某礦井水微量氟化物處理技術(shù)

胡新華， 顧良波

(1.山西大學(xué)環(huán)境工程系，山西 太原 030006；2.山西正良水務(wù)工程有限公司，山西 太原 030006)

1 研究背景

山西富之礦、缺之水，受地下礦層影響，部分地區(qū)地下水含氟量超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)標(biāo)準(zhǔn)。伴隨礦層的開采，該區(qū)域礦井水中氟的含量亦存在超標(biāo)，未經(jīng)針對(duì)性處理而排放，將會(huì)對(duì)區(qū)域水源造成影響。

氟化物的去除方法較多，工程上的主流工藝為借助化學(xué)法或混凝法形成沉淀去除，或者借助各類型吸附劑將其由水相轉(zhuǎn)為固相分離。然而對(duì)于微量氟化物，上述方法均存在一定缺陷[1]。

山西某礦區(qū)建設(shè)配套礦井水處理站，日產(chǎn)生外排廢水600 m3，其中，氟化物指標(biāo)限值要求低于1 mg/L。

2 工藝情況

2.1 水質(zhì)分析

建設(shè)礦井水屬于微污染型廢水，各指標(biāo)詳見表1，有機(jī)物等污染物的存在在某種程度上影響氟化物去除工藝過(guò)程和去除效果[2]，故在去除氟化物的同時(shí)需兼顧降低其他指標(biāo)。

表1 進(jìn)、出水質(zhì)指標(biāo)分析①

2.2 工藝過(guò)程

鑒于礦井水水質(zhì)分析，選定礦井水整體處理工藝過(guò)程如下：井下礦井水自初沉后提升至調(diào)節(jié)池，均化水質(zhì)水量，并借助混凝沉淀方法于預(yù)處理一體化設(shè)備內(nèi)去除大部分懸浮物等。然后，通過(guò)提升泵將待處理的水定量提升至一體化廢水凈化設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)由微生物的吸附分解作用去除大部分的有機(jī)污染物和絕大部分的氨氮，同時(shí)，通過(guò)特定微生物的反硝化作用，去除部分總氮，經(jīng)微生物處理后的廢水在MBR膜的負(fù)壓抽吸條件下進(jìn)入集水池緩存。之后，經(jīng)超濾膜組件的PLC控制系統(tǒng)定量定壓泵入超濾膜內(nèi)進(jìn)行分離處理。超濾膜出水進(jìn)入中間水池，再通過(guò)除氟工藝達(dá)到去除氟化物的目的。出水經(jīng)紫外消毒處理后達(dá)標(biāo)排放。礦井水處理工藝流程圖見圖1。

圖1 礦井水處理工藝流程圖

3 除氟工藝

在除氟工藝的選擇中，需要明確的是廢水中氟化物本身含量較低，且處理出水限值要求更低，顯然傳統(tǒng)沉淀方法不合適[3]。而吸附方法中，如Ziaeddin Bonyadi等[4]研究表明白楊木合成活性炭吸附除氟，除氟效果可以達(dá)到1 mg/L，但所用吸附材料尚未廣泛推廣使用。綜上所述，在超濾系統(tǒng)出水后，選用離子交換方法除氟較為適宜，工藝流程如第160頁(yè)圖2所示。

3.1 工藝設(shè)計(jì)

離子交換除氟工藝中選用聚苯乙烯架構(gòu)的強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂，因其本身的無(wú)裂紋性質(zhì)而具有優(yōu)良的物理特性，且再生不需要明礬，適用于本礦井水氟化物的去除。具體設(shè)計(jì)見表2。

圖2 離子交換除氟工藝設(shè)計(jì)表2 除氟工藝過(guò)程設(shè)計(jì)表

主要工藝過(guò)程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)水量600 m3/d再生周期5 d總樹脂量3 m3再生流速2 BV/H單罐樹脂量×2(單級(jí)運(yùn)行,一用一備)1.5 m3再生時(shí)間30 min～60 min樹脂床高度1 200 mm再生劑NaCl(10%左右)樹脂罐高度2 400 mm反洗流速8 BV/H～10 BV/H樹脂罐直徑1 200 mm反洗時(shí)間15 min工作流速15 BV/H～20 BV/H反洗用水純水或軟水

3.2 氟離子處理效果

礦井水處理工藝建成投產(chǎn)后，系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，以7 d為測(cè)試周期的出水氟離子質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)見圖3。由圖3可知，超濾出水通過(guò)樹脂交換器的PLC控制系統(tǒng)定量泵入進(jìn)行離子交換處理后，在樹脂工作周期內(nèi)，可達(dá)到去除氟化物的目的。

圖3 離子交換出水氟離子濃度曲線

3.3 除氟運(yùn)行成本測(cè)算

氯化鈉價(jià)格按300元/t測(cè)算，再生程度取100 g氯化鈉/1 L樹脂(100%氯化鈉計(jì))，則再生3 m3樹脂所需氯化鈉：0.3 t。預(yù)期周期內(nèi)處理水量為3 000 t。

再生費(fèi)：0.3×300=90元；

折合運(yùn)行成本：90元/3 000 t=0.03元/t。

4 總結(jié)

礦井水來(lái)自于礦物開采地下水與冷卻、降塵水等，因地下礦層或開采機(jī)械等可引起水質(zhì)微污染，涉及氟離子、有機(jī)物、氨氮等，工藝選擇上應(yīng)考慮相互間干擾。而從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，對(duì)于礦井水中微量氟化物的去除可以采用離子交換方法，去除氟化物的噸水運(yùn)行成本約為0.03元/t，工程采用較為適宜。