酸性礦井水中和沉淀法除鐵優化
摘要：針對山西某煤礦高礦化度、高鐵酸性礦井水除鐵效果差、出水容易返色等問題，采用NaOH中和調pH、曝氣及化學氧化等處理工藝進行酸性礦井水中和沉淀法除鐵優化實驗研究。結果表明，采用NaOH中和沉淀法除鐵時，投加中和劑使出水pH達6.7以上時，出水中鐵含量低于10mg/L，滿足排放要求。對于本實驗廢水NaOH所需投加量為2.8g/L，鐵的去除率可達到99.75%；以H2O2對原水進行氧化處理，可迅速將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），其用量與原水中Fe（Ⅱ）的含量成正比。當其用量為1.6mL/L時，可將原水中的Fe（Ⅱ）完全轉化為Fe（Ⅲ），投加中和劑使出水pH達到4.5以上時，能使出水中鐵含量滿足排放要求。對于實驗廢水所需的NaOH投加量為2.0g/L，比直接中和沉淀所需的NaOH用量要節省28.6%。曝氣處理對原水中Fe（Ⅱ）的氧化效果不明顯。
酸性礦井水是由于在煤炭資源開采過程中，煤中的硫鐵礦（FeS2）與空氣、水及微生物作用，發生一系列物化、生化反應而形成的呈酸性（一般PH＜5.5）的地下礦井水，其反應機理如式1所示。
2FeS2（S）+7O2（g）+2H2O（L）→2Fe2+（Aq）+4SO2－4（Aq）+4H+（Aq）（1）
酸性礦井水通常具有高礦化度、高硬度和較低懸浮物含量等特征，其主要含有Fe2+、Fe3+、CA2+、Mg2+、SO2－4等離子，而且其還原性的亞鐵離子所占比例一般較大。此類廢水若不經過處理直接排放，不僅會造成大量的水及有價礦產資源的浪費，同時也會對礦區周圍的農田和地表水系造成污染。
傳統的處理方法是采用中和沉淀法，通過投加大量堿性物質如生石灰來增大廢水的PH值，使溶解性的金屬離子水解沉淀下來。但此法不僅要消耗大量的堿，而且操作不方便，需將固體生石灰或燒堿（或其濃溶液）直接投加，造成混合反應不充分，往往達不到酸性礦井水的沉淀反應PH要求，很難將Fe（Ⅱ）等二價金屬元素完全沉淀去除，出水中剩余Fe（Ⅱ）的氧化使水容易出現返色現象，造成出水色度升高，不能達標排放。另外，此法產泥量大，處理成本高，同時還浪費大量金屬資源。因此，對酸性礦井水中鐵的中和沉淀去除方法進行工藝實驗改進具有重要的現實意義。
對于高鐵酸性礦井水有效的處理方法是利用二價鐵與三價鐵離子沉淀PH值的差異，先將Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），使Fe（Ⅲ）水解，然后將PH調節到8.5～9.5進行中和沉淀，以充分實現對鐵的去除，使出水鐵含量滿足10mg/L以下的出水水質排放要求。
這樣既可節約中和劑用量，又能減少污泥的量。本文在某酸性礦井水原有的中和-絮凝-沉淀處理工藝流程基礎上，針對現有處理工藝存在的問題，提出在中和反應處理之前增加氧化處理的新的改進措施，以H2O2作為氧化劑，將酸性礦井水中的Fe（Ⅱ）氧化成Fe（Ⅲ），然后再進行中和沉淀處理，以達到完全去除水中高含量的鐵和減少堿的用量、節約成本的目的。
實驗研究內容主要包括3個方面：（1）考察了NAOH單獨中和酸性礦井水除鐵的效果及最佳投加量；（2）對H2O2氧化中和與直接中和兩種方法的除鐵效果進行了對比；（3）比較了投加H2O2和曝氣氧化等兩種處理方式對Fe（Ⅱ）轉化為Fe（Ⅲ）的效果以及PH值對Fe（Ⅱ）轉化效率的影響。
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