CN114291906A - 一种矿井水处理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种矿井水处理剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矿井水处理剂及其制备方法与应用，尤其涉及水处理技术领域。本发明的所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；所述处理剂A包括如下质量份数的组分：改性沸石粉2～6份、改性硅藻土4～8份、聚合氯化铝6～10份、聚丙烯酰胺4～8份、月桂酰胺丙基甜菜碱6～10份、十二烷基苯磺酸钠3～7份、环氧乙烷3～7份、溶菌酶2～6份、水80～90份；所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20～22份。本发明的处理剂各个组分之间协同作用，能显著降低矿井水的TDS含量、氨氮含量、硫酸盐含量、细菌数量以及大肠杆菌的数量，使其达到国家规定的矿区水排放标准。

Description

一种矿井水处理剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种矿井水处理剂及其制备方法与应用。
背景技术
矿井水主要来源于地下水，包括地面渗透水和基岩裂隙、溶隙水等。不同矿区情况不同对地下水污染程度存在差异。针对不同地区地下水的污染程度，研制出合理的处理剂实现矿井水的再利用是目前研究的热点。
邯邢地区拥有丰富的煤、铁等矿产资源，又是典型的岩溶大水矿床，存在大量的矿井疏干水。据统计，2000年以来邯郸市年均矿排水达12672万m3，但矿井水的利用率不足40％。这不仅造成地下水资源的破坏和浪费，还会对当地生态环境造成一定的污染。
根据《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)，邯邢地区矿井水普遍存在TDS、氨氮、硫酸盐、细菌含量偏高或超标。而现有的矿井水处理剂一般只针对单一类型的矿井水，对不同矿产的矿井水同时处理，往往处理效果不佳，目前尚未发现针对该地区矿井水进行合理处理来提高矿井水利用率的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿井水处理剂及其制备方法与应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种矿井水处理剂，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉2～6份、改性硅藻土4～8份、聚合氯化铝6～10份、聚丙烯酰胺4～8份、月桂酰胺丙基甜菜碱6～10份、十二烷基苯磺酸钠3～7份、环氧乙烷3～7份、溶菌酶2～6份、水80～90份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20～22份。
作为优选，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉3～5份、改性硅藻土5～7份、聚合氯化铝7～9份、聚丙烯酰胺5～7份、月桂酰胺丙基甜菜碱7～9份、十二烷基苯磺酸钠4～6份、环氧乙烷4～6份、溶菌酶3～5份、水82～88份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20.5～21.5份。
作为优选，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉4份、改性硅藻土6份、聚合氯化铝8份、聚丙烯酰胺6份、月桂酰胺丙基甜菜碱8份、十二烷基苯磺酸钠5份、环氧乙烷5份、溶菌酶4份、水85份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝21份。
作为优选，所述改性沸石粉的制备方法包括如下步骤：
(1)将沸石粉置于浓度为0.1～0.2mol/L的NaOH溶液中反应5～6h后，得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀，将所述的第一次沉淀烘干，得到碱处理的沸石粉；
(2)将碱处理的改性沸石粉置于0.9～1.0mol/L的NaCl溶液中，浸泡18～20h，离心得沉淀，水洗所述沉淀3～4次后，得到的沉淀置于260～280℃下焙烧1～2h后，研磨，过100～200目筛得到改性沸石粉；
所述沸石粉与NaOH溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述碱处理的沸石粉与NaCl溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述水洗时，沉淀与水的体积比为1:2～3。
作为优选，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
(1)将硅藻土置于浓度为0.15～0.3mol/L的HCl中反应10～12h后得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀；
(2)在所述第一沉淀中加入蒸馏水，超声处理3～4h后，离心，得到第二次沉淀；
(3)将所述第二次沉淀烘干，研磨过100～200目筛得到改性硅藻土；
所述硅藻土与HCl的质量体积比为1g：3～5mL；
所述第一次沉淀与蒸馏水的体积比为1：3～5；
所述超声时的温度为20～25℃；
所述超声的频率为100～200kHZ。
本发明还提供了所述的处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述处理剂A的各组分按照比例溶于水中，得到处理剂A；
(2)将所述处理剂B单独包装，得到处理剂B；
(3)将处理剂A和处理剂B组合包装得到处理剂。
作为优选，所述水的温度为20～30℃。
本发明还提供了所述的处理剂在修复矿井水方面的应用。
作为优选，所述处理剂在修复矿井水时的使用方法为：将处理剂加入到待修复矿井水中，处理8～12d。
作为优选，每立方米待修复矿井水加入处理剂A的剂量为8～9L；
每立方米待修复矿井水加入处理剂B的剂量为2～2.2kg。
本发明为了使邯邢地区煤矿和铁矿矿井水同时得到充分利用，提供了一种矿井水处理剂及其制备方法与应用。本发明的将沸石粉经过碱-盐-高温煅烧改性后，改变了沸石粉的比表面积，清除了沸石粉孔隙中的杂质，提高的沸石粉的吸附速率，增强了沸石粉对氨氮等物质的吸附能力。本发明的硅藻土经过酸-超声改性后，增加了硅藻土的比表面积，清除了硅藻土孔隙中的杂质，提高了硅藻土的吸附效率，增强的硅藻土对金属离子和非金属离子的吸附能力。聚合氯化铝、聚丙烯酰胺具有絮凝作用，该试剂的加入可以进一步促进矿井水中金属和非金属离子的吸附。活性氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积，其微孔表面具备催化作用，对硫酸盐类物质有很好的去除效果。月桂酰胺丙基甜菜碱和十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，用于稳定处理剂各组分，并且月桂酰胺丙基甜菜碱还具有杀菌的作用。环氧乙烷的加入用于消除月桂酰胺丙基甜菜碱在处理矿井水时产生的泡沫。溶菌酶可以溶解微生物的细胞壁，将其加入到矿井水处理剂中，可以显著的降低矿井水中微生物的含量。
本发明处理剂中各组分协同作用，可以显著去除矿井水中的氨氮含量、硫酸盐含量、微生物含量，降低矿井水的TDS含量。
本发明的处理剂能同时实现煤矿区矿井水和铁矿区矿井水的处理。
具体实施方式
本发明提供了一种矿井水处理剂，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉2～6份，优选为3～5份，进一步优选为4份；
改性硅藻土4～8份，优选为5～7份，进一步优选为6份；
聚合氯化铝6～10份，优选为7～9份，进一步优选为8份；
聚丙烯酰胺4～8份，优选为5～7份，进一步优选为6份；
月桂酰胺丙基甜菜碱6～10份，优选为7～9份，进一步优选为8份；
十二烷基苯磺酸钠3～7份，优选为4～6份，进一步优选为5份；
环氧乙烷3～7份，优选为4～6份，进一步优选为5份；
溶菌酶2～6份，优选为3～5份，进一步优选为4份；
水80～90份，优选为82～88份，进一步优选为85份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20～22份，优选为20.5～21.5份，进一步优选为21份。
在本发明中，所述改性沸石粉的制备方法包括如下步骤：
(1)将沸石粉置于浓度为0.1～0.2mol/L的NaOH溶液中反应5～6h后，得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀，将所述的第一次沉淀烘干，得到碱处理的沸石粉；
(2)将碱处理的改性沸石粉置于0.9～1.0mol/L的NaCl溶液中，浸泡18～20h，离心得沉淀，水洗所述沉淀3～4次后，得到的沉淀置于260～280℃下焙烧1～2h后，研磨，过100～200目筛得到改性沸石粉；
所述沸石粉与NaOH溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述碱处理的沸石粉与NaCl溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述水洗时，沉淀与水的体积比为1:2～3。
在本发明中，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
(1)将硅藻土置于浓度为0.15～0.3mol/L的HCl中反应10～12h后得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀；
(2)在所述第一沉淀中加入蒸馏水，超声处理3～4h后，离心，得到第二次沉淀；
(3)将所述第二次沉淀烘干，研磨过100～200目筛得到改性硅藻土；
所述硅藻土与HCl的质量体积比为1g：3～5mL；
所述第一次沉淀与蒸馏水的体积比为1：3～5；
所述超声时的温度为20～25℃；
所述超声的频率为100～200kHZ。
本发明还提供了所述的处理剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述处理剂A的各组分按照比例溶于水中，得到处理剂A；
(2)将所述处理剂B单独包装，得到处理剂B；
(3)将处理剂A和处理剂B组合包装得到处理剂。
在本发明中，所述水的温度为20～30℃，优选为25℃。
本发明还提供了所述的处理剂在修复矿井水方面的应用。
在本发明中，所述处理剂在修复矿井水时的使用方法为：将处理剂加到待修复矿井水中，处理8～12d，优选为10d。
在本发明中，每立方米待修复矿井水加入处理剂A的剂量为8～9L，优选为8.5L；
每立方米待修复矿井水加入处理剂B的剂量为2～2.2kg，优选为2.1kg。
下面结合实施例对本发明提供的方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例和对比例中所用的活性氧化铝购自山东辰达化工有限公司。
在本发明应用实施例和对比例中水样采集方法按照《水质采样技术规程》SL-197-96中规定的采集方法进行采集。
在本发明应用实施例和对比例中水质TDS含量的测定方法采用重量法进行测定。
在本发明应用实施例和对比例中水质氨氮含量的测定方法采用纳氏试剂分光光度法进行检测。
在本发明应用实施例和对比例中水质硫酸盐的测定方法采用乙二胺四乙酸二钠-钡滴定法进行检测。
在本发明应用实施例和对比例中水质色度的测定方法按照铂-钴标准比色法方法进行检测。
在本发明应用实施例和对比例中水质浊度的测定方法采用分光光度法进行测定。
在本发明应用实施例和对比例中水样中微生物和总大肠杆菌数的测定方法按照GB5750.12-2006中规定的方法进行检测。
在本发明实施例和对比例中所述的改性沸石粉的制备方法如下：
(1)将1g沸石粉置于6mL 0.2mol/L的NaOH溶液中反应6h后，得到反应液，调节所述反应液的pH至7.0，离心，得到第一次沉淀，将所述的第一次沉淀烘干，得到碱处理的沸石粉；
(2)将碱处理的改性沸石粉1g置于7mL 1.0mol/L的NaCl溶液中，浸泡20h，离心得沉淀，水洗所述沉淀3次后，得到的沉淀置于270℃下焙烧1.5h后，研磨，过100目筛得到改性沸石粉；
所述水洗时，沉淀与水的体积比为1:2～3。
在本发明实施例和对比例中所述的改性硅藻土的制备方法如下：
(1)将1g硅藻土置于浓度为3mL0.2mol/L的HCl中反应12h后得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8，离心，得到第一次沉淀；
(2)在所述第一沉淀中加入蒸馏水，在25℃，150kHZ条件下超声处理4h后，离心，得到第二次沉淀；
(3)将所述第二次沉淀烘干，研磨过100目筛得到改性硅藻土；
所述第一次沉淀与蒸馏水的体积比为1：3～5。
实施例1
取60g改性沸石粉、40g改性硅藻土、80g聚合氯化铝、80g聚丙烯酰胺、60g月桂酰胺丙基甜菜碱、50g十二烷基苯磺酸钠、30g环氧乙烷和40g溶菌酶加入到850g温度为30℃的去离子水中，200r/min溶解完全，得到矿井水处理剂A。
取200g活性氧化铝放于密封袋中，得到处理剂B。
将处理剂A和处理剂B包装得到处理剂。
实施例2
取20g改性沸石粉、60g改性硅藻土、100g聚合氯化铝、40g聚丙烯酰胺、100g月桂酰胺丙基甜菜碱、30g十二烷基苯磺酸钠、70g环氧乙烷和20g溶菌酶加入到800g温度为25℃的去离子水中，200r/min溶解完全，得到矿井水处理剂A。
取220g活性氧化铝放于密封袋中，得到处理剂B。
将处理剂A和处理剂B包装得到处理剂。
实施例3
取40g改性沸石粉、80g改性硅藻土、60g聚合氯化铝、60g聚丙烯酰胺、80g月桂酰胺丙基甜菜碱、70g十二烷基苯磺酸钠、50g环氧乙烷和60g溶菌酶加入到900g温度为20℃的去离子水中，200r/min溶解完全，得到矿井水处理剂A。
取210g活性氧化铝放于密封袋中，得到处理剂B。
将处理剂A和处理剂B包装得到处理剂。
应用实施例1
取煤矿区A矿、B矿中的矿井水各6L，平均分成2组，对照组和实验组，每组设置2个平行。对照组的矿井水不做任何处理。实验组的矿井水中加入实施例1的处理剂A 8mL/L，处理剂B 2.2g/L，处理8d。实验结束后测定对照组和实验组水中的TDS含量、氨氮含量、硫酸盐含量、色度、浊度、微生物总数和大肠杆菌总数，与国家规定的矿井水排放标准做比较。所述国家规定的矿井水的排放标准参考GB/T14848-2017中规定的Ⅲ类标准。结果如表1所示。
表1实施例1的处理剂对煤矿矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000071
Figure BDA0003447583680000081
表1显示，经过实施例1的处理剂进行处理后，A矿、B矿矿区中的矿井水的TDS含量、色度、浊度、氨氮含量、细菌总数和大肠杆菌总数显著下降，达到了可排放的标准。
应用实施例2
取煤矿区C矿、D矿中的矿井水各6L，平均分成2组，对照组和实验组，每组设置2个平行。对照组的矿井水不做任何处理。实验组的矿井水中加入实施例2的处理剂A 8.5mL/L，处理剂B 2g/L，处理10d。实验结束后测定对照组和实验组水中的TDS含量、氨氮含量、硫酸盐含量、色度、浊度、微生物总数和大肠杆菌总数，与国家规定的矿井水排放标准做比较。结果如表2所示。
表2实施例2的处理剂对煤矿矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000082
Figure BDA0003447583680000091
表2显示，经过实施例2的处理剂进行处理后，C矿矿区、D矿矿区中的矿井水的TDS含量、色度、浊度、氨氮含量、细菌总数和大肠杆菌总数下降，达到了可排放的标准。
应用实施例3
取煤矿区E矿、F矿矿区中的矿井水各6L，平均分成2组，对照组和实验组，每组设置2个平行。对照组的矿井水不做任何处理。实验组的矿井水中加入实施例3的处理剂A 9mL/L，处理剂B 2.1g/L，处理12d。实验结束后测定对照组和实验组水中的TDS含量、氨氮含量、硫酸盐含量、色度、浊度、微生物总数和大肠杆菌总数，与国家规定的矿井水排放标准做比较。结果如表3所示。
表3实施例3的处理剂对煤矿矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000092
Figure BDA0003447583680000101
表3显示，经过实施例3的处理剂进行处理后，E矿矿区和F矿矿区中的矿井水的TDS含量、色度、浊度、氨氮含量、细菌总数和大肠杆菌总数下降，达到了可排放的标准。
应用实施例4
取铁矿区G矿、H矿矿区中的矿井水各6L，平均分成2组，对照组和实验组，每组设置2个平行。对照组的矿井水不做任何处理。实验组的矿井水中加入实施例1的处理剂A 8mL/L，处理剂B 2.1g/L，处理12d。实验结束后测定对照组和实验组水中的TDS含量、氨氮含量、硫酸盐含量、色度、浊度、微生物总数和大肠杆菌总数，与国家规定的矿井水排放标准做比较。结果如表4所示。
表4实施例1的处理剂对铁矿矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000102
Figure BDA0003447583680000111
表4显示，经过实施例1的处理剂进行处理后，铁矿的G矿区和铁矿F矿区中的矿井水的TDS含量、色度、浊度、硫酸盐含量、细菌总数和大肠杆菌总数下降，达到了可排放的标准。
对比例1
按照实施例1的方法设置本对比例1的方案，与实施例1不同的是，本对比例中用沸石粉替换实施例1的改性沸石粉。按应用实施例1和应用实施例4的方法设计实验，检测对比例1的处理剂处理后的煤矿区矿井水和铁矿区矿井水是否达到国家可排放水的标准。实验结果如表5～6所示。
表5对比例1的处理剂对煤矿区矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000112
Figure BDA0003447583680000121
表6对比例1的处理剂对铁矿区矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000122
表5～6显示，对比例1的处理剂中利用沸石粉替换了改性沸石粉组分，使该处理剂的效果明显减弱。
对比例2
按照实施例2的方法设置本对比例2的处理剂，与实施例2不同的是，本对比例2中利用硅藻土替换改性硅藻土。按应用实施例2和应用实施例4的方法设置本对比例2的实验，检测对比例2的处理剂对煤矿区矿井水和铁矿区矿井水的影响。结果如表7～8所示。
表7对比例2的处理剂对煤矿区矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000123
Figure BDA0003447583680000131
表8对比例2的处理剂对铁矿区矿井水的影响
Figure BDA0003447583680000132
表7～8显示，对比例2的处理剂对煤矿矿井水和铁矿矿井水的处理效果并不明显。
由以上实施例可知，本发明提供了一种矿井水处理剂及其制备方法与应用。本发明处理剂中各组分协同作用处理矿井水后能显著减少矿井水的TDS含量、色度、浊度和氨氮、硫酸盐的含量，显著降低矿井水中的细菌总数和大肠杆菌总数，使矿井水能达到国家排放标准，本发明的处理剂能同时处理煤矿区和铁矿区的矿井水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种矿井水处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉2～6份、改性硅藻土4～8份、聚合氯化铝6～10份、聚丙烯酰胺4～8份、月桂酰胺丙基甜菜碱6～10份、十二烷基苯磺酸钠3～7份、环氧乙烷3～7份、溶菌酶2～6份、水80～90份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20～22份。
2.根据权利要求1所述的处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉3～5份、改性硅藻土5～7份、聚合氯化铝7～9份、聚丙烯酰胺5～7份、月桂酰胺丙基甜菜碱7～9份、十二烷基苯磺酸钠4～6份、环氧乙烷4～6份、溶菌酶3～5份、水82～88份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝20.5～21.5份。
3.根据权利要求2所述的处理剂，其特征在于，所述矿井水处理剂包括处理剂A和处理剂B；
所述处理剂A包括如下质量份数的组分：
改性沸石粉4份、改性硅藻土6份、聚合氯化铝8份、聚丙烯酰胺6份、月桂酰胺丙基甜菜碱8份、十二烷基苯磺酸钠5份、环氧乙烷5份、溶菌酶4份、水85份；
所述处理剂B包括如下质量份数的组分：活性氧化铝21份。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的处理剂，其特征在于，所述改性沸石粉的制备方法包括如下步骤：
(1)将沸石粉置于浓度为0.1～0.2mol/L的NaOH溶液中反应5～6h后，得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀，将所述的第一次沉淀烘干，得到碱处理的沸石粉；
(2)将碱处理的改性沸石粉置于0.9～1.0mol/L的NaCl溶液中，浸泡18～20h，离心得沉淀，水洗所述沉淀3～4次后，得到的沉淀置于260～280℃下焙烧1～2h后，研磨，过100～200目筛得到改性沸石粉；
所述沸石粉与NaOH溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述碱处理的沸石粉与NaCl溶液的质量体积比为1g：5～7mL；
所述水洗时，沉淀与水的体积比为1:2～3。
5.根据权利要求4所述的处理剂，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法包括如下步骤：
(1)将硅藻土置于浓度为0.15～0.3mol/L的HCl中反应10～12h后得到反应液，调节所述反应液的pH至6.8～7.0，离心，得到第一次沉淀；
(2)在所述第一沉淀中加入蒸馏水，超声处理3～4h后，离心，得到第二次沉淀；
(3)将所述第二次沉淀烘干，研磨过100～200目筛得到改性硅藻土；
所述硅藻土与HCl的质量体积比为1g：3～5mL；
所述第一次沉淀与蒸馏水的体积比为1：3～5；
所述超声时的温度为20～25℃；
所述超声的频率为100～200kHZ。
6.权利要求1～5任意一项所述的处理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述处理剂A的各组分按照比例溶于水中，得到处理剂A；
(2)将所述处理剂B单独包装，得到处理剂B；
(3)将处理剂A和处理剂B组合包装得到处理剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述水的温度为20～30℃。
8.权利要求1～5任意一项所述的处理剂在修复矿井水方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述处理剂在修复矿井水时的使用方法为：将处理剂加入到待修复矿井水中，处理8～12d。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，每立方米待修复矿井水加入处理剂A的剂量为8～9L；
每立方米待修复矿井水加入处理剂B的剂量为2～2.2kg。
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