通常使用两种吸附方式。

1. 3 混凝吸附方法 1) 实验使用装置和污染物的检测方法。实验装置: 烧 杯、干燥剂、温度计、试管、密度计等常用仪器、电炉， 干燥器等烘干器具、紫外分光光度计、GSP-80-04 型磁力搅 拌器、电子分子天平、PHS-3B 型精密酸度计、混凝试验六 联搅拌器、冷却器、马弗炉。 2) 实验步骤和结果。 ( 1) 石灰沉淀实验。 实验步骤: ①用 500 mL 量筒取均匀搅拌后的水样 8 个 放置到 500 mL 的烧杯里面; ②把烧杯放到六联搅拌器下， 用移液管分别移取 CaO12、14、16、18、20、22、24、26 g /L 至试管中; ②开启搅拌器，使其在 500 r/min 的转速下 搅拌 25 min，在 150 r/min 的转速下搅拌 5 min，在 80 r/ min 的转速下搅拌 5 min; ③记录在搅拌过程中 “矾花”的 外观和密实程度等，停止机器运作，大约静置 15 min 后，取上清液 100 mL 置于烧杯中，测定污染物的浓度和 pH 值。 实验结果: 如果将生石灰的量加大，则溶液中的 pH 值也随之增大，若生石灰的剂量小于 3 g /L，则 pH 值基本 没有变化，随着生石灰的投加量超过 3 g /L，其 pH 值迅速 升高，因为此煤矿废水中有大量的铁离子，最初加入生石 灰时，先使氢氧根离子与铁离子发生反应，这样溶液中的 pH 值几乎不变化，后来继续反应消耗完铁离子后，溶液中 还有较多的的氢氧根离子，这样溶液中的 pH 值升高。 从实验可以得知，如果煤矿酸性废水使用生石灰来处 理，会降低废水中的亚铁离子、锰离子等。同时，碱性中 和剂———生石灰会与硫酸根离子发生中和反应，使部分硫 酸根离子含量降低。但是，对亚铁离子的去除效果不是很 好，最高去除率仅 35%左右。 ( 2) 吸附沉淀实验。 实验装置: 电炉、烧杯、温度计、试管、密度计等常 用仪器、紫外分光光度计、干燥器，电炉等烘干仪器、电 子分子天平、混凝试验六联搅拌器、磁力搅拌器、精密酸 度计、马弗炉、冷却器。 实验目的: 更进一步消除废水中的重金属离子、硫酸 根离子含量，使处理后的水质达到回用水要求。 实验步骤: 取均匀搅拌后的样本 7 个，用 1 000 mL 量 筒量取后置于烧杯里面; 将烧杯放到六联搅拌器下，使搅 拌棒位置在烧杯正中，然后加入不同剂量的活性炭，吸附 45 min 后，停止振荡，然后让其沉淀 20 min; 用虹吸法取 上清液 100 mL，放入 250 mL 的锥形瓶中，进行污染物离 子的测定; 进而将活性炭换成活性氧化铝，沸石后重复做 上述实验。 结果分析: 经过混凝实验、沉淀实验和吸附实验处理 后的煤矿废水水质都能达到废水回用水质的要求。吸附实 验后，废水中主要污染物的去除情况为: 87%悬浮物被去 除、约 90%硫酸根离被子去除、约 92%的锰离子和亚铁离 子被去除; 当活性氧化铝加入废水后，对废水的主要污染 物的去除有: 约 87%悬浮物被去除、约 86%硫酸根离子被 去除、约 88%亚铁离子和锰离子被去除; 人造沸石加入废 水后的去除效果为: 约 88%悬浮物被去除、约 89%硫酸根 离子被去除、约 86%亚铁离子和锰离子被去除。综上可知: 吸附剂活性炭处理废水的效果最好，在活性炭吸附实验中 的最佳振荡时间为 40 min。而活性氧化铝和人造沸石作为 吸附剂的处理效果要次之。 3) 混凝、吸附实验的影响因素。 ( 1) 水温影响。水温主要影响混凝剂的溶解速率，从 而降低其处理效果。当温度低时，分子的布朗运动较慢， 这一点对于废水分子也一样。因为低温也降低了各胶体颗 粒的碰撞次数，很难形成较大颗粒的胶体，另外，混凝剂 的化学反应会因为水温低而大大降低，这是因为混凝剂的 水解反应是一个吸热过程。低水温会使废水中的絮凝体体 积细小且结构相对松散，从而沉淀效果变得相对较差。 ( 2) 原水水质的影响。对原水水质影响较大的主要是 废水中的悬浮物浓度以及有机物含量等。当悬浮物或有机 物大量存在于废水中的时候，废水中颗粒相互碰撞的机会 就会大大增加，从而形成的絮凝颗粒也会较大，所以沉淀 效果也相对较好。 ( 3) 吸附结构的影响。一般来说，吸附剂的比表面积 与其吸附能力成正比，而吸附剂的孔结构和其表面化学性 质都影响吸附剂的比表面积。 ( 4) pH 值影响。实验得知 pH 值对使用有机高分子混 凝剂得到的混凝效果影响相对较小。因为有机高分子混凝 剂水解产生的 H+ 会使水的 pH 值下降，为了让 pH 值保持 在最佳的 p 区间内，需要适当增加碱性物质与水解产生的 H+ 中和。

2 混凝和吸附实验结论

混凝实验后，发现仅仅用生石灰来处理酸性废水的处 理效果不理想: 对硫酸根离子、锰离子、亚铁离子和悬浮 物的去除率不足 1 /3。在酸性废水中加入活性炭等吸附剂 后，废水中的主要污染物的去除效果明显提高了，在沸石 加入后形成的絮凝体体积大且结构密实，污染物的沉淀速 度也相对较快很多。实验证明，它对主要污染物的去除结 果为: 2 /3 左右的硫酸根离子被去除，约 90%悬浮物被去 除、近 90%的锰离子和亚铁离子被去除。 为了使最终处理后的水质达到回用水的水质标准，往 往在通过混凝和沉淀实验后，再用吸附处理方式将废水中 的硫酸根等污染物去除。而吸附实验用的原水来源于混凝 沉淀后的上清液。实验证明此法可行且处理后的水质达到 回用水要求。