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矿井污水氟化物处理工艺

作者:guanqing时间:2025-06-09 16:17 次浏览

信息摘要:

矿井水作为矿产资源开采过程中的副产物,常含有高浓度氟化物(5-20mg/L),主要来源于含氟矿物的溶解和采矿过程中使用的含氟材料渗入。这类废水具有pH波动大(常...

矿井水作为矿产资源开采过程中的副产物,常含有高浓度氟化物(5-20mg/L),主要来源于含氟矿物的溶解和采矿过程中使用的含氟材料渗入。这类废水具有pH波动大(常呈偏碱性)、成分复杂(含重金属、悬浮物等)的特点。根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准要求,外排水中氟化物浓度需≤1mg/L,传统石灰中和法仅能将氟浓度降至8-10mg/L,且产生大量难以处理的污泥。这一现状促使高效除氟技术成为矿井水处理领域的研究热点。

主流处理工艺与技术原理

化学沉淀法强化工艺

钙盐沉淀法通过投加石灰(Ca(OH)₂)或氯化钙(CaCl₂),使氟离子形成氟化钙沉淀(Ca^{2+} + 2F^- \rightarrow CaF_2↓)。内蒙古某煤矿采用"两级沉淀+絮凝"改良工艺,在pH=7.5-8.5条件下,配合PAC(30-50mg/L)和PAM(0.5-1.0mg/L)混凝剂,将沉淀时间从4h缩短至1.5h,出水氟化物降至2.5mg/L。但该工艺存在污泥含水率高(>98%)和管道结垢的固有缺陷。

吸附法技术创新

活性氧化铝作为经典吸附剂,比表面积达200-300m²/g,在pH=5.5-6.5时对氟离子的吸附容量可达4-6mg/g。某工程案例显示,采用流化床吸附塔(空塔流速8-10m/h)处理氟化物10mg/L的矿井水,穿透点出现在800-1000床体积(BV),再生采用2%NaOH溶液,吨水运行成本约1.16元。新型铁基羟基磷灰石吸附剂通过特殊晶格结构,将吸附容量提升至12-15mg/g,且再生周期延长3倍。

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离子交换法系统优化

专用除氟树脂(如纳米铝负载树脂)对氟离子具有选择性吸附特性。鄂尔多斯某煤矿项目运行数据表明,树脂吸附罐(φ1.6m×5.8m)在流速15m/h条件下,可将氟化物从3mg/L降至0.8mg/L,饱和后用8%水合氯化铝再生,吨水药剂费1.97元。该技术需配套精密过滤(孔径≤100μm)防止树脂堵塞,并设置废液处理单元(CaCl₂沉淀+压滤)处置高氟再生液。

膜分离技术耦合应用

反渗透(RO)和电渗析(ED)能实现深度除氟(出水≤0.5mg/L),但要求进水SS<1mg>99%,但浓水氟浓度高达50-80mg/L,需返回前端沉淀处理。新型石墨烯改性膜将通量提升至30-40LMH,抗污染性能提高50%,有望降低运行成本。

组合工艺工程案例

广东某矿井水处理站(1000m³/d)采用"吸附+沉淀"双级工艺:

一级处理:活性氧化铝滤池(滤速6m/h)将氟从10mg/L降至3mg/L;

二级处理:投加氯化钙(200mg/L)+PAC混凝,出水氟化物稳定在0.8mg/L以下。

该组合充分发挥吸附法高效低耗和沉淀法稳定可靠的优势,较单一工艺节约运行成本35%。

技术瓶颈与发展趋势

现存问题

再生废液处理:吸附剂/树脂再生产生含氟300-500mg/L的废液,现有石灰沉淀法污泥产率高;

低温抑制:冬季水温<10℃时,生物法和化学法效率下降30%-50%;

智能控制不足:加药量多依赖经验值,导致药剂浪费10%-15%。

未来方向

新型吸附材料:MOFs负载La³吸附剂在pH=3-10范围内保持90%以上吸附率;

低碳工艺:光伏驱动电凝聚技术,吨水能耗降至1.2-1.5kWh;

数字孪生:基于水质在线监测的动态加药系统,预计可节约药剂20%-25%。

结论

矿井水氟化物处理需根据水质特性选择技术经济最优方案:对于氟浓度<5mg>10mg/L)宜采用"化学沉淀+吸附"组合工艺;膜技术适用于高标准回用场景。未来应重点开发高效再生吸附剂和废液资源化技术,推动矿井水处理向近零排放迈进。