磁場強化混凝處理礦井水

李　哲,　劉鳳娟

(黑龍江科技學院 資源與環(huán)境工程學院, 哈爾濱 150027)

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磁場強化混凝處理礦井水

李哲,劉鳳娟

(黑龍江科技學院 資源與環(huán)境工程學院, 哈爾濱 150027)

為提高礦井水的處理效果、降低處理成本，采用磁場與混凝沉淀相結合的方法對礦井水進行處理，分析非磁化PAC溶液的混凝處理效果及磁化水樣、磁化PAC溶液對混凝效果的影響。結果表明：PAC溶液投加量為25 mg/L時，濁度去除率達到最大為86%；磁化水樣、磁化PAC溶液對礦井水混凝效果均有積極影響，但后者影響更為明顯。在磁感應強度0.2 T、磁化時間8 min后，磁化PAC溶液對礦井水的混凝效果最好，此時濁度去除率達到最高，比非磁化時提高4.5%。該研究表明磁化混凝工藝在短時間內可有效凈化礦井水。

礦井水； 混凝沉淀； 磁化處理； 濁度去除率

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展,礦井涌水量日益增多。由于技術所限和認識不足,大量的礦井涌水并未得到治理和利用,而被當成水害排放掉。這不僅造成水資源的浪費,還嚴重污染周邊環(huán)境。因此,尋求先進又經(jīng)濟可行的工藝和技術將礦井水處理為生產(chǎn)和生活用水,對礦井水資源化具有十分重要的意義[1-3]。

目前,我國礦井水通常采用城市污水的處理工藝——混凝沉淀法進行凈化處理。但傳統(tǒng)混凝處理具有用藥量大、處理效率相對低、處理成本較高、易造成藥劑二次污染等不足[4-5],故應研發(fā)新的處理工藝、技術措施。磁場在水處理中被廣泛應用,有關研究表明,磁化處理能夠改變水的微觀結構和性質,有利于水的凈化處理[6-7]。因此,筆者將磁場與混凝沉淀法結合來研究礦井水處理問題。

1　實　驗

1.1實驗水樣

實驗用水取自東北某礦礦井水,經(jīng)水質檢測分析知,除懸浮物(SS)、濁度較高外,總體水質較好,為礦井水的凈化處理提供了有利的先決條件。主要參數(shù)為:濁度120 NTU,懸浮物質量濃度232 mg/L,pH為8.1。

1.2儀器和試劑

儀器:MY-3000-6G型智能混凝攪拌器;PP-20 pH計;WGZ-200型濁度計;BT224S精密電子天平;CTS24型霍爾效應數(shù)字磁強計;秒表。

磁化裝置:根據(jù)實驗需要,定制不同尺寸的方形有機玻璃管,將表面磁感應強度相同(0.32 T)的兩塊磁鐵固定于方形管的兩側,通過更換有機玻璃管來調節(jié)磁鐵的間距,從而改變玻璃管中心位置的磁感應強度。

試劑:1%聚合氯化鋁(PAC)溶液作混凝劑。

1.3實驗方法

為了考察磁場對礦井水混凝效果的影響及聯(lián)合作用效果,實驗中采取改變磁感應強度、磁化時間的方式分別對水樣及混凝劑溶液進行磁化處理,并確定濁度為控制參數(shù),去除率為混凝處理效果的評價指標。濁度由濁度計直接測定。

混凝方法:將原水水樣充分混合,在不改變原水水質條件下,用量筒分別量取200 mL待處理水樣,倒入6個相同容量的燒杯中,加入預先設計好的藥劑投加量,調節(jié)攪拌機的轉數(shù)和攪拌時間(高速運轉230 r/min,1 min;中速運轉140 r/min,2 min;低速運轉60 r/min,10 min),依次攪拌。攪拌停止后,靜置10 min,取一定量上清液進行監(jiān)測分析。

磁化方法:利用特斯拉計測得磁化裝置的磁感應強度,將量取好的水樣或混凝劑溶液倒入其中,并置于攪拌器(200 r/min)下攪拌到規(guī)定時間。

2　結果與討論

2.1PAC溶液的混凝效果

投加不同量的混凝劑對礦井水進行混凝處理,其濁度去除率的變化情況如圖1所示。由圖1可知,混凝劑PAC的投加量ρPAC對礦井水的凈化處理有很大影響。當ρPAC小于25 mg/L時,隨ρPAC的不斷增加,濁度去除率η逐漸上升,其處理效果明顯提高;當ρPAC大于25 mg/L時,η基本趨于穩(wěn)定,若繼續(xù)增加混凝劑的投加量,反而出現(xiàn)濁度去除率降低的情況。這是由于當混凝劑投加量達到一定程度后,濁度已基本去除,而混凝劑與已形成的絮體帶有同一性質的電荷,繼續(xù)增加其投加量,將使已形成的絮體重新達到穩(wěn)定狀態(tài)。因此,當混凝劑投加量過高時,水中膠體將會發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象[8]。分析可知,混凝劑投加量為25 mg/L時,礦井水的處理效果相對較好,其濁度去除率達到最大為86%。

圖1　不同藥劑用量的濁度去除效果

Fig. 1Turbidity removal effects at different reagent dosages

2.2磁化水樣的混凝效果

2.2.1磁感應強度的影響

在混凝劑最佳投加量(25 mg/L)下,用不同磁感應強度B(0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 T)磁化處理水樣后,礦井水的混凝處理效果如圖2所示。

圖2　磁化水樣的濁度去除率隨磁感應強度的變化Fig. 2　Changes of turbidity removal rate with magnetic field strength under magnetic processing water samples

實驗結果表明,隨磁感應強度B的不斷增大,η總體逐漸提高,當B達到一定程度后,η基本趨于穩(wěn)定;B為0.4 T時,η達到最高,礦井水處理效果最好。其原因可能是水樣中的粒子受到磁場力的作用,形成結構松散、形狀較大的聚合體[9],這種聚合體在混凝劑的作用下,能夠形成更大的絮體而快速下沉,使礦井水濁度降低,濁度去除率得以提高,但當磁感應強度過高時,易造成磁化過剩反而使磁化效應不明顯。

2.2.2磁化時間的影響

在混凝劑最佳投加量(25 mg/L)及最佳磁感應強度(0.4 T)條件下,改變水樣的磁化時間t(2、4、6、8、10和12 min),礦井水濁度去除率的變化情況見圖3。實驗結果表明,當t小于6 min時,隨t的不斷延長,η逐漸上升;當t為6 min時,η達到最大值,比未磁化直接混凝處理約提高1%;若繼續(xù)延長磁化時間,其處理效果反而下降。這是由于當磁感應強度一定時,隨著磁化時間的不斷延長,將產(chǎn)生更多的磁化能,磁化能的增加能夠消弱水分子間的內聚力,降低水的黏度,從而有利于膠粒的碰撞聚集,使其快速沉淀,因而濁度去除率得到提高;但當磁化時間過長時,在強磁場作用下,會產(chǎn)生磁能共振,磁能共振的能量會造成水中懸浮物及其他粒子的分子鍵斷裂,從而形成較多膠體物質,使膠體產(chǎn)生Tyndall效應,造成散射光增加,透射光減少,濁度增大,其去除率反而降低[10]。

圖3　磁化水樣的濁度去除率隨磁化時間的變化

Fig. 3Changes of turbidity removal rate with magnetizing time under magnetic processing water samples

2.3磁化PAC溶液的混凝效果

2.3.1磁感應強度的影響

分別用不同的磁感應強度B(0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 T)磁化50 mL混凝劑溶液,并按其最佳投加量(25 mg/L)對水樣進行混凝處理,得到的濁度去除效果見圖4。實驗結果表明,在磁感應強度B小于0.2 T時,隨B的不斷增強,η不斷提高;當B為0.2 T時,礦井水處理效果達到最好;之后若磁感應強度進一步增強,其處理效果將會降低。由圖4可知,磁化混凝劑溶液時,磁感應強度對礦井水混凝效果影響較為顯著。

圖4　磁化混凝劑溶液的濁度去除率隨磁感應強度的變化

Fig. 4Changes of turbidity removal rate with magnetic field strength under magnetic processing coagulant solution

2.3.2磁化時間的影響

在最佳磁感應強度(0.2 T)下,改變混凝劑溶液的磁化時間t(2、4、6、8、10和12 min),按PAC最佳投加量25 mg/L對礦井水進行混凝處理的實驗結果如圖5所示。實驗結果表明,當t小于8 min時,隨t的不斷延長,η逐漸上升;當t為8 min時,η達到最大值,比未磁化直接混凝處理提高4.5%;若繼續(xù)延長磁化時間,其處理效果反而會下降。由圖5分析可知,磁化混凝劑溶液對礦井水的混凝效果有一定積極效應,能夠起到強化混凝的作用。

圖5　磁化混凝劑溶液的濁度去除率隨磁化時間的變化

Fig. 5Changes of turbidity removal rate with magnetizing time under magnetic processing coagulant solution

3　結　論

(1)隨PAC投加量的增加,礦井水的處理效果不斷提高,當達到一定程度后,其混凝效果基本趨于穩(wěn)定,繼續(xù)增加混凝劑用量,其去除效果反而降低。由實驗確定PAC的最佳投加量為25 mg/L。

(2)磁化處理礦井水水樣對其混凝效果有一定的積極影響,同未磁化直接混凝處理相比,其濁度去除率最大可提高1%。

(3)磁化處理PAC溶液的最佳參數(shù)為:磁感應強度0.2 T,磁化時間8 min;經(jīng)該條件磁化的PAC溶液的混凝效果比未磁化的提高4.5%。證明磁化處理混凝劑溶液可促進礦井水中懸浮物混凝沉淀,強化效應明顯,有利于礦井水的凈化處理。

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(編輯王冬)

Magnetic field strengthening coagulation treatment of mine water

LIZhe,LIUFengjuan

(College of Resources & Environmental Engineering, Heilongjiang Institute of Science & Technology, Harbin 150027, China)

Aimed at an improved treatment efficiency of mine water and reduced cost of processing, this paper introduces the treatment of mine water by combining magnetic field with coagulating sedimentation and the analysis of the coagulation effects of PAC solution under non-magnetization and the coagulation effects of PAC solution under magnetization condition or water samples under magnetization condition. The results show that adding the PAC solution dosage of 25 mg/L gives a turbidity removal rate of 86%. Both magnetization treatment of water samples and PAC solution have a positive effects on mine water coagulation, with the latter more obvious. Magnetic field intensity of 0.2 T and magnetizing time of 8 minutes produce the best effect of magnetization PAC solution on the coagulation of the mine water, resulting in the highest turbidity removal value, 4.5% higher than does non-magnetization. The study proves that magnetization coagulation process enables an effective purification of mine water in a shorter period of time.

mine water; coagulating sedimentation; magnetization treatment; turbidity removal rate

1671-0118(2012)06-0581-04

2012-10-26

李哲(1964-),男,河北省平泉人,教授,博士,研究方向:礦物加工及礦物特性,E-mail:zheli2003@163.com。

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