技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及含有含氧陰離子的含水流的處理，并且更具體地，涉及監(jiān)測含有含氧陰離子的流以及用鋁試劑處理含有含氧陰離子的流。

背景技術(shù)：

含氧陰離子是一類可在工業(yè)過程中形成的含氧的陰離子分子。例如，在商業(yè)加工作業(yè)期間遇到的典型含氧陰離子包括硼酸根、碳酸根，磷酸根、硫酸根、鉻酸根和砷酸根。當(dāng)含有含氧陰離子的非氧元素的物質(zhì)暴露于氧、水和/或細菌時，可形成這些含氧陰離子。由于與許多含氧陰離子相關(guān)的不利的健康和環(huán)境影響，政府監(jiān)管機構(gòu)通常限制某些含氧陰離子可與廢水一起排放到環(huán)境中的水平。

可以形成含氧陰離子的一種情況是在土制材料的挖掘期間。諸如采礦作業(yè)、銑削作業(yè)、道路建筑等的挖掘可以使土制材料暴露于氧和水，產(chǎn)生含有含氧陰離子的含水流出物。這些流出物可以包括例如酸性礦巖排水(稱為ARD或AMD)、選礦尾礦、過量的傾析水、滲流和酸性工藝廢物流。采礦作業(yè)、公路建設(shè)和另一些大規(guī)模挖掘中，當(dāng)巖石中的礦物質(zhì)暴露于氧化條件時形成酸性礦巖排水。

含氧陰離子可能難以與水分離，因為其通常形成相對弱的陰離子。進一步使分離努力復(fù)雜化的是認識到含氧陰離子的組成和濃度可隨時間和環(huán)境因素而變化。諸如降雨、溫度、工業(yè)過程條件、土制物質(zhì)含量和工藝化學(xué)組分的因素可以引起給定廢水流中含氧陰離子的組成隨時間變化。確保適當(dāng)?shù)靥幚砭哂锌勺兒蹶庪x子的組成和濃度的含水流可有助于確保符合政府監(jiān)管要求以及良好的環(huán)境和健康管理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一般來說，本公開內(nèi)容涉及用于降低工業(yè)水溶液(例如在被排放到周圍環(huán)境之前待處理的廢水流)中的含氧陰離子的濃度的系統(tǒng)、組合物和技術(shù)。在一些應(yīng)用中，連續(xù)監(jiān)測具有一種或更多種含氧陰離子和共軛金屬陽離子的含水流，以測量流中一種或更多種含氧陰離子的當(dāng)前濃度和流中金屬陽離子的當(dāng)前濃度。然后基于含氧陰離子的當(dāng)前濃度、金屬陽離子的當(dāng)前濃度以及含氧陰離子的目標排放閾值向廢水流中添加化學(xué)沉淀劑。目標排放閾值可以是最大濃度極限，高于該最大濃度極限，則不能在不違反含氧陰離子濃度極限的情況下排放廢水流。目標排放閾值也可以是這樣的濃度極限，高于該濃度極限，則含氧陰離子含量太高而不能在下游過程中適當(dāng)?shù)卦倮盟鳌；瘜W(xué)沉淀劑可以包括與含氧陰離子結(jié)合以形成金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀的金屬陽離子源(例如，于在流中已經(jīng)沒有足夠高的金屬陽離子濃度的情況下)以及鋁源。

隨著時間的推移，廢水流的組成可能改變，使得形成該流的新進入廢水具有與形成該流的先前接收的廢水不同的含氧陰離子含量和/或不同的金屬陽離子含量。已經(jīng)認識到，這種變化在實踐中可具有有意義的結(jié)果。例如，在廢水流的金屬陽離子濃度和/或含氧陰離子濃度改變的情況下，可能需要改變化學(xué)沉淀劑的給料速率，以防止處理的流中的含氧陰離子濃度超過排放極限。

如果進入流的含氧陰離子濃度提高和/或該流的金屬陽離子濃度降低，則金屬陽離子源和/或鋁試劑的給料速率可能太低。這可限制金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀物的形成，導(dǎo)致處理的流中的含氧陰離子濃度超過所需極限。相比之下，如果進入流的含氧陰離子濃度降低和/或該流的金屬陽離子濃度提高，則金屬陽離子源和/或鋁試劑的給料速率可能太高。由于沉淀劑的過量給料，其不僅在經(jīng)濟上是無效的，而且已經(jīng)觀察到，在一些實例中，過量添加沉淀劑導(dǎo)致形成的含氧陰離子的總量減少。例如，添加增加量的金屬陽離子源和/或鋁試劑可增加形成的沉淀物的量，并相應(yīng)地增加所消耗的含氧陰離子的量，直到達到金屬陽離子源和/或鋁試劑的濃度拐點。提高處理的廢水流中的金屬陽離子源和/或鋁試劑的濃度超過拐點可減少形成的沉淀物的量，增加處理的廢水流中剩余的含氧陰離子的量。

通過連續(xù)測量處理的流中的含氧陰離子的當(dāng)前濃度和流中金屬陽離子(例如，與鋁結(jié)合以形成金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀的金屬陽離子)的當(dāng)前濃度，流中的含氧陰離子的濃度可精確并可靠地降低到低于目標閾值。這可以幫助確保在流可以排放到環(huán)境中之前，經(jīng)濟上有效地遵守可存在于流中的含氧陰離子濃度的任何監(jiān)管限制。

在一個實例中，描述了用于降低含水流中的一種或更多種含氧陰離子的濃度的方法。該方法包括接收具有金屬陽離子和含氧陰離子的含水流，其中金屬陽離子的濃度隨時間變化，并且含氧陰離子的濃度隨時間變化。該方法還包括連續(xù)測量金屬陽離子的濃度以便提供含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度；連續(xù)測量含水流中含氧陰離子的濃度以便提供含水流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度；以及向含水流中添加金屬陽離子源并向含水流中添加鋁試劑。該方法指定添加到含水流中的金屬陽離子源的量基于含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度確定，添加到含水流中的鋁試劑的量基于含水流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度，并且添加到含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量有效地將含水流中含氧陰離子的濃度降低到低于目標閾值。

在另一個實例中，描述了一種系統(tǒng)，其包括含有金屬陽離子的試劑源、鋁試劑源、一個或更多個傳感器，和控制器。該實例指定配置一個或更多個傳感器以分析具有可變濃度的金屬陽離子和可變濃度的含氧陰離子的水溶液，并且配置一個或更多個傳感器來測量金屬陽離子的可變濃度以便提供水溶液中的當(dāng)前金屬陽離子濃度，并測量含氧陰離子的可變濃度以便提供水溶液中的當(dāng)前含氧陰離子濃度。該實例還指定，配置控制器以基于由一個或更多個傳感器測量的當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度來控制向水溶液中添加包含金屬陽離子的試劑和鋁試劑。

在另一個實例中，描述了一種方法，其包括向含有含氧陰離子的水溶液中添加堿性堿土金屬試劑，從而使含氧陰離子的第一部分從水溶液中沉淀出來并產(chǎn)生具有降低的含氧陰離子濃度的水溶液。該方法包括測定具有降低的含氧陰離子濃度的水溶液中含氧陰離子的濃度，以及基于測定的含氧陰離子濃度向具有降低的含氧陰離子濃度的水溶液中添加鋁試劑，從而使含氧陰離子的第二部分從具有降低的含氧陰離子濃度的水溶液中沉淀出來。

在附圖和以下描述中闡述了一個或更多個實例的細節(jié)。由說明書和附圖以及由權(quán)利要求書，其他特征、目的和優(yōu)點將是顯而易見的。

附圖說明

圖1是示出了用于降低含水流中的一種或更多種含氧陰離子的濃度的一個示例性方法的流程圖。

圖2是示出了用于降低含水流中的一種或更多種含氧陰離子的濃度的另一個示例性方法的流程圖。

圖3是示出了一個示例性系統(tǒng)的概念圖，所述系統(tǒng)可根據(jù)結(jié)合圖1和2描述的技術(shù)用于處理含有含氧陰離子的水以降低含氧陰離子的濃度。

圖4是示出了示例性實驗硫酸根含氧陰離子濃度數(shù)據(jù)與假定鈣礬石化學(xué)計量的沉淀物的預(yù)測濃度數(shù)據(jù)相比的圖。

圖5是示例性石灰預(yù)處理的酸性巖石排水樣品的示例沉淀動力學(xué)數(shù)據(jù)的圖。

圖6A至6C是用鋁和氫氧化鈣處理的鉬酸根含氧陰離子溶液的示例性實驗數(shù)據(jù)的圖。

圖7是用鋁和氫氧化鈣處理的鉻酸根含氧陰離子溶液的示例性實驗數(shù)據(jù)的圖。

圖8是用鋁和氫氧化鈣處理的硼酸根含氧陰離子溶液的示例性實驗數(shù)據(jù)的圖。

圖9是用鋁和氫氧化鈣處理的硝酸根含氧陰離子溶液的示例性實驗數(shù)據(jù)的圖

具體實施方式

本公開內(nèi)容一般地涉及用于處理含有含氧陰離子的廢水流以將廢水流中的含氧陰離子濃度水平降低到低于目標濃度水平的系統(tǒng)和技術(shù)。目標濃度水平可以是這樣的水平，低于該水平，廢水流可以在遵守任何環(huán)境或健康要求的同時排放到周圍環(huán)境(例如，河流、湖泊、公共下水道系統(tǒng))。例如，目標濃度水平可以是由公司的環(huán)境、健康和安全標準或者地方或國家法律或法規(guī)設(shè)定的最大可允許的含氧陰離子濃度水平。目標排放閾值還可以是濃度極限，低于該濃度極限則需要降低含氧陰離子濃度以使水流適合用于下游工業(yè)過程。

為了將廢水流中的含氧陰離子濃度水平降低到低于目標濃度水平，可以向廢水流中添加至少一種沉淀劑，并且在一些實例中添加多種沉淀劑。例如，可以向廢水流和/或鋁試劑中添加金屬陽離子源如堿性堿土金屬試劑。金屬陽離子源和鋁試劑可以與存在于廢水流中的含氧陰離子結(jié)合以形成沉淀物?？梢詮膹U水流中除去該沉淀物，從而降低流中的含氧陰離子的濃度。

在實踐中，已經(jīng)認識到工業(yè)廢水流中的含氧陰離子濃度可隨時間顯著變化。例如，在產(chǎn)生酸性礦石排水流出物的挖掘作業(yè)中，被挖掘的土制物質(zhì)的化學(xué)組成變化以及降雨和溫度的改變等可導(dǎo)致流出物的含氧陰離子含量的變化。根據(jù)具體挖掘作業(yè)的特點，流出物中的含氧陰離子濃度在一天的過程中可變化大于10％。在向該流出物中添加一種或更多種沉淀劑以減少流的含氧陰離子含量的情況下，含氧陰離子濃度的較大變化可破壞添加到流中的沉淀劑的功效。

在根據(jù)本公開內(nèi)容的一些應(yīng)用中，連續(xù)監(jiān)測具有可變含氧陰離子濃度的廢水流，以測定流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度。還可以連續(xù)監(jiān)測對應(yīng)于含氧陰離子的金屬陽離子的濃度，以測定流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度。例如，可以連續(xù)監(jiān)測與鋁和含氧陰離子結(jié)合以形成金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀物的金屬陽離子的濃度。通過知道流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度和當(dāng)前金屬陽離子濃度，可以將添加到流中的沉淀劑的給料速率調(diào)節(jié)至有效量以將流中的含氧陰離子濃度降低至低于目標閾值。例如，可以將沉淀劑的給料速率調(diào)節(jié)至有效量以將流中的含氧陰離子濃度降低至低于濃度閾值，從而允許將所述流排放至環(huán)境中，而基本上不會過量給料和沉淀過量的含氧陰離子(其可與廢水一起排放到環(huán)境中而不違反排放標準)。

盡管不希望受任何特定理論的束縛，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些應(yīng)用中，含氧陰離子沉淀和除去對被處理的流中的含氧陰離子濃度和添加到流中的沉淀劑濃度是高度敏感的。在一些情況下，即使含氧陰離子濃度和/或沉淀劑濃度的百萬分比水平的微小變化也可以產(chǎn)生被處理的流的含氧陰離子濃度的較大變化。例如，被處理的流中的含氧陰離子與沉淀劑之間的復(fù)雜相互作用可產(chǎn)生沉淀極限。將添加到流中的沉淀劑的濃度提高到這些極限可增加從流中沉淀的含氧陰離子的量。進一步將沉淀劑的濃度提高到超過沉淀極限可導(dǎo)致至少一些沉淀的含氧陰離子再溶解，減少從被處理的流中沉淀的含氧陰離子的量。也就是說，系統(tǒng)可以顯示沉淀拐點(例如，最大值)，由此降低或提高添加到流中的沉淀劑的濃度導(dǎo)致從流中沉淀的含氧陰離子的量減少。

在其中被處理的廢水流表現(xiàn)出基于流中含氧陰離子的濃度和/或金屬陽離子的濃度偏移的含氧陰離子沉淀拐點的應(yīng)用中，連續(xù)監(jiān)測流中的含氧陰離子和/或金屬陽離子濃度可有助于沉淀劑的精確給料。例如，添加到流中的金屬陽離子源的量和/或添加到流中的鋁試劑的量可以基于待處理的進入流中的金屬陽離子和/或含氧陰離子的濃度來調(diào)節(jié)。還可以基于對應(yīng)于進入流的含氧陰離子濃度的沉淀拐點和/或處理后流的目標含氧陰離子濃度水平來調(diào)節(jié)沉淀劑。

圖1是示出了用于降低待處理的含有含氧陰離子的水溶液(如水的蓄水池或流動流)中的一種或更多種含氧陰離子的濃度的示例性方法的流程圖。該方法包括接收待處理的含有含氧陰離子的流(10)，連續(xù)測量流中的金屬陽離子的濃度(12)以測定當(dāng)前金屬陽離子濃度，以及連續(xù)測量流中的含氧陰離子濃度(14)以測定當(dāng)前含氧陰離子濃度。另外，圖1的示例性技術(shù)包括基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度確定沉淀劑給料水平(16)，然后以確定的給料水平向流中添加沉淀劑(18)。如下文更詳細的描述，多種不同的化學(xué)化合物、硬件配置和操作條件可根據(jù)圖1的示例性技術(shù)用于降低被處理的流中的含氧陰離子濃度。

在圖1的技術(shù)中，可以從工業(yè)過程接收含有一種或更多種含氧陰離子的含水流(10)，并處理以降低一種或更多種含氧陰離子的濃度并產(chǎn)生經(jīng)處理的含水流?？梢詮亩喾N不同的工業(yè)過程接收含水流，并且本公開內(nèi)容不限于處理來自任意特定來源的含水流。在一些應(yīng)用中，含水流是來自礦井、煤矸石堆、建筑工地、化工廠或其他場所的排放流、流出物、徑流物和/或滲流。例如，含水流可以是形成礦山排水的排放流，其中巖層已被打亂(例如，被挖掘)并暴露于水源如降雨、地表水和/或地下水源，使得在溶液或懸浮液中水包含金屬和礦物。礦巖排水根據(jù)來源可以是酸性的(有時稱為酸性礦石排水)或堿性的(有時稱為堿性礦石排水)。在任一情況下，可從礦區(qū)產(chǎn)生流，包括用于從土地中去除礦物、金屬、礦石和/或煤的現(xiàn)役、非現(xiàn)役或廢棄的提取和/或挖掘操作。這種提取操作的實例包括包含石灰石、滑石、金、銀、鐵、鋅、錳、鉬、銻、鉻和鎳的油砂、煤、礦物、金屬和礦石。含有一種或更多種含氧陰離子的含水流的其他示例性來源包括煙道氣脫硫水、紙漿廢水和鋁加工水。

與含水流的來源無關(guān)，在流可排放之前，該流可含有需要進行處理和除去的含氧陰離子。術(shù)語含氧陰離子，其也可以稱為氧陰離子(oxyanion)，是指具有式A_xO_y^z-的帶負電荷的化學(xué)化合物，其中A是除氧以外的化學(xué)元素；O是氧；Z通常是值至少為1(例如，1、2、3或更大)的整數(shù)；X通常是值為1或2的整數(shù)；并且Y通常是值至少為1的整數(shù)(例如，1、2、3、4或更大)。

含氧陰離子可以由許多化學(xué)元素組成。例如，含氧陰離子包括硼酸根、碳酸根、硝酸根、磷酸根、硫酸根、鉻酸根、砷酸根、硒酸根、鉬酸根、亞硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞砷酸根、亞硒酸根、次磷酸根、磷酸根、硫代硫酸根、高氯酸根、高溴酸根、高碘酸根、高錳酸根、氯酸根、鉻酸根、溴酸根、碘酸根、亞氯酸根、亞溴酸根、次氯酸根和次溴酸根。通過將化學(xué)元素暴露于氧和水，可以在提取位置形成特定的含氧陰離子。例如，當(dāng)提取的含有金屬硫化物的土制材料暴露于氧和水時，可形成含氧陰離子硫酸根。

存在于進行處理的含水流中的特定含氧陰離子將例如基于產(chǎn)生流的工藝的類型和含氧陰離子的來源而變化。在一些實例中，進行處理的含水流包含(或者，在其他實例中，由以下組成或基本上由以下組成)硫酸根、鉬酸根、硼酸根、亞硒酸根、亞硒酸根、砷酸根、硝酸根和/或釩酸根(vandinate)。例如，含水流可以具有一種或更多種具有式A_xO_y^z-的含氧陰離子，其中A選自Mo、B、Cr、Se、As，N、S和V；X為值為1或2的整數(shù)；Y是值至少為1的整數(shù)；并且Z是值至少為1的整數(shù)。在一個具體實例中，含水流包含(或者，在其他實例中，基本上由以下組成)硫酸根(SO₄^2-)。硫酸根是見之于許多酸性礦巖排水廢物流和其他挖掘流出物中的含氧陰離子。在一些實例中，含水流包含多種含氧陰離子的混合物。

除了含有一種或更多種含氧陰離子之外，進行處理的含水流可含有相應(yīng)的陽離子，例如為該流提供電荷中性。存在于含水流中的陽離子的類型將再次基于產(chǎn)生流的工藝和陽離子源而變化。與含有含氧陰離子的廢物流出物流相關(guān)的典型陽離子包括金屬陽離子如第I族堿金屬(例如，Na、K)和/或第II族堿土金屬(例如，Be、Mg、Ca)。在酸性礦巖排水流的情況下，也可以存在重金屬如鐵、鉻、鈷、鋅、鎳和/或銅。

在用沉淀劑處理之前，含水流中的金屬陽離子和含氧陰離子的濃度可以為例如小于500百萬分率(ppm)至大于1000ppm。例如，進入流中的金屬陽離子和/或含氧陰離子可各自大于500ppm，例如大于750ppm，大于1000ppm，大于1500ppm，或甚至大于2500ppm(例如，10,000ppm至20000ppm)。在一些應(yīng)用中，進入流中的金屬陽離子和/或含氧陰離子的濃度可為100ppm至3000ppm，例如500ppm至2500ppm、1000ppm至2000ppm，或者1100ppm至1500ppm。上述濃度可以是特定金屬陽離子和含氧陰離子對的，或者可以是流中所有金屬陽離子和含氧陰離子的總和。此外，除非另有說明，否則本文所用的百萬分比(ppm)是指重量百萬分比。

作為一個實例，含水流可以含有濃度水平為1000ppm至2000ppm的硫酸根。例如，含水流可以含有900ppm至1500ppm的硫酸根，提供900ppm至1500ppm的當(dāng)前硫酸根含氧陰離子濃度。例如由于陽離子和硫酸根含氧陰離子之間的相對重量差異，相應(yīng)的金屬陽離子可以以低于含氧陰離子的重量濃度存在于含水流中。例如，在硫酸根作為硫酸鈣存在的情況下，鈣可以為265ppm至450ppm，提供265ppm至450ppm的當(dāng)前陽離子濃度。在其他過渡金屬陽離子存在于含水流中來代替鈣的情況下，鈣濃度可以更低。

在實踐中，金屬陽離子和含氧陰離子的濃度可隨時間變化。諸如降雨、溫度、工業(yè)過程條件和土制物質(zhì)含量等因素可導(dǎo)致金屬陽離子和/或含氧陰離子相對于較早時間段的濃度在流動流中變?yōu)橄♂尩幕蛱岣邼舛?。金屬陽離子和/或含氧陰離子在一段時間內(nèi)的濃度變化可以大于10％，例如大于25％，或大于50％。例如，在含有約1200ppm硫酸根并在一段時間內(nèi)變化約25％的含水流的情況下，硫酸根可以在約900ppm至1500ppm的范圍內(nèi)變化。濃度變化的時間段可以相對較短，例如，半小時或小時，或者更長如一班(例如，八小時班)、一天或一周。如下面更詳細討論的，這些濃度變化可以對用于使含氧陰離子沉淀和除去最大化的所需沉淀劑給料水平產(chǎn)生影響。

除了一種或更多種含氧陰離子和相應(yīng)的金屬陽離子之外，流的其余部分可以包含水和對應(yīng)于含水流來源的特定化合物。可存在于含水流中的示例性化合物包括但不限于過渡金屬陽離子、碳酸化碳酸氫根、氰化物、有機物、絮凝劑和/或浮選助劑。

無論被處理以降低含氧陰離子含量的含水流的組成如何，可以從源頭接收該流并進行分析和含氧陰離子沉淀?？梢栽谝粋€或更多個處理容器中接收并收集含水流，提供可在排出之前分析并處理的液體的靜態(tài)容積。或者，可以在流動的同時在線分析(例如通過抽吸滑流)并處理含水流以降低含氧陰離子含量。根據(jù)來源，待處理的含有含氧陰離子的含水流可以是連續(xù)的液體流。液體流可以在一段時間內(nèi)基本上或完全不間斷，例如大于30分鐘的時間段、大于24小時的時間段或大于1周的時間段。

在圖1的示例性技術(shù)中，接收待處理的含水流(10)并連續(xù)測量以測定流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度(12)以及流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度(14)。連續(xù)測量流中的金屬陽離子濃度和流中的含氧陰離子濃度可用于檢測濃度的變化并提供沉淀劑給料控制。當(dāng)前金屬陽離子濃度可以是最近在含水流中測量的金屬陽離子濃度。類似地，當(dāng)前含氧陰離子濃度可以是最近在含水流中測量的含氧陰離子濃度。每個新測量的含水流中的金屬陽離子濃度和含氧陰離子濃度可以確立新的當(dāng)前金屬陽離子濃度和新的當(dāng)前含氧陰離子濃度，代替之前的測量值。在其他實例中，圖1的技術(shù)不涉及連續(xù)測量含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度(12)和當(dāng)前含氧陰離子濃度(14)二者，而僅涉及兩個值中的一個。

在實踐中，連續(xù)測量金屬陽離子濃度和/或含氧陰離子濃度的頻率可以由觀察到的流中金屬陽離子和/或含氧陰離子濃度的可變性決定。如果濃度在短時間段內(nèi)大幅度變化(例如，+/-5％)，更頻繁的測量可能是合適的。相反，如果濃度僅在較長一段時間內(nèi)大幅度變化(例如，隨著降水和溫度季節(jié)性地變化)，則不那么頻繁的測量可能是合適的。

在不同的實例中，可以通過每天至少一次(例如，每8小時至少一次、每4小時至少一次、每小時至少一次、每半小時至少一次，或每分鐘至少一次)測量金屬陽離子濃度和/或含氧陰離子濃度來連續(xù)測量金屬陽離子和/或含氧陰離子濃度。測量金屬陽離子濃度的頻率可以與測量含氧陰離子濃度的頻率相同或不同。此外，金屬陽離子和/或含氧陰離子濃度可以通過從流動含水流中提取滑流并在線分析濃度來測量。或者，可以從含水流來源中提取不流動的樣品并分析以確定濃度，例如自動地或使用手動實驗室技術(shù)。

多種不同的技術(shù)可用于連續(xù)測量經(jīng)歷含氧陰離子減少的含水流中的一種或更多種金屬陽離子的濃度。作為一個實例，可以用分光光度法測量含水流中的金屬陽離子濃度。在該技術(shù)中，可以向含水流的樣品中添加與金屬陽離子結(jié)合的光譜試劑。然后可以將(例如，可見、近紫外和/或近紅外光譜中的)光導(dǎo)至經(jīng)歷分析的含水液體以及用于測量光的反射或透射強度的光度計中。液體的分光光度特性可基于與光譜試劑結(jié)合的金屬陽離子的濃度而變化，使得能夠測量金屬陽離子濃度。

作為另一個實例，可以用熒光分光光度法測量含水流中金屬陽離子的濃度。在熒光分光光度法測量期間，可以將某一波長或波長范圍的光發(fā)射到經(jīng)歷分析的含水液體中，致使液體中的分子激發(fā)并發(fā)出不同波長的熒光發(fā)射。熒光發(fā)射可以被檢測并與含水液體中的金屬陽離子的濃度相關(guān)。在根據(jù)該技術(shù)的一些實例中，向與金屬陽離子結(jié)合的含水液體中添加熒光團形成熒光團-金屬陽離子絡(luò)合物。這種熒光團-金屬陽離子絡(luò)合物可以響應(yīng)于激發(fā)能量發(fā)出熒光發(fā)射，使得金屬陽離子能夠被檢測和定量。

作為又一個實例，可以通過電導(dǎo)率測量含水流中金屬陽離子的濃度。例如，離子選擇性電極可用于測量分析中的含水液體中特定金屬陽離子的電勢。離子選擇性電極可以包括離子特異性膜以及將含水液體中的金屬陽離子的活性轉(zhuǎn)化為電勢的變換器或傳感器，所述電勢可以通過電壓計或pH計測量。電勢可與含水液體中的金屬陽離子的濃度相關(guān)，使得能夠測定當(dāng)前金屬陽離子濃度。

當(dāng)根據(jù)圖1的技術(shù)連續(xù)測量含水液體中的當(dāng)前金屬陽離子濃度(14)時，可以連續(xù)測量所有金屬陽離子的濃度，或者可以僅連續(xù)測量一種或更多種特定金屬陽離子的濃度。通常，測量平衡沉淀反應(yīng)(其中含氧陰離子從進行處理的含水流中沉淀出來)期間結(jié)合的金屬陽離子的濃度是有用的。這是因為金屬陽離子的濃度可以影響含氧陰離子除去過程的沉淀效率。因此，在一些實例中，圖1的技術(shù)涉及連續(xù)測量在添加沉淀劑后與含氧陰離子結(jié)合形成可除去的含氧陰離子沉淀物的那些金屬陽離子的當(dāng)前金屬陽離子濃度。也可以測量或可不測量不與含氧陰離子沉淀物結(jié)合的其他金屬陽離子的濃度。

多種不同的技術(shù)也可以用于連續(xù)測量經(jīng)歷含氧陰離子減少的含水流中的一種或更多種含氧陰離子的濃度(14)。在標題為“OXOANION CONCENTRATION DETERMINATION USING ALUMINIUM REAGENTS”且委派的代理人檔案號為29805.189.1的共同提交的專利申請中描述了可有利地用于連續(xù)測量含氧陰離子濃度的示例性技術(shù)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

作為可用于測量含氧陰離子濃度的技術(shù)的一個實例，可向經(jīng)歷分析的含水液體中添加鋇沉淀劑以形成鋇含氧陰離子沉淀物。鋇含氧陰離子沉淀物可以通過光學(xué)方法測量，例如通過測量含有鋇含氧陰離子沉淀物的液體的濁度或分光光度響應(yīng)來測量。光學(xué)響應(yīng)可與存在于經(jīng)歷分析的液體中的含氧陰離子的濃度相關(guān)，使得能夠測定當(dāng)前含氧陰離子濃度。使用這種方法，可以一起測量由鋇沉淀劑沉淀的所有含氧陰離子的總濃度，并確定為當(dāng)前含氧陰離子濃度，而不是測量特定含氧陰離子(例如鉻酸根、硫酸根)的濃度。

作為另一個實例，可以使用拉曼光譜測量含水流中含氧陰離子的濃度。在拉曼光譜中，通常由激光器提供的光被導(dǎo)至含有含氧陰離子的液體樣品中。光與液體中的分子振動、聲子或另一些激子相互作用，使得光光子的能量向上或向下遷移。能量的遷移提供了關(guān)于液體系統(tǒng)中的振動模式的信息，其進而可以與液體中的含氧陰離子的濃度相關(guān)。以這種方式，拉曼光譜可以提供當(dāng)前含氧陰離子濃度信息。

作為另外的實例，含氧陰離子的濃度可以通過電導(dǎo)率測量。在根據(jù)本實例的一個應(yīng)用中，例如通過測量液體的電阻直接測量含有含氧陰離子的液體的電導(dǎo)率。液體的電導(dǎo)率可以與液體中含氧陰離子的當(dāng)前濃度相關(guān)。在根據(jù)本實例的另一應(yīng)用中，離子選擇性電極可用于測量分析中的含水液體中特定含氧陰離子的電勢。離子選擇性電極可以將含水液體中含氧陰離子的活性轉(zhuǎn)化為電勢，電勢可以通過電壓計或pH計測量。電勢可與含水液體中含氧陰離子的濃度相關(guān)，使得能夠測定當(dāng)前含氧陰離子濃度(例如，特定的含氧陰離子物質(zhì)的濃度)。

作為再一個實例，分析中的液體中的含氧陰離子可以通過使含氧陰離子與熒光團和鋁絡(luò)合來光學(xué)測量?？梢允褂玫氖纠詿晒鈭F包括但不限于1，3，6，8-芘四磺酸、1-芘磺酸、8-羥基-1，3，6-芘三磺酸、γ-氧代-1-芘丁酸、1-芘羧酸、1，5-萘二磺酸和/或1-萘磺酸。熒光團-鋁-含氧陰離子絡(luò)合物可以通過將某一波長或波長范圍的光導(dǎo)至經(jīng)歷分析的含水液體中并使得保留在樣品中的游離熒光團(未絡(luò)合的熒光團)激發(fā)并發(fā)出不同波長的熒光發(fā)射來進行熒光分光光度法分析。熒光發(fā)射可以被檢測并且與含水液體中含氧陰離子的濃度相關(guān)。

當(dāng)根據(jù)圖1的技術(shù)連續(xù)測量含水液體中的當(dāng)前含氧陰離子濃度(14)時，可以連續(xù)測量所有含氧陰離子的濃度，或者可以僅連續(xù)測量一種或更多種特定含氧陰離子(例如硫酸根)的濃度。用于測量含水液體中的含氧陰離子的具體技術(shù)可以決定是否可以從液體中的其他含氧陰離子物質(zhì)中分辨出特定的含氧陰離子物質(zhì)。此外，應(yīng)當(dāng)理解，盡管已經(jīng)將連續(xù)測量金屬陽離子濃度(12)和連續(xù)測量含氧陰離子濃度(14)的技術(shù)描述為獨立的，但是在一些實例中，單一分析技術(shù)可以同時測量流的當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度二者。

再次參照圖1。示例性技術(shù)包括基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度確定沉淀劑給料水平(16)，然后以確定的給料水平向含水流中添加沉淀劑(18)。合適的沉淀劑可以基于其與期望從被處理的含水流中除去的一種或更多種含氧陰離子的反應(yīng)的能力來選擇。例如，合適的沉淀劑可以包括與溶解的含氧陰離子絡(luò)合形成可從進行處理的含水流中除去的固體含氧陰離子沉淀物的那些。

在一些實例中，用于降低進行處理的含水流中含氧陰離子濃度的沉淀劑包括金屬陽離子源和鋁試劑。來自金屬陽離子源的金屬陽離子和來自鋁試劑的鋁可以與溶解的含氧陰離子物質(zhì)絡(luò)合，形成從含水液體中沉淀出來的金屬陽離子-含氧陰離子-鋁物質(zhì)。金屬陽離子-含氧陰離子-鋁物質(zhì)可表現(xiàn)出或可不表現(xiàn)出鈣礬石型化學(xué)計量。

鈣礬石通常被認為是涵蓋具有式Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O的水合硫酸鈣鋁礦物和一系列化學(xué)上類似的等結(jié)構(gòu)化合物的一類離子化合物。例如，全部或部分鈣可經(jīng)一種或更多種二價金屬陽離子(例如堿土金屬如Mg²⁺)取代；全部或部分氫氧根可經(jīng)一種或更多種一價陰離子(例如氯離子、氟離子、碘離子和溴離子)取代；并且全部或部分硫酸根可經(jīng)一種或更多種其他含氧陰離子(例如鉻酸根、硒酸根、亞硒酸根、砷酸根、硝酸根、釩酸根、硼酸根和碳酸根)取代。作為實例，含鉬的鈣礬石可以具有鉬酸根含氧陰離子代替一種或更多種硫酸根陰離子。此外，水合水的量可以變化。

鈣礬石可更具體地定義為具有式C₆M₂(OH)_x(A)_y(D)_z·E(H₂O)的化合物，其中C為一種或更多種金屬陽離子(例如二價金屬陽離子)，M為一種或更多種三價金屬，A是一種或更多種具有一個或更多個電荷n-的含氧陰離子，D是一種或更多種具有電荷1-的一價陰離子，E是26或32，n是1、2、3或4，并且x、y和z被定義為使得x+(y·n)+z＝18，x＞0，y＞0，并且z≥0。當(dāng)鈣礬石包含多于一種有不同電荷n-的含氧陰離子A時，則(y)(n)是每種含氧陰離子A的值y乘以每種相應(yīng)含氧陰離子的n值的總和。例如，如果A是(VO₄)(ClO₃)₃，其中VO₄具有3-(n＝3)電荷且ClO₃具有1-(n＝1)電荷，則(y)(n)為(1)(3)+(3)(1)＝6。x、y和z的值通常是整數(shù)，盡管不需要如此，除非另有說明。x、y和z的值可定義為使得z為0，x為12，(y·n)為6，盡管也不需要如此，除非另有說明。

通過向被處理的含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑，可形成金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀物?？梢詫⒃摮恋砦飶暮髦蟹蛛x以降低含水流的含氧陰離子濃度。例如，通過向含有硫酸鈣的礦巖排水中添加鈣源和鋁試劑源可以形成從含水液體中沉淀出來的硫酸鈣-鋁物質(zhì)?？梢詮牡V巖排水中除去該沉淀物以降低流出物中的硫酸根濃度。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在處理范圍內(nèi)鋁基含氧陰離子沉淀不遵循金屬陽離子(例如Ca²⁺)和鋁之間的鈣礬石化學(xué)計量關(guān)系。例如，在向含有含氧陰離子的流中添加金屬陽離子源和鋁試劑之后，所得沉淀物可以表現(xiàn)出根據(jù)鈣礬石化學(xué)計量(其中金屬陽離子與鋁與含氧陰離子之比為6∶2∶3)提供的較低的含氧陰離子濃度(對應(yīng)于較高的金屬陽離子和鋁濃度)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，以鈣礬石化學(xué)計量比向被處理的含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑可以抑制非鈣礬石含氧陰離子沉淀物的形成。過量的金屬陽離子和/或鋁可以使含氧陰離子沉淀反應(yīng)的平衡移動，減少含氧陰離子沉淀物的形成。

不希望受限于任何特定理論，據(jù)信在一些情況下，與如果以非鈣礬石化學(xué)計量給料相比，以鈣礬石化學(xué)計量給料增加了達到水流中的目標含氧陰離子濃度所需的時長和/或在處理之后提高了水流中的含氧陰離子濃度。例如，已經(jīng)觀察到在一些應(yīng)用中含氧陰離子以非鈣礬石化學(xué)計量沉淀，因此期望以對應(yīng)于形成的沉淀物的非鈣礬石化學(xué)計量的比例和量來投放金屬陽離子源和/或鋁試劑。例如，添加到水流中的金屬陽離子源和鋁試劑的量可以有效地在流中獲得這樣的金屬陽離子源與鋁之比，其對應(yīng)于觀察到在所得的具有非鈣礬石化學(xué)計量的沉淀物中形成的金屬陽離子源與鋁之比。添加的金屬陽離子源和鋁試劑的總量還可由處理后水流的目標水平的含氧陰離子決定。

在含氧陰離子以鈣礬石化學(xué)計量沉淀的應(yīng)用中，可以以鈣礬石化學(xué)計量比(例如，三摩爾二價金屬陽離子每摩爾鋁)向含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑。相比之下，在含氧陰離子以非鈣礬石化學(xué)計量沉淀的應(yīng)用中，可以以有效提供含水流中金屬陽離子與鋁與含氧陰離子的非鈣礬石化學(xué)計量比的量向含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑。

例如，可以基于所得含氧陰離子沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量以及含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度來選擇添加到進行處理的含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量。在實踐中，可以通過向進行處理的含水流樣品中添加金屬陽離子源和鋁試劑來形成試驗沉淀物。可以分析所得沉淀物(例如，在分析實驗室中)以測定沉淀物中金屬陽離子與鋁與含氧陰離子的化學(xué)計量比?；瘜W(xué)計量比可以根據(jù)存在于進行處理的流中的特定含氧陰離子以及選擇作為沉淀劑的金屬陽離子源和鋁試劑的類型而變化。所測定的沉淀物的化學(xué)計量比可以確定為將在隨后的含氧陰離子沉淀和除去期間形成的沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量。

添加到含水流中的金屬陽離子的摩爾數(shù)與添加到流中的鋁的摩爾數(shù)之比可以變化，例如基于所得含氧陰離子沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量以及選擇用作沉淀劑的金屬陽離子源和鋁試劑。在一些實例中，添加到含水流中的金屬陽離子源的量有效地提供金屬陽離子濃度，其為2摩爾金屬陽離子每摩爾目標除去的含氧陰離子至20摩爾金屬陽離子每摩爾目標除去的含氧陰離子，同時添加到含水流中的鋁試劑的量有效地提供鋁濃度，其為0.5摩爾鋁每摩爾目標除去的含氧陰離子至8摩爾鋁每摩爾目標除去的含氧陰離子。添加到含水流中以實現(xiàn)這些濃度水平的金屬陽離子源和鋁試劑的實際量將變化，例如基于流的當(dāng)前金屬陽離子濃度、流的當(dāng)前含氧陰離子濃度、流的體積和流中的特定含氧陰離子物質(zhì)。目標除去的含氧陰離子的摩爾數(shù)可以是當(dāng)前含氧陰離子濃度與處理后的目標含氧陰離子濃度之差。例如，如果進行處理的含水流的當(dāng)前含氧陰離子濃度為1000ppm，并且處理后的目標閾值含氧陰離子濃度為200ppm，則目標除去的含氧陰離子的摩爾數(shù)可以對應(yīng)于800ppm的目標除去的含氧陰離子。

在實踐中，含氧陰離子可以以非鈣礬石化學(xué)計量沉淀。因此，金屬陽離子源和鋁試劑可以給料為使得進行處理的流中的金屬陽離子源與鋁試劑之比對應(yīng)于(例如，基本上等于)沉淀物的非鈣礬石化學(xué)計量。例如，形成的金屬陽離子-含氧陰離子-鋁沉淀可以具有比對應(yīng)于鈣礬石化學(xué)計量更高量的金屬陽離子以及相同、更少或更多量的鋁。例如，鈣礬石的化學(xué)計量通常對應(yīng)于6∶2∶3的金屬陽離子與鋁與含氧陰離子之比。當(dāng)含氧陰離子以非鈣礬石化學(xué)計量沉淀時，金屬陽離子與含氧陰離子之比可以大于6∶3，而鋁與含氧陰離子之比可以小于、等于或大于2∶3。金屬陽離子源和鋁試劑可以給料為使得流中金屬陽離子源與鋁試劑之比在這些前述比例中的任一者中。

此外，添加到含水流中的金屬陽離子的摩爾數(shù)與添加到流中的鋁的摩爾數(shù)之比可以根據(jù)用于目標沉淀并移除的含氧陰離子的種類和流中的含氧陰離子濃度變化。不同的含氧陰離子種類可以形成具有不同的鋁與金屬陽離子化學(xué)計量比的金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀物。此外，化學(xué)計量比可以根據(jù)流中含氧陰離子的濃度而變化。因此，基于目標除去的含氧陰離子的種類和/或流中的當(dāng)前濃度調(diào)節(jié)添加到進行處理的含水流中金屬陽離子源和鋁試劑的量可以提高除去效率。下表示出了用于目標沉淀并除去的不同含氧陰離子種類的示例性目標金屬陽離子和鋁濃度。添加到進行處理的含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量可以有效地提供任意前述范圍中的濃度和比例。

在操作中，添加到進行處理的含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量可以基于含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度、當(dāng)前含氧陰離子濃度和/或待形成的所得含氧陰離子沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量確定。另外，添加到進行處理的含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量可以基于從含水流中除去的含氧陰離子的目標量(例如，對應(yīng)于處理后可以保留在含水流中的含氧陰離子的量)。

以有效量向所述含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑從而以對應(yīng)于(例如等于)所得含氧陰離子沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量的比例提供含水流中的金屬陽離子和鋁試劑。通常，預(yù)期在含有含氧陰離子的進入含水流中存在很少或沒有鋁，使得沉淀所需的任何鋁將由鋁試劑提供。為此，可以不連續(xù)測量含水流中的鋁濃度以監(jiān)測流中的鋁含量的變化(但是在其他實例中，也可以監(jiān)測鋁濃度以測定當(dāng)前鋁濃度，并且鋁試劑也基于當(dāng)前鋁濃度給料)。相比之下，含有含氧陰離子的進入含水流可以含有具有隨時間可變的濃度的金屬陽離子。測定的流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度可用于調(diào)節(jié)添加到流中的金屬陽離子源的量，使得添加沉淀劑之后存在于含水流中的金屬陽離子和鋁試劑處于對應(yīng)于所得含氧陰離子沉淀的預(yù)期化學(xué)計量的比例。

此外，測定的流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度可用于調(diào)節(jié)添加到流中的金屬陽離子源和鋁試劑的量。在許多應(yīng)用中，需要處理含有含氧陰離子物質(zhì)的含水流以將含氧陰離子物質(zhì)的濃度降低到低于閾值濃度水平。濃度水平可以是監(jiān)管水平(例如，最大濃度極限)，超過該水平含水流不能排放到環(huán)境中。因此，添加到流中的金屬陽離子源和鋁試劑的量可有效地將流中的含氧陰離子物質(zhì)的濃度從當(dāng)前含氧陰離子濃度降低至低于閾值濃度水平。

在多個實例中，添加到含水流中的金屬陽離子源和鋁試劑的量有效地使存在于進行處理的含水流中的至少10重量％的含氧陰離子物質(zhì)(如至少25重量％、至少50重量％或至少75重量％)沉淀。例如，添加到含水流中的金屬陽離子源和鋁試劑的量可以有效地使存在于含水流中的10重量％的含氧陰離子物質(zhì)至80重量％的物質(zhì)(例如25重量％的物質(zhì)至65重量％的物質(zhì))沉淀。

處理的含水流中含氧陰離子的具體目標濃度閾值將根據(jù)從流中除去的含氧陰離子而變化。此外，在打算從含水流中除去多種不同的含氧陰離子物質(zhì)的情況下，對于處理的含水流中含氧陰離子來說可以有多個目標濃度閾值，其中不同閾值對應(yīng)于不同含氧陰離子物質(zhì)。在硫酸根的情況下，處理的含水流中硫酸根的目標濃度閾值可以小于2000ppm，例如小于1000ppm，小于500ppm，小于200ppm或小于100ppm。例如，經(jīng)處理的含水流中硫酸根的目標濃度閾值可以為50ppm至1200ppm，例如100ppm至750ppm，200ppm至1000ppm，100ppm至400ppm。添加到含水流中的金屬陽離子源的量(如果有的話)和添加到含水流中的鋁試劑的量可以有效地將含水流中的含氧陰離子濃度降低到低于任意前述值或范圍或在任意前述值或范圍之中。

在一些情況下，操作者可能希望去除存在于進行處理的含水流中的基本上所有含氧陰離子，使得經(jīng)處理的含水流具有更低含氧陰離子濃度(例如，小于50ppm含氧陰離子，小于15ppm含氧陰離子，小于5ppm含氧陰離子)。在這些應(yīng)用中，可選擇添加到進行處理的含水流中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量以有效地使存在于流中的基本上所有含氧陰離子沉淀。在另一些情況下，可能需要除去少于存在于進行處理的含水流中的基本上所有含氧陰離子，例如通過僅將含氧陰離子濃度降低至低于非零目標濃度水平。這可以通過減少添加到流中的沉淀劑的量來限制處理含水流的成本。

任何合適的金屬陽離子源和鋁試劑均可用于降低進行處理的含水流的含氧陰離子濃度。具體的金屬陽離子源和鋁試劑的選擇可以基于諸如成本、沉淀劑和所得沉淀物的毒性以及與沉淀的含氧陰離子和含水流中的其他物質(zhì)的化學(xué)相容性的因素。

在不同的實例中，金屬陽離子源可以是提供第I族(堿金屬)陽離子、二價金屬陽離子(例如鐵(II)、鈣、鎂)和/或第II族(堿土金屬)陽離子的源。金屬陽離子源可以是或可以不是堿性的，使得向含水流中添加金屬陽離子源提高了流的pH。示例性金屬陽離子源包括但不限于氫氧化鈣、氧化鈣、氯化鈣、氫氧化鎂、白云石石灰、飛灰和粘土。金屬陽離子源可以作為固體、溶液或漿料提供。

用于形成鋁基含氧陰離子沉淀物的任何合適的鋁源可以用作鋁試劑。鋁試劑可以是堿性的使得向含水流中添加鋁試劑提高了流的pH，可以是酸性的使得向含水流中添加鋁試劑降低了流的pH，或者基本上是pH中性的。示例性鋁試劑包括但不限于明礬(硫酸鋁)、鋁酸鈉、鋁酸鈣、氯化鋁、聚氯化鋁、氫氧化鋁、乙酸鋁、硝酸鋁和飛灰。盡管鋁試劑和金屬陽離子源通常被描述為單獨的沉淀劑，但在其他實例中，單一沉淀劑可以用作鋁試劑和金屬陽離子源二者。例如，當(dāng)使用鋁酸鈣時，鋁酸鈣可以用作金屬陽離子源和鋁源二者。無論如何，鋁試劑可以作為固體、溶液或漿料提供。

作為基于含水流中的當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度可如何確定金屬陽離子源的量和鋁試劑的量的一個非限制性實例，假設(shè)待處理的含水流含有2000ppm硫酸鈣(對應(yīng)于Ca²⁺的當(dāng)前金屬陽離子濃度為589ppm和SO₄^2-的當(dāng)前含氧陰離子濃度為1411ppm)。進一步假設(shè)處理的含水流中硫酸根的目標濃度為200ppm，并且金屬陽離子源為氫氧化鈣且鋁試劑為鋁酸鈉。如果假定形成的鋁基含氧陰離子沉淀物具有8.02∶2∶3.34的鈣與鋁與硫酸根的化學(xué)計量比，則應(yīng)該添加到含水流中的氫氧化鈣和鋁試劑的量為510ppm鋁酸鈉和762ppm鋁酸鈣。

圖1的示例性技術(shù)包括以確定的劑量水平向含有含氧陰離子的含水流中添加選擇的沉淀劑(18)。可以同時或依次向進行處理的含水流中添加金屬陽離子源和鋁試劑。在一個實例中，在添加金屬陽離子源之前向含水流中添加鋁試劑。在添加之后，鋁試劑可以開始與已經(jīng)存在于含水流中的金屬陽離子絡(luò)合，形成金屬陽離子-鋁-含氧陰離子物質(zhì)。然后可向含水流中添加金屬陽離子源以提供額外的陽離子來完成金屬陽離子-鋁-含氧陰離子物質(zhì)的形成和/或使存在于含水流中的另外未沉淀的含氧陰離子分子反應(yīng)。

在一些實例中，例如通過使用驅(qū)動攪拌器或靜態(tài)混合器，將鋁試劑和金屬陽離子源混合或共混到含有待沉淀的含氧陰離子的含水流或靜態(tài)水溶液中。在另一些實例中，將鋁試劑和金屬陽離子源注入流動的含水流中，并且流的濁度能夠使沉淀劑在整個流中混合。盡管反應(yīng)時間可以變化，但是在一些實例中，在向流中添加金屬陽離子源之前，將鋁試劑與含水流混合至少5分鐘(例如，5分鐘至30分鐘)。在向含水流中添加金屬陽離子源之后，可以將所得溶液混合至少20分鐘(例如，30分鐘至1小時)以實現(xiàn)含氧陰離子沉淀物的形成。

為了在添加鋁試劑和/或金屬陽離子源之后形成金屬陽離子-鋁-含氧陰離子沉淀物，可能需要將含水流的pH調(diào)節(jié)至沉淀物將形成的范圍。鈣礬石型沉淀物通常在10.5至13(例如11至13)的pH范圍中形成。因此，在這些應(yīng)用中，可通過向含水流中添加堿將含水流的pH范圍調(diào)節(jié)至10.5至13(例如11至13)的pH范圍。在一些實例中，金屬陽離子源和/或鋁試劑用作堿，使得添加金屬陽離子源和/或鋁試劑足以將流的pH提高至金屬陽離子鋁-含氧陰離子氫氧化物水合物沉淀物將形成的范圍。例如，當(dāng)使用氫氧化鎂或氫氧化鈣作為金屬陽離子源時，氫氧化鎂或氫氧化鈣既可以向含水流中提供金屬陽離子又可以提高流的pH。在另一些實例中，除了金屬陽離子源和鋁試劑如氫氧化鈉或氫氧化鉀之外，還將單獨的堿(例如，氫氧化物源)添加到含水流中。

金屬陽離子鋁-含氧陰離子沉淀物一旦形成，可以使用任何合適的固-液分離方法將其從進行處理的含水流中除去。示例性分離技術(shù)包括但不限于過濾、離心、傾析和重力沉降。在將沉淀的含氧陰離子從含水流中分離之后，剩余的流可以在工業(yè)過程中再循環(huán)和再使用或者排放到合適的出口如河流、湖泊或下水道系統(tǒng)。在循環(huán)或排放流之前，可以通過添加酸或產(chǎn)酸劑(例如二氧化碳)來降低除去沉淀劑后的流的pH。在處理之后，經(jīng)處理的水可以滿足關(guān)于含氧陰離子含量的監(jiān)管要求，并且可以返回到生產(chǎn)工業(yè)應(yīng)用或環(huán)境。

圖2是示出了用于降低水溶液(如待處理的含有含氧陰離子的水的蓄水池或流動流)中的一種或更多種含氧陰離子的濃度的另一個示例性方法的流程圖。圖2的方法可以獨立于或結(jié)合圖1的示例性方法來進行。水溶液可以從多種不同的工業(yè)過程接收，并且具有任何濃度水平的任何金屬陽離子和含氧陰離子物質(zhì)，如上文關(guān)于圖1所討論的。在一些實例中，水溶液是來自礦井、煤矸石堆、建筑工地、化工廠或其他場所的排放流、流出物、徑流物和/或滲流。

在圖2的技術(shù)中，使含有待處理的含氧陰離子物質(zhì)的水溶液經(jīng)歷任選的預(yù)處理步驟(20)。預(yù)處理步驟(20)可以例如通過進行膜分離、微過濾、納米過濾、反滲透，正向滲透或砂濾來機械過濾溶液。這可以將含氧陰離子濃縮成廢料流用于進一步處理。另外地或可選地，可以向溶液中添加化學(xué)沉淀劑以使重金屬從溶液中沉淀出來。例如，當(dāng)水溶液含有重金屬如鐵、鉻、鈷、鋅和/或鎳時，可以向溶液中添加氫氧化物源以使重金屬從溶液中沉淀出來。當(dāng)使用時，可以以有效地使存在于溶液中的基本上所有重金屬沉淀的量向水溶液中添加氫氧化物源如過氧化物或氫氧化物。在進行進一步處理之前可以從溶液中除去沉淀的重金屬。

在進行任選的預(yù)處理步驟(20)之后，圖2的技術(shù)包括任選的初步含氧陰離子沉淀步驟(22)。初步含氧陰離子沉淀步驟(22)可用于具有高濃度的需要在溶液適于排出之前除去的含氧陰離子物質(zhì)的水溶液。為了在初步含氧陰離子沉淀步驟(22)期間使一部分含氧陰離子從溶液中沉淀出來，可以向含有含氧陰離子的水溶液中添加堿性堿土金屬試劑。示例性堿性堿土金屬試劑包括但不限于石灰、熟石灰、碳酸鈣、硅酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣和石膏(例如，在溶液是過飽和的情況下)及其任何組合。堿性堿土金屬試劑可以以約1摩爾試劑每摩爾目標除去的氧化陰離子的摩爾當(dāng)量，或者更高或更低的劑量(視情況而定)給料。向水溶液中添加堿性堿土金屬試劑可以使含氧陰離子的第一部分從水溶液中沉淀出來并產(chǎn)生具有降低濃度的含氧陰離子的水溶液。

例如，在水溶液含有硫酸鈣的應(yīng)用中，添加含氫氧化鈣的沉淀劑如石灰可形成石膏沉淀物?？梢詽{料或其他形式添加石灰，并混合適當(dāng)?shù)臅r間段(例如30至60分鐘)以使石膏完全沉淀。在一些實例中，添加來自較早沉淀的石膏晶種以幫助引發(fā)石膏從溶液中沉淀。石膏沉淀物一旦形成，可以使用固-液分離技術(shù)將其從水溶液中除去以降低溶液中的含氧陰離子的濃度用于進一步處理。由于石膏通?？扇苡谒?，所以一些硫酸根含氧陰離子(例如，1100ppm至1500ppm)可保留在水溶液中并需要進一步處理。

為了幫助控制堿性堿土金屬試劑(當(dāng)使用時)的給料，可以連續(xù)監(jiān)測水溶液中的金屬陽離子濃度和含氧陰離子濃度(如上文關(guān)于圖1所討論的)以提供當(dāng)前金屬陽離子濃度和/或當(dāng)前含氧陰離子濃度。添加到水溶液中的堿性堿土金屬試劑的量可以基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和/或當(dāng)前含氧陰離子濃度。在另一些應(yīng)用中，例如基于歷史的目標給料信息將堿性堿土金屬試劑添加到水溶液中，而不測量溶液中的當(dāng)前金屬陽離子濃度和/或當(dāng)前含氧陰離子濃度。在又一些實例中，例如當(dāng)進入水溶液中的含氧陰離子濃度相對較低(例如，1500ppm含氧陰離子或更低)時，可以完全省略初步含氧陰離子沉淀步驟(22)。

在添加任選的堿性堿土金屬試劑以控制其給料(22)之前，無論是否連續(xù)監(jiān)測水溶液的當(dāng)前金屬陽離子濃度和/或當(dāng)前含氧陰離子濃度，圖2的技術(shù)都包括連續(xù)測量溶液中的一種或更多種金屬陽離子物質(zhì)和一種或更多種含氧陰離子物質(zhì)的濃度(24)，以確定沉淀劑給料水平(26)，并以確定的給料水平向溶液中添加沉淀劑(28)。如上面結(jié)合圖1所討論的，添加到進行處理的水溶液中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量可以基于溶液中當(dāng)前金屬陽離子濃度、溶液中當(dāng)前含氧陰離子濃度和/或形成的所得含氧陰離子沉淀物的預(yù)期化學(xué)計量來確定。此外，添加到水溶液中的金屬陽離子源的量和鋁試劑的量可以基于要從水溶液中除去的含氧陰離子的目標量(例如，對應(yīng)于可以在處理后保留在含水流中的含氧陰離子的量)。添加到水溶液中的金屬陽離子源和/或鋁試劑的量可以通過上文關(guān)于圖1所討論的值的范圍確定并落在所述范圍中。

在進行初步含氧陰離子沉淀步驟(22)以產(chǎn)生具有降低的目標減少的含氧陰離子物質(zhì)濃度的水溶液的應(yīng)用中，可以向具有降低濃度的含氧陰離子物質(zhì)的溶液中添加金屬陽離子源和/或鋁試劑。這可以使含氧陰離子物質(zhì)的第二部分(第一部分在初步含氧陰離子沉淀步驟期間沉淀)從水溶液中沉淀出來，形成具有進一步降低的含氧陰離子濃度的水溶液。

在一些實例中，添加增加量的金屬陽離子源和/或鋁試劑可以增加形成的沉淀物的量——并相應(yīng)地增加從水溶液中消耗的含氧陰離子的量——直到達到金屬陽離子源和/或鋁試劑的濃度拐點。增加被處理的水溶液中金屬陽離子源和/或鋁試劑的濃度超過拐點可減少形成的沉淀物的量，從而增加處理后溶液中剩余的含氧陰離子的量。

在這些情況下，可以選擇添加到水溶液中的金屬陽離子源和/或鋁試劑的量，以使從溶液中沉淀出的含氧陰離子的量最大化。例如，可以通過逐漸增加添加到溶液中的金屬陽離子源和/或鋁試劑的量并測量形成的沉淀物的量/剩余在溶液中的未結(jié)合的含氧陰離子的濃度來分析水溶液?？梢酝ㄟ^確定濃度拐點來確定有效地使含氧陰離子沉淀最大化的金屬陽離子源和/或鋁試劑的量，由此添加更少量或更大量的金屬陽離子源和/或鋁試劑減少沉淀的含氧陰離子量。隨后可以以對應(yīng)于確定有效的量向水溶液中添加金屬陽離子源和/或鋁試劑，以使從水溶液中沉淀出來的含氧陰離子的量最大化。

如以上結(jié)合圖1所討論的，可以在向溶液中添加金屬陽離子源和/或鋁試劑的同時或之后調(diào)節(jié)水溶液的pH。例如，通過使用堿性金屬陽離子源和/或鋁試劑，和/或除金屬陽離子源和鋁試劑之外通過向溶液中添加pH調(diào)節(jié)堿，可以將pH調(diào)節(jié)至10.5至13(例如11至13)的范圍。金屬陽離子鋁-含氧陰離子沉淀物一旦形成，可以使用任何合適的固-液分離方法(包括上面關(guān)于圖1討論的那些)將其從進行處理的水溶液中除去。

在從剩余的水溶液中除去含氧陰離子沉淀物之后，圖2的技術(shù)包括在排放溶液之前任選地降低水溶液的pH?？梢允褂萌魏魏线m的酸來降低水溶液的pH，包括弱有機酸和強無機酸。在一個實例中，通過向流中注入二氧化碳使水溶液進行碳酸化作用。二氧化碳可與金屬氫氧化物(例如氫氧化鈣)反應(yīng)形成金屬碳酸鹽并降低溶液的pH。在處理之后，經(jīng)處理的水可以滿足關(guān)于含氧陰離子含量的監(jiān)管要求，并且可以返回到生產(chǎn)工業(yè)使用或環(huán)境中。

本公開內(nèi)容中描述的技術(shù)可以實施為測量經(jīng)歷處理的水溶液如含水流的含氧陰離子濃度和/或金屬陽離子濃度的自動化系統(tǒng)。使用存儲于存儲器中的確定的含氧陰離子濃度和/或金屬陽離子濃度和給料濃度/速率信息，自動化系統(tǒng)可以確定添加到溶液中的鋁試劑、金屬陽離子源和/或其他試劑的量以實現(xiàn)期望的含氧陰離子濃度降低。在一些應(yīng)用中，自動化系統(tǒng)可以控制泵、注射閥和/或另一些流體或固體處理機構(gòu)來以確定的量向水溶液中添加鋁試劑、金屬陽離子源和/或其他試劑。

當(dāng)實施為自動化系統(tǒng)時，本公開內(nèi)容的監(jiān)測、分析和確定技術(shù)可以以硬件、軟件、固件或其任何組合實現(xiàn)。例如，所述技術(shù)的多個方面可以在一個或更多個處理器中實施，所述處理器包括一個或更多個微處理器、DSP、ASIC、FPGA或任意其他等同的集成或離散邏輯電路，以及這種組件的任意組合。這樣的硬件、軟件、固件可以在同一裝置中或在分開的裝置中實施，以支持本公開內(nèi)容中描述的多種操作和功能。當(dāng)在軟件中實施時，歸屬于本公開內(nèi)容中描述的系統(tǒng)、裝置和技術(shù)的功能可以體現(xiàn)為一個或更多個非暫時性計算機可讀介質(zhì)(如RAM、ROM、NVRAM、EEPROM、閃存、磁數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)等)上的指令。可以執(zhí)行所述指令以支持本公開內(nèi)容中描述的功能的一個或更多個方面。

圖3是示出了一個示例性系統(tǒng)100的概念圖，所述系統(tǒng)可根據(jù)結(jié)合圖1和2描述的技術(shù)用于處理含有含氧陰離子的水以降低含氧陰離子的濃度。系統(tǒng)100包括一個或更多個傳感器，其被示出為第一傳感器102A和第二傳感器102B。系統(tǒng)100還包括第一儲存容器104A、第二儲存容器104B、控制器106、第一泵108A和第二泵108B。第一儲存容器104A和第二儲存容器104B可以各自儲存并用作可以與進行處理的含水流共混的化學(xué)試劑源。例如，第一儲存容器104A可以儲存含有金屬陽離子的試劑，并且第二儲存容器104B可以儲存鋁試劑。第一傳感器102A和第二傳感器102B被配置成接收進行處理的含水流的樣品并分析該流以確定流的特點。例如，第一傳感器102A可連續(xù)測量含水流中的金屬陽離子的濃度以便提供指示流中當(dāng)前金屬陽離子濃度的數(shù)據(jù)，并且第二傳感器102B可連續(xù)測量含水流中含氧陰離子的濃度以便以提供指示流中的當(dāng)前含氧陰離子濃度的數(shù)據(jù)。第一傳感器102A和第二傳感器102B可以使用實施上面結(jié)合圖1和2討論的傳感技術(shù)所需的任何硬件或硬件的組合來實施。

在操作中，第一傳感器102A和第二傳感器102B可以與控制器106通信，并且控制器106可以基于由傳感器產(chǎn)生的濃度信息來控制系統(tǒng)100?？刂破?06通信地連接第一傳感器102A和第二傳感器102B，并且還通信地連接第一泵108A和第二泵108B?？刂破?06包括處理器112和存儲器114。控制器106通過相應(yīng)的第一連接116A和第二連接116B與第一泵108A和第二泵108B通信。由第一傳感器102A和第二傳感器102B產(chǎn)生的信號經(jīng)由有線或無線連接(其在圖3的實例中被示出為有線連接118A和118B)與控制器106通信。存儲器114存儲用于運行控制器106的軟件，并且還可以存儲由處理器112產(chǎn)生的或者例如從第一傳感器102A和第二傳感器102B接收的數(shù)據(jù)。處理器112運行存儲于存儲器114中的軟件以管理系統(tǒng)100的操作。

在圖3的實例中，配置系統(tǒng)100以降低存在于進行處理的含水流中的一種或更多種含氧陰離子的濃度。例如，系統(tǒng)100可以基于使用第一傳感器102A確定的當(dāng)前金屬陽離子濃度和使用第二傳感器102B確定的當(dāng)前含氧陰離子濃度來控制來自第一儲存容器104A的金屬陽離子源和來自第二儲存容器104B的鋁試劑的添加。在控制器106的控制下，第一傳感器102A可接收一部分進行處理的含水流，并分析該部分流以確定當(dāng)前金屬陽離子濃度。也在控制器106的控制下操作，第二傳感器102B可以接收一部分進行處理的含水流，并分析該部分流以確定當(dāng)前含氧陰離子濃度。在另一些配置中，系統(tǒng)100可利用單個傳感器來測量當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度二者?；蛘撸到y(tǒng)100可以包括另外的傳感器(例如，測量當(dāng)前鋁濃度的傳感器)，并且基于來自所述另外的傳感器的數(shù)據(jù)來控制沉淀劑的添加。

響應(yīng)于由第一傳感器102A和第二傳感器102B產(chǎn)生的濃度數(shù)據(jù)，控制器106可以控制第一泵108A和第二泵108B以分別從第一儲存容器104A和第二儲存容器104B機械地泵出限定量的化學(xué)試劑。從第一儲存容器104A和第二儲存容器104B供應(yīng)的化學(xué)沉淀劑可以與進行處理的水流結(jié)合以從使含氧陰離子從流中沉淀出來。在一些實例中，系統(tǒng)100中包括混合器(例如，靜態(tài)混合器、驅(qū)動混合器)以混合添加到進行處理的水流中的化學(xué)沉淀劑。

在一些實例中，控制器106的處理器112從第一傳感器102A和第二傳感器102B接收濃度信息，并將該信息與存儲于存儲器114中的一個或更多個閾值(例如一個或更多個濃度閾值)進行比較。基于該比較，控制器106可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，例如使得添加到水流中的金屬陽離子的濃度和鋁的濃度適合于進行處理的流中存在的含氧陰離子的濃度。例如，控制器106可以基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，以便提供對應(yīng)于通過沉淀除去的含氧陰離子的沉淀化學(xué)計量的沉淀劑給料比?？刂破?06還可以基于用戶輸入設(shè)置目標閾值(低于該目標閾值需要降低含氧陰離子的濃度)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，以便控制添加到進行處理的水流中的沉淀劑的總量?？梢酝ㄟ^經(jīng)由用戶接口設(shè)備接收用戶輸入并將輸入存儲在存儲器114中來通知控制器106這種目標閾值。

例如，控制器106可以基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，以便以有效地提供金屬陽離子的摩爾數(shù)與含氧陰離子的摩爾數(shù)之比為2至20和鋁的摩爾數(shù)與含氧陰離子摩爾數(shù)之比為0.6至8的量向進行處理的水流中給料含有金屬陽離子的試劑和鋁試劑。在含氧陰離子硫酸根的情況下，例如，控制器106可以基于當(dāng)前金屬陽離子濃度和當(dāng)前含氧陰離子濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，以便以有效地提供金屬陽離子的摩爾數(shù)與含氧陰離子的摩爾數(shù)之比為2至3.4和鋁的摩爾數(shù)與含氧陰離子摩爾數(shù)之比為0.6至0.8的量向進行處理的水流中給料含有金屬陽離子的試劑和鋁試劑。應(yīng)當(dāng)理解，前述給料比僅僅是示例，并且如本文所述可使用其他給料比。

在圖3中，控制器106可以通過控制第一泵108A和第二泵108B來控制向進行處理的水流中添加沉淀劑。在不同的實例中，控制器106啟動和/或停止泵108A和/或108B或者提高和/或降低泵108A和/或108B的速率以調(diào)節(jié)流經(jīng)流體通路110的化合物的濃度。啟動泵108A和/或108B或者提高泵108A和/或108B的工作速率可以增加從相應(yīng)的泵到流體通路110的給料的沉淀劑的量。停止泵108A和/或108B或者降低泵108A和/或108B的運行速率可以減少從相應(yīng)的泵到流體通路110的給料的沉淀劑的量。在另一些實例中，控制器106可以通信地耦合除了泵108A和/或108B之外或替代泵108A和/或108B的閥或其他流體控制機構(gòu)，以控制來自第一儲存容器104A和第二存儲容器104B的沉淀劑的添加。

在系統(tǒng)100中第一傳感器102A和第二傳感器102B可以以多種不同的方式實施。在如圖3所示的實例中，第一傳感器102A和第二傳感器102B位于流體通路110的線路中，以確定流經(jīng)流體通路的流體的濃度。在另一些實例中，管道、管子或另一些導(dǎo)管可以在流體通路110與第一傳感器102A和第二傳感器102B之間連接。在這樣的實例中，導(dǎo)管可以將第一傳感器102A和第二傳感器102B與流體通路110流體地連接。當(dāng)流體移動通過流體通路110時，流體的一部分可以進入導(dǎo)管并且傳遞到第一傳感器102A和第二傳感器102B用于分析。在又一些實例中，第一傳感器102A和/或第二傳感器102B可以被實施為離線傳感器，并且由傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被提供給控制器106用于控制系統(tǒng)100。

圖3的實例中的系統(tǒng)100還包括第一儲存容器104A和第二儲存容器104B、第一泵108A和第二泵108B，以及流體通路110。第一儲存容器104A和第二儲存容器104B可以是存儲用于隨后輸送的化學(xué)試劑的任意類型容器，包括例如罐、手提袋、瓶子和盒子。第一儲存容器104A和第二儲存容器104B可以儲存液體、固體(例如，粉末)和/或氣體。第一泵108A和第二泵108B可以是從流體連接的儲存容器供應(yīng)流體的任意形式的泵送機構(gòu)。例如，泵可以包括蠕動泵或其他形式的連續(xù)泵、正排量泵或適于特定應(yīng)用的任何其他類型的泵。在其中第一儲存容器104A和/或第二儲存容器104B儲存固體和/或氣體的實例中，第一泵108A和/或第二泵108B可以用被配置成將氣體和/或固體化學(xué)試劑輸送到預(yù)期排放位置的不同類型的計量裝置替代。系統(tǒng)100中的流體通路110可以是任何類型的柔性或非柔性管子、管道或?qū)Ч堋?/p>

結(jié)合圖3描述的系統(tǒng)100僅為可以用于實施以上結(jié)合圖1和2描述的技術(shù)的系統(tǒng)和硬件布置的一個實例。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他系統(tǒng)和硬件布置，并且本公開內(nèi)容在這方面不受限制。

以下實施例可以提供關(guān)于根據(jù)本公開內(nèi)容的含氧陰離子處理系統(tǒng)和技術(shù)的另外的細節(jié)。

實施例

實施例1：由鋁+Ca(OH)₂處理石灰預(yù)處理的ARD的最終硫酸根

使用氫氧化鈣(1.1摩爾鈣/摩爾)和粉末狀石膏晶種(15克/升)處理含有8333ppm硫酸根的內(nèi)華達州礦區(qū)的ARD 1小時，得到含有1200ppm硫酸根和700ppm鈣的溶液。向該水的一部分中添加硫酸鈉以使硫酸根水平提高到1600ppm。用不同水平的32％鋁酸鈉溶液處理該溶液的多個部分。向每一部分中添加10％的粉末狀氫氧化鈣的漿料，以使存在的總鈣量為1700ppm。30分鐘后，過濾經(jīng)攪拌的混合物，并分析濾液以確定硫酸根濃度。

下表1和圖4示出了作為鋁濃度的函數(shù)的濾液中的硫酸根濃度。數(shù)據(jù)顯示硫酸根隨著鋁添加(在固定的鈣濃度下)的增加而減少直到拐點，在該拐點硫酸根開始隨著鋁添加的增加而增加。作為參比，將實驗數(shù)據(jù)與鈣礬石沉淀化學(xué)計量比較，所述鈣礬石沉淀化學(xué)計量預(yù)測全部硫酸根隨著增加鋁添加而完全沉淀。

表1

實施例2：沉淀動力學(xué)處理石灰預(yù)處理的ARD

用氫氧化鈣(1.1摩爾鈣/摩爾硫酸根)和粉末狀石膏晶種(15克/升)處理含有8333ppm硫酸根的內(nèi)華達州礦區(qū)的4千克ARD達1小時。過濾漿料，得到3599.5克溶液和490克濕石膏。該溶液含有1550ppm硫酸根和741ppm鈣。用32％鋁酸鈉溶液和10％氫氧化鈣漿料處理四份該溶液。在試驗溶液1中，選擇鋁酸鈉和氫氧化鈣劑量以在目標沉淀物中達到2Al/6Ca/3SO₄^2-的摩爾比，并且在最終溶液中達到0ppm溶解的硫酸根。在試驗溶液2中，選擇鋁酸鈉和氫氧化鈣劑量以在目標沉淀物中達到2Al/6Ca/3SO₄^2-的摩爾比，并且在最終溶液中達到200ppm溶解的硫酸根。在試驗溶液3中，選擇鋁酸鈉和氫氧化鈣劑量以在目標沉淀物中達到2Al/6.6Ca/3SO₄^2-的摩爾比，并且在最終溶液中達到200ppm溶解的硫酸根。在試驗溶液4中，選擇鋁酸鈉和氫氧化鈣劑量以在目標沉淀物中達到2Al/7.2Ca/3SO₄^2-的摩爾比，并且在最終溶液中達到200ppm溶解的硫酸根。

在添加鋁酸鈉溶液之后，將溶液混合5分鐘，然后添加氫氧化鈣漿料。然后以選擇的間隔除去部分混合物，過濾并分析以確定可溶性硫酸根的濃度。結(jié)果示于圖5。平均的最終硫酸根(10分鐘后的硫酸根的平均數(shù))示于下表2中。如圖所示，在添加大于鈣礬石-化學(xué)計量的鈣之后，最終硫酸根水平較低。出乎意料地，試驗4的非鈣礬石化學(xué)計量比鈣礬石化學(xué)計量(比非鈣礬石試驗多出13％的鋁并少20％的鈣)除去更多的硫酸根。

表2

實施例3：鋁+Ca(OH)₂處理石灰預(yù)處理的ARD

使用氫氧化鈣(1.1摩爾鈣/摩爾硫酸根)和粉末狀石膏晶種(15克/升)處理含有8333ppm硫酸根的內(nèi)華達州礦區(qū)的4千克ARD達1小時，得到含有1550ppm硫酸根和741ppm鈣的溶液。過濾漿料，得到3600克溶液和490克濕石膏。用2.4克32％的鋁酸鈉溶液和7.13克10％的氫氧化鈣漿料處理1千克的一部分溶液至用于使1350ppm硫酸根沉淀為鈣礬石(200ppm溶解的硫酸根)的目標鈣礬石化學(xué)計量，而沒有過量的鋁或鈣。用2.4克32％的鋁酸鈉溶液和10.21克10％的氫氧化鈣漿料處理第二個1千克的一部分石灰預(yù)處理的ARD溶液至用于使1350ppm硫酸根沉淀為鈣礬石(200ppm溶解的硫酸根)的目標鈣礬石化學(xué)計量，具有20％過量的鈣。用2.76克32％的鋁酸鈉溶液和11.29克10％的氫氧化鈣漿料處理第三個1千克的一部分石灰預(yù)處理的ARD溶液至用于使1550ppm硫酸根沉淀為鈣礬石(0ppm溶解的硫酸根)的目標鈣礬石化學(xué)計量，而沒有過量的鋁或鈣。

在混合30分鐘、60分鐘和90分鐘時除去各反應(yīng)混合物的代表性3mL部分。使用0.45微米過濾器過濾這些部分并分析以確定溶液中剩余的可溶性硫酸根的濃度。結(jié)果示于表1中?；旌?0分鐘后，將各溶液過濾，得到濾液和一定量的固體。獲得的每種材料的質(zhì)量示于下表3中。試驗3的非鈣礬石化學(xué)計量除去了與鈣礬石化學(xué)計量大約相同的硫酸根(比非鈣礬石試驗多出13％的鋁和少20％的鈣)。

表3

實施例4：鋁+Ca(OH)₂處理鉬酸根溶液

進行一系列實驗以證明鋁和氫氧化鈣或石灰的組合除去鉬至期望水平的能力。制備2200ppm的鉬酸根溶液，并將鋁酸鈉溶液添加到該溶液的多個部分中，得到0到約0.019摩爾的鋁濃度。在將所得溶液混合5分鐘之后，然后向溶液中添加10％的氫氧化鈣漿料，并且將所得漿料混合60分鐘。向溶液中添加氫氧化鈣漿料，得到500ppm至4000ppm鈣的試驗范圍。在一種2000ppm鈣溶液的情況下，在期望的時間之后除去部分漿料，使用0.45微米過濾器過濾并分析以確定硫酸根濃度。60分鐘試驗的結(jié)果示于圖6A中。

如圖所示，鉬的除去受鋁的濃度和鈣的濃度二者的影響。如圖6B所見，存在的鋁與除去的鉬酸根之比是鋁劑量的函數(shù)，并且當(dāng)鉬酸根濃度接近零時，該比例為約3mol鋁比2mol鉬酸根。在較低的鋁水平下，鋁與除去的鉬酸根之比較低，表明沉淀物中可變的化學(xué)計量。如圖6C所示，基于鋁/氫氧化鈣的鉬酸根除去是快速的并且在約15分鐘內(nèi)完成。

實施例5：鋁+Ca(OH)₂處理鉻酸鹽溶液

進行一系列實驗以證明鋁和氫氧化鈣或石灰的組合將鉻酸根形式的鉻除去至期望水平的能力。在鉻除去實驗中，向7ppm鉻酸根溶液的各部分中添加不同量的32％的鋁酸鈉溶液。在攪拌5分鐘之后，然后添加10％氫氧化鈣漿料，在各部分中得到500ppm鈣。測試的鋁濃度范圍為0至約0.009摩爾。結(jié)果示于圖7中。

如圖所示，鉻的除去受鋁濃度的影響。在足夠高的鋁和鈣劑量下，基本上完成了鉻酸根除去。如圖所見，添加的鋁酸鹽與除去的鉻酸根的比例是鋁劑量的函數(shù)，當(dāng)鉻酸根濃度達到零時，該比例為約3。在較低的鋁水平下，該比例較低，表明含鉻酸根的沉淀物中可變的化學(xué)計量。

實施例6：鋁+Ca(OH)₂處理硼酸根溶液

進行一系列實驗以證明鋁和氫氧化鈣或石灰的組合除去硼酸根形式的硼至期望水平的能力。在硼除去實驗中，向大約1330ppm硼酸根溶液中添加不同量的32％的鋁酸鈉溶液。在攪拌5分鐘之后，然后添加一定量的10％的氫氧化鈣漿料，每部分得到2100ppm鈣。研究了0至約0.02摩爾的鋁濃度范圍。結(jié)果示于圖8中。

如圖所示，硼的除去受鋁濃度的影響。如圖中進一步所見，添加的鋁酸鹽與除去的硼酸根之比是鋁劑量的函數(shù)，當(dāng)硼酸根濃度達到穩(wěn)定狀態(tài)時，該比率為約2。在較低的鋁水平下，添加的鋁與除去的硼酸根之比較低，表明含硼酸根的沉淀物中可變的化學(xué)計量。

實施例7：鋁+Ca(OH)₂處理硝酸根溶液

進行一系列實驗以證明鋁和氫氧化鈣或石灰的組合除去硝酸根至期望水平的能力。在硝酸根除去實驗中，向大約230ppm硝酸根溶液中添加不同量的32％的鋁酸鈉溶液。在攪拌5分鐘之后，然后添加一定量的10％的氫氧化鈣漿料，每部分得到863ppm鈣。研究了0至約0.013摩爾的鋁濃度范圍。結(jié)果示于圖9中。

如圖所示，硝酸根的除去受鋁濃度的影響。添加的鋁與除去的硝酸根之比是鋁劑量的函數(shù)，當(dāng)硝酸根濃度達到穩(wěn)定狀態(tài)時，該比率為約7。在較低的鋁水平下，添加的鋁與除去的硝酸根之比較低，表明含硝酸根的沉淀物中可變的化學(xué)計量。