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《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)針對性處理而排放，將會對區(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，有機物等污染物的存在在某種程度上影響氟化物去除工藝過程和去除效果[2]，故在去除氟化物的同時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 工藝過程

鑒于礦井水水質(zhì)分析，選定礦井水整體處理工藝過程如下：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污染物和絕大部分的氨氮，同時，通過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頁圖2所示。

3.1 工藝設(shè)計

離子交換除氟工藝中選用聚苯乙烯架構(gòu)的強堿型陰離子交換樹脂，因其本身的無裂紋性質(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)計見表2。

圖2 離子交換除氟工藝設(shè)計表2 除氟工藝過程設(shè)計表

主要工藝過程設(shè)計設(shè)計水量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(單級運行,一用一備)1.5 m3再生時間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)運行較為穩(wěn)定，以7 d為測試周期的出水氟離子質(zhì)量濃度監(jiān)測見圖3。由圖3可知，超濾出水通過樹脂交換器的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 除氟運行成本測算

氯化鈉價格按300元/t測算，再生程度取100 g氯化鈉/1 L樹脂(100%氯化鈉計)，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：0.3×300=90元；

折合運行成本：90元/3 000 t=0.03元/t。

4 總結(jié)

礦井水來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械等可引起水質(zhì)微污染，涉及氟離子、有機物、氨氮等，工藝選擇上應(yīng)考慮相互間干擾。而從實際應(yīng)用角度出發(fā)，對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行成本約為0.03元/t，工程采用較為適宜。