向含有含氧阴离子的水流中添加铝试剂的制作方法

技术领域

本公开内容涉及含有含氧阴离子的含水流的处理，并且更具体地，涉及监测含有含氧阴离子的流以及用铝试剂处理含有含氧阴离子的流。

背景技术：

含氧阴离子是一类可在工业过程中形成的含氧的阴离子分子。例如，在商业加工作业期间遇到的典型含氧阴离子包括硼酸根、碳酸根，磷酸根、硫酸根、铬酸根和砷酸根。当含有含氧阴离子的非氧元素的物质暴露于氧、水和/或细菌时，可形成这些含氧阴离子。由于与许多含氧阴离子相关的不利的健康和环境影响，政府监管机构通常限制某些含氧阴离子可与废水一起排放到环境中的水平。

可以形成含氧阴离子的一种情况是在土制材料的挖掘期间。诸如采矿作业、铣削作业、道路建筑等的挖掘可以使土制材料暴露于氧和水，产生含有含氧阴离子的含水流出物。这些流出物可以包括例如酸性矿岩排水(称为ARD或AMD)、选矿尾矿、过量的倾析水、渗流和酸性工艺废物流。采矿作业、公路建设和另一些大规模挖掘中，当岩石中的矿物质暴露于氧化条件时形成酸性矿岩排水。

含氧阴离子可能难以与水分离，因为其通常形成相对弱的阴离子。进一步使分离努力复杂化的是认识到含氧阴离子的组成和浓度可随时间和环境因素而变化。诸如降雨、温度、工业过程条件、土制物质含量和工艺化学组分的因素可以引起给定废水流中含氧阴离子的组成随时间变化。确保适当地处理具有可变含氧阴离子的组成和浓度的含水流可有助于确保符合政府监管要求以及良好的环境和健康管理。

技术实现要素：

一般来说，本公开内容涉及用于降低工业水溶液(例如在被排放到周围环境之前待处理的废水流)中的含氧阴离子的浓度的系统、组合物和技术。在一些应用中，连续监测具有一种或更多种含氧阴离子和共轭金属阳离子的含水流，以测量流中一种或更多种含氧阴离子的当前浓度和流中金属阳离子的当前浓度。然后基于含氧阴离子的当前浓度、金属阳离子的当前浓度以及含氧阴离子的目标排放阈值向废水流中添加化学沉淀剂。目标排放阈值可以是最大浓度极限，高于该最大浓度极限，则不能在不违反含氧阴离子浓度极限的情况下排放废水流。目标排放阈值也可以是这样的浓度极限，高于该浓度极限，则含氧阴离子含量太高而不能在下游过程中适当地再利用水流。化学沉淀剂可以包括与含氧阴离子结合以形成金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀的金属阳离子源(例如，于在流中已经没有足够高的金属阳离子浓度的情况下)以及铝源。

随着时间的推移，废水流的组成可能改变，使得形成该流的新进入废水具有与形成该流的先前接收的废水不同的含氧阴离子含量和/或不同的金属阳离子含量。已经认识到，这种变化在实践中可具有有意义的结果。例如，在废水流的金属阳离子浓度和/或含氧阴离子浓度改变的情况下，可能需要改变化学沉淀剂的给料速率，以防止处理的流中的含氧阴离子浓度超过排放极限。

如果进入流的含氧阴离子浓度提高和/或该流的金属阳离子浓度降低，则金属阳离子源和/或铝试剂的给料速率可能太低。这可限制金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀物的形成，导致处理的流中的含氧阴离子浓度超过所需极限。相比之下，如果进入流的含氧阴离子浓度降低和/或该流的金属阳离子浓度提高，则金属阳离子源和/或铝试剂的给料速率可能太高。由于沉淀剂的过量给料，其不仅在经济上是无效的，而且已经观察到，在一些实例中，过量添加沉淀剂导致形成的含氧阴离子的总量减少。例如，添加增加量的金属阳离子源和/或铝试剂可增加形成的沉淀物的量，并相应地增加所消耗的含氧阴离子的量，直到达到金属阳离子源和/或铝试剂的浓度拐点。提高处理的废水流中的金属阳离子源和/或铝试剂的浓度超过拐点可减少形成的沉淀物的量，增加处理的废水流中剩余的含氧阴离子的量。

通过连续测量处理的流中的含氧阴离子的当前浓度和流中金属阳离子(例如，与铝结合以形成金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀的金属阳离子)的当前浓度，流中的含氧阴离子的浓度可精确并可靠地降低到低于目标阈值。这可以帮助确保在流可以排放到环境中之前，经济上有效地遵守可存在于流中的含氧阴离子浓度的任何监管限制。

在一个实例中，描述了用于降低含水流中的一种或更多种含氧阴离子的浓度的方法。该方法包括接收具有金属阳离子和含氧阴离子的含水流，其中金属阳离子的浓度随时间变化，并且含氧阴离子的浓度随时间变化。该方法还包括连续测量金属阳离子的浓度以便提供含水流中的当前金属阳离子浓度；连续测量含水流中含氧阴离子的浓度以便提供含水流中的当前含氧阴离子浓度；以及向含水流中添加金属阳离子源并向含水流中添加铝试剂。该方法指定添加到含水流中的金属阳离子源的量基于含水流中的当前金属阳离子浓度确定，添加到含水流中的铝试剂的量基于含水流中的当前含氧阴离子浓度，并且添加到含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量有效地将含水流中含氧阴离子的浓度降低到低于目标阈值。

在另一个实例中，描述了一种系统，其包括含有金属阳离子的试剂源、铝试剂源、一个或更多个传感器，和控制器。该实例指定配置一个或更多个传感器以分析具有可变浓度的金属阳离子和可变浓度的含氧阴离子的水溶液，并且配置一个或更多个传感器来测量金属阳离子的可变浓度以便提供水溶液中的当前金属阳离子浓度，并测量含氧阴离子的可变浓度以便提供水溶液中的当前含氧阴离子浓度。该实例还指定，配置控制器以基于由一个或更多个传感器测量的当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度来控制向水溶液中添加包含金属阳离子的试剂和铝试剂。

在另一个实例中，描述了一种方法，其包括向含有含氧阴离子的水溶液中添加碱性碱土金属试剂，从而使含氧阴离子的第一部分从水溶液中沉淀出来并产生具有降低的含氧阴离子浓度的水溶液。该方法包括测定具有降低的含氧阴离子浓度的水溶液中含氧阴离子的浓度，以及基于测定的含氧阴离子浓度向具有降低的含氧阴离子浓度的水溶液中添加铝试剂，从而使含氧阴离子的第二部分从具有降低的含氧阴离子浓度的水溶液中沉淀出来。

在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实例的细节。由说明书和附图以及由权利要求书，其他特征、目的和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是示出了用于降低含水流中的一种或更多种含氧阴离子的浓度的一个示例性方法的流程图。

图2是示出了用于降低含水流中的一种或更多种含氧阴离子的浓度的另一个示例性方法的流程图。

图3是示出了一个示例性系统的概念图，所述系统可根据结合图1和2描述的技术用于处理含有含氧阴离子的水以降低含氧阴离子的浓度。

图4是示出了示例性实验硫酸根含氧阴离子浓度数据与假定钙矾石化学计量的沉淀物的预测浓度数据相比的图。

图5是示例性石灰预处理的酸性岩石排水样品的示例沉淀动力学数据的图。

图6A至6C是用铝和氢氧化钙处理的钼酸根含氧阴离子溶液的示例性实验数据的图。

图7是用铝和氢氧化钙处理的铬酸根含氧阴离子溶液的示例性实验数据的图。

图8是用铝和氢氧化钙处理的硼酸根含氧阴离子溶液的示例性实验数据的图。

图9是用铝和氢氧化钙处理的硝酸根含氧阴离子溶液的示例性实验数据的图

具体实施方式

本公开内容一般地涉及用于处理含有含氧阴离子的废水流以将废水流中的含氧阴离子浓度水平降低到低于目标浓度水平的系统和技术。目标浓度水平可以是这样的水平，低于该水平，废水流可以在遵守任何环境或健康要求的同时排放到周围环境(例如，河流、湖泊、公共下水道系统)。例如，目标浓度水平可以是由公司的环境、健康和安全标准或者地方或国家法律或法规设定的最大可允许的含氧阴离子浓度水平。目标排放阈值还可以是浓度极限，低于该浓度极限则需要降低含氧阴离子浓度以使水流适合用于下游工业过程。

为了将废水流中的含氧阴离子浓度水平降低到低于目标浓度水平，可以向废水流中添加至少一种沉淀剂，并且在一些实例中添加多种沉淀剂。例如，可以向废水流和/或铝试剂中添加金属阳离子源如碱性碱土金属试剂。金属阳离子源和铝试剂可以与存在于废水流中的含氧阴离子结合以形成沉淀物。可以从废水流中除去该沉淀物，从而降低流中的含氧阴离子的浓度。

在实践中，已经认识到工业废水流中的含氧阴离子浓度可随时间显著变化。例如，在产生酸性矿石排水流出物的挖掘作业中，被挖掘的土制物质的化学组成变化以及降雨和温度的改变等可导致流出物的含氧阴离子含量的变化。根据具体挖掘作业的特点，流出物中的含氧阴离子浓度在一天的过程中可变化大于10％。在向该流出物中添加一种或更多种沉淀剂以减少流的含氧阴离子含量的情况下，含氧阴离子浓度的较大变化可破坏添加到流中的沉淀剂的功效。

在根据本公开内容的一些应用中，连续监测具有可变含氧阴离子浓度的废水流，以测定流中的当前含氧阴离子浓度。还可以连续监测对应于含氧阴离子的金属阳离子的浓度，以测定流中的当前金属阳离子浓度。例如，可以连续监测与铝和含氧阴离子结合以形成金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀物的金属阳离子的浓度。通过知道流中的当前含氧阴离子浓度和当前金属阳离子浓度，可以将添加到流中的沉淀剂的给料速率调节至有效量以将流中的含氧阴离子浓度降低至低于目标阈值。例如，可以将沉淀剂的给料速率调节至有效量以将流中的含氧阴离子浓度降低至低于浓度阈值，从而允许将所述流排放至环境中，而基本上不会过量给料和沉淀过量的含氧阴离子(其可与废水一起排放到环境中而不违反排放标准)。

尽管不希望受任何特定理论的束缚，但已经发现，在一些应用中，含氧阴离子沉淀和除去对被处理的流中的含氧阴离子浓度和添加到流中的沉淀剂浓度是高度敏感的。在一些情况下，即使含氧阴离子浓度和/或沉淀剂浓度的百万分比水平的微小变化也可以产生被处理的流的含氧阴离子浓度的较大变化。例如，被处理的流中的含氧阴离子与沉淀剂之间的复杂相互作用可产生沉淀极限。将添加到流中的沉淀剂的浓度提高到这些极限可增加从流中沉淀的含氧阴离子的量。进一步将沉淀剂的浓度提高到超过沉淀极限可导致至少一些沉淀的含氧阴离子再溶解，减少从被处理的流中沉淀的含氧阴离子的量。也就是说，系统可以显示沉淀拐点(例如，最大值)，由此降低或提高添加到流中的沉淀剂的浓度导致从流中沉淀的含氧阴离子的量减少。

在其中被处理的废水流表现出基于流中含氧阴离子的浓度和/或金属阳离子的浓度偏移的含氧阴离子沉淀拐点的应用中，连续监测流中的含氧阴离子和/或金属阳离子浓度可有助于沉淀剂的精确给料。例如，添加到流中的金属阳离子源的量和/或添加到流中的铝试剂的量可以基于待处理的进入流中的金属阳离子和/或含氧阴离子的浓度来调节。还可以基于对应于进入流的含氧阴离子浓度的沉淀拐点和/或处理后流的目标含氧阴离子浓度水平来调节沉淀剂。

图1是示出了用于降低待处理的含有含氧阴离子的水溶液(如水的蓄水池或流动流)中的一种或更多种含氧阴离子的浓度的示例性方法的流程图。该方法包括接收待处理的含有含氧阴离子的流(10)，连续测量流中的金属阳离子的浓度(12)以测定当前金属阳离子浓度，以及连续测量流中的含氧阴离子浓度(14)以测定当前含氧阴离子浓度。另外，图1的示例性技术包括基于当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度确定沉淀剂给料水平(16)，然后以确定的给料水平向流中添加沉淀剂(18)。如下文更详细的描述，多种不同的化学化合物、硬件配置和操作条件可根据图1的示例性技术用于降低被处理的流中的含氧阴离子浓度。

在图1的技术中，可以从工业过程接收含有一种或更多种含氧阴离子的含水流(10)，并处理以降低一种或更多种含氧阴离子的浓度并产生经处理的含水流。可以从多种不同的工业过程接收含水流，并且本公开内容不限于处理来自任意特定来源的含水流。在一些应用中，含水流是来自矿井、煤矸石堆、建筑工地、化工厂或其他场所的排放流、流出物、径流物和/或渗流。例如，含水流可以是形成矿山排水的排放流，其中岩层已被打乱(例如，被挖掘)并暴露于水源如降雨、地表水和/或地下水源，使得在溶液或悬浮液中水包含金属和矿物。矿岩排水根据来源可以是酸性的(有时称为酸性矿石排水)或碱性的(有时称为碱性矿石排水)。在任一情况下，可从矿区产生流，包括用于从土地中去除矿物、金属、矿石和/或煤的现役、非现役或废弃的提取和/或挖掘操作。这种提取操作的实例包括包含石灰石、滑石、金、银、铁、锌、锰、钼、锑、铬和镍的油砂、煤、矿物、金属和矿石。含有一种或更多种含氧阴离子的含水流的其他示例性来源包括烟道气脱硫水、纸浆废水和铝加工水。

与含水流的来源无关，在流可排放之前，该流可含有需要进行处理和除去的含氧阴离子。术语含氧阴离子，其也可以称为氧阴离子(oxyanion)，是指具有式A_xO_y^z-的带负电荷的化学化合物，其中A是除氧以外的化学元素；O是氧；Z通常是值至少为1(例如，1、2、3或更大)的整数；X通常是值为1或2的整数；并且Y通常是值至少为1的整数(例如，1、2、3、4或更大)。

含氧阴离子可以由许多化学元素组成。例如，含氧阴离子包括硼酸根、碳酸根、硝酸根、磷酸根、硫酸根、铬酸根、砷酸根、硒酸根、钼酸根、亚硝酸根、磷酸根、亚硫酸根、亚砷酸根、亚硒酸根、次磷酸根、磷酸根、硫代硫酸根、高氯酸根、高溴酸根、高碘酸根、高锰酸根、氯酸根、铬酸根、溴酸根、碘酸根、亚氯酸根、亚溴酸根、次氯酸根和次溴酸根。通过将化学元素暴露于氧和水，可以在提取位置形成特定的含氧阴离子。例如，当提取的含有金属硫化物的土制材料暴露于氧和水时，可形成含氧阴离子硫酸根。

存在于进行处理的含水流中的特定含氧阴离子将例如基于产生流的工艺的类型和含氧阴离子的来源而变化。在一些实例中，进行处理的含水流包含(或者，在其他实例中，由以下组成或基本上由以下组成)硫酸根、钼酸根、硼酸根、亚硒酸根、亚硒酸根、砷酸根、硝酸根和/或钒酸根(vandinate)。例如，含水流可以具有一种或更多种具有式A_xO_y^z-的含氧阴离子，其中A选自Mo、B、Cr、Se、As，N、S和V；X为值为1或2的整数；Y是值至少为1的整数；并且Z是值至少为1的整数。在一个具体实例中，含水流包含(或者，在其他实例中，基本上由以下组成)硫酸根(SO₄^2-)。硫酸根是见之于许多酸性矿岩排水废物流和其他挖掘流出物中的含氧阴离子。在一些实例中，含水流包含多种含氧阴离子的混合物。

除了含有一种或更多种含氧阴离子之外，进行处理的含水流可含有相应的阳离子，例如为该流提供电荷中性。存在于含水流中的阳离子的类型将再次基于产生流的工艺和阳离子源而变化。与含有含氧阴离子的废物流出物流相关的典型阳离子包括金属阳离子如第I族碱金属(例如，Na、K)和/或第II族碱土金属(例如，Be、Mg、Ca)。在酸性矿岩排水流的情况下，也可以存在重金属如铁、铬、钴、锌、镍和/或铜。

在用沉淀剂处理之前，含水流中的金属阳离子和含氧阴离子的浓度可以为例如小于500百万分率(ppm)至大于1000ppm。例如，进入流中的金属阳离子和/或含氧阴离子可各自大于500ppm，例如大于750ppm，大于1000ppm，大于1500ppm，或甚至大于2500ppm(例如，10,000ppm至20000ppm)。在一些应用中，进入流中的金属阳离子和/或含氧阴离子的浓度可为100ppm至3000ppm，例如500ppm至2500ppm、1000ppm至2000ppm，或者1100ppm至1500ppm。上述浓度可以是特定金属阳离子和含氧阴离子对的，或者可以是流中所有金属阳离子和含氧阴离子的总和。此外，除非另有说明，否则本文所用的百万分比(ppm)是指重量百万分比。

作为一个实例，含水流可以含有浓度水平为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的当前硫酸根含氧阴离子浓度。例如由于阳离子和硫酸根含氧阴离子之间的相对重量差异，相应的金属阳离子可以以低于含氧阴离子的重量浓度存在于含水流中。例如，在硫酸根作为硫酸钙存在的情况下，钙可以为265ppm至450ppm，提供265ppm至450ppm的当前阳离子浓度。在其他过渡金属阳离子存在于含水流中来代替钙的情况下，钙浓度可以更低。

在实践中，金属阳离子和含氧阴离子的浓度可随时间变化。诸如降雨、温度、工业过程条件和土制物质含量等因素可导致金属阳离子和/或含氧阴离子相对于较早时间段的浓度在流动流中变为稀释的或提高浓度。金属阳离子和/或含氧阴离子在一段时间内的浓度变化可以大于10％，例如大于25％，或大于50％。例如，在含有约1200ppm硫酸根并在一段时间内变化约25％的含水流的情况下，硫酸根可以在约900ppm至1500ppm的范围内变化。浓度变化的时间段可以相对较短，例如，半小时或小时，或者更长如一班(例如，八小时班)、一天或一周。如下面更详细讨论的，这些浓度变化可以对用于使含氧阴离子沉淀和除去最大化的所需沉淀剂给料水平产生影响。

除了一种或更多种含氧阴离子和相应的金属阳离子之外，流的其余部分可以包含水和对应于含水流来源的特定化合物。可存在于含水流中的示例性化合物包括但不限于过渡金属阳离子、碳酸化碳酸氢根、氰化物、有机物、絮凝剂和/或浮选助剂。

无论被处理以降低含氧阴离子含量的含水流的组成如何，可以从源头接收该流并进行分析和含氧阴离子沉淀。可以在一个或更多个处理容器中接收并收集含水流，提供可在排出之前分析并处理的液体的静态容积。或者，可以在流动的同时在线分析(例如通过抽吸滑流)并处理含水流以降低含氧阴离子含量。根据来源，待处理的含有含氧阴离子的含水流可以是连续的液体流。液体流可以在一段时间内基本上或完全不间断，例如大于30分钟的时间段、大于24小时的时间段或大于1周的时间段。

在图1的示例性技术中，接收待处理的含水流(10)并连续测量以测定流中的当前金属阳离子浓度(12)以及流中的当前含氧阴离子浓度(14)。连续测量流中的金属阳离子浓度和流中的含氧阴离子浓度可用于检测浓度的变化并提供沉淀剂给料控制。当前金属阳离子浓度可以是最近在含水流中测量的金属阳离子浓度。类似地，当前含氧阴离子浓度可以是最近在含水流中测量的含氧阴离子浓度。每个新测量的含水流中的金属阳离子浓度和含氧阴离子浓度可以确立新的当前金属阳离子浓度和新的当前含氧阴离子浓度，代替之前的测量值。在其他实例中，图1的技术不涉及连续测量含水流中的当前金属阳离子浓度(12)和当前含氧阴离子浓度(14)二者，而仅涉及两个值中的一个。

在实践中，连续测量金属阳离子浓度和/或含氧阴离子浓度的频率可以由观察到的流中金属阳离子和/或含氧阴离子浓度的可变性决定。如果浓度在短时间段内大幅度变化(例如，+/-5％)，更频繁的测量可能是合适的。相反，如果浓度仅在较长一段时间内大幅度变化(例如，随着降水和温度季节性地变化)，则不那么频繁的测量可能是合适的。

在不同的实例中，可以通过每天至少一次(例如，每8小时至少一次、每4小时至少一次、每小时至少一次、每半小时至少一次，或每分钟至少一次)测量金属阳离子浓度和/或含氧阴离子浓度来连续测量金属阳离子和/或含氧阴离子浓度。测量金属阳离子浓度的频率可以与测量含氧阴离子浓度的频率相同或不同。此外，金属阳离子和/或含氧阴离子浓度可以通过从流动含水流中提取滑流并在线分析浓度来测量。或者，可以从含水流来源中提取不流动的样品并分析以确定浓度，例如自动地或使用手动实验室技术。

多种不同的技术可用于连续测量经历含氧阴离子减少的含水流中的一种或更多种金属阳离子的浓度。作为一个实例，可以用分光光度法测量含水流中的金属阳离子浓度。在该技术中，可以向含水流的样品中添加与金属阳离子结合的光谱试剂。然后可以将(例如，可见、近紫外和/或近红外光谱中的)光导至经历分析的含水液体以及用于测量光的反射或透射强度的光度计中。液体的分光光度特性可基于与光谱试剂结合的金属阳离子的浓度而变化，使得能够测量金属阳离子浓度。

作为另一个实例，可以用荧光分光光度法测量含水流中金属阳离子的浓度。在荧光分光光度法测量期间，可以将某一波长或波长范围的光发射到经历分析的含水液体中，致使液体中的分子激发并发出不同波长的荧光发射。荧光发射可以被检测并与含水液体中的金属阳离子的浓度相关。在根据该技术的一些实例中，向与金属阳离子结合的含水液体中添加荧光团形成荧光团-金属阳离子络合物。这种荧光团-金属阳离子络合物可以响应于激发能量发出荧光发射，使得金属阳离子能够被检测和定量。

作为又一个实例，可以通过电导率测量含水流中金属阳离子的浓度。例如，离子选择性电极可用于测量分析中的含水液体中特定金属阳离子的电势。离子选择性电极可以包括离子特异性膜以及将含水液体中的金属阳离子的活性转化为电势的变换器或传感器，所述电势可以通过电压计或pH计测量。电势可与含水液体中的金属阳离子的浓度相关，使得能够测定当前金属阳离子浓度。

当根据图1的技术连续测量含水液体中的当前金属阳离子浓度(14)时，可以连续测量所有金属阳离子的浓度，或者可以仅连续测量一种或更多种特定金属阳离子的浓度。通常，测量平衡沉淀反应(其中含氧阴离子从进行处理的含水流中沉淀出来)期间结合的金属阳离子的浓度是有用的。这是因为金属阳离子的浓度可以影响含氧阴离子除去过程的沉淀效率。因此，在一些实例中，图1的技术涉及连续测量在添加沉淀剂后与含氧阴离子结合形成可除去的含氧阴离子沉淀物的那些金属阳离子的当前金属阳离子浓度。也可以测量或可不测量不与含氧阴离子沉淀物结合的其他金属阳离子的浓度。

多种不同的技术也可以用于连续测量经历含氧阴离子减少的含水流中的一种或更多种含氧阴离子的浓度(14)。在标题为“OXOANION CONCENTRATION DETERMINATION USING ALUMINIUM REAGENTS”且委派的代理人档案号为29805.189.1的共同提交的专利申请中描述了可有利地用于连续测量含氧阴离子浓度的示例性技术，其全部内容通过引用并入本文。

作为可用于测量含氧阴离子浓度的技术的一个实例，可向经历分析的含水液体中添加钡沉淀剂以形成钡含氧阴离子沉淀物。钡含氧阴离子沉淀物可以通过光学方法测量，例如通过测量含有钡含氧阴离子沉淀物的液体的浊度或分光光度响应来测量。光学响应可与存在于经历分析的液体中的含氧阴离子的浓度相关，使得能够测定当前含氧阴离子浓度。使用这种方法，可以一起测量由钡沉淀剂沉淀的所有含氧阴离子的总浓度，并确定为当前含氧阴离子浓度，而不是测量特定含氧阴离子(例如铬酸根、硫酸根)的浓度。

作为另一个实例，可以使用拉曼光谱测量含水流中含氧阴离子的浓度。在拉曼光谱中，通常由激光器提供的光被导至含有含氧阴离子的液体样品中。光与液体中的分子振动、声子或另一些激子相互作用，使得光光子的能量向上或向下迁移。能量的迁移提供了关于液体系统中的振动模式的信息，其进而可以与液体中的含氧阴离子的浓度相关。以这种方式，拉曼光谱可以提供当前含氧阴离子浓度信息。

作为另外的实例，含氧阴离子的浓度可以通过电导率测量。在根据本实例的一个应用中，例如通过测量液体的电阻直接测量含有含氧阴离子的液体的电导率。液体的电导率可以与液体中含氧阴离子的当前浓度相关。在根据本实例的另一应用中，离子选择性电极可用于测量分析中的含水液体中特定含氧阴离子的电势。离子选择性电极可以将含水液体中含氧阴离子的活性转化为电势，电势可以通过电压计或pH计测量。电势可与含水液体中含氧阴离子的浓度相关，使得能够测定当前含氧阴离子浓度(例如，特定的含氧阴离子物质的浓度)。

作为再一个实例，分析中的液体中的含氧阴离子可以通过使含氧阴离子与荧光团和铝络合来光学测量。可以使用的示例性荧光团包括但不限于1，3，6，8-芘四磺酸、1-芘磺酸、8-羟基-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。荧光团-铝-含氧阴离子络合物可以通过将某一波长或波长范围的光导至经历分析的含水液体中并使得保留在样品中的游离荧光团(未络合的荧光团)激发并发出不同波长的荧光发射来进行荧光分光光度法分析。荧光发射可以被检测并且与含水液体中含氧阴离子的浓度相关。

当根据图1的技术连续测量含水液体中的当前含氧阴离子浓度(14)时，可以连续测量所有含氧阴离子的浓度，或者可以仅连续测量一种或更多种特定含氧阴离子(例如硫酸根)的浓度。用于测量含水液体中的含氧阴离子的具体技术可以决定是否可以从液体中的其他含氧阴离子物质中分辨出特定的含氧阴离子物质。此外，应当理解，尽管已经将连续测量金属阳离子浓度(12)和连续测量含氧阴离子浓度(14)的技术描述为独立的，但是在一些实例中，单一分析技术可以同时测量流的当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度二者。

再次参照图1。示例性技术包括基于当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度确定沉淀剂给料水平(16)，然后以确定的给料水平向含水流中添加沉淀剂(18)。合适的沉淀剂可以基于其与期望从被处理的含水流中除去的一种或更多种含氧阴离子的反应的能力来选择。例如，合适的沉淀剂可以包括与溶解的含氧阴离子络合形成可从进行处理的含水流中除去的固体含氧阴离子沉淀物的那些。

在一些实例中，用于降低进行处理的含水流中含氧阴离子浓度的沉淀剂包括金属阳离子源和铝试剂。来自金属阳离子源的金属阳离子和来自铝试剂的铝可以与溶解的含氧阴离子物质络合，形成从含水液体中沉淀出来的金属阳离子-含氧阴离子-铝物质。金属阳离子-含氧阴离子-铝物质可表现出或可不表现出钙矾石型化学计量。

钙矾石通常被认为是涵盖具有式Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O的水合硫酸钙铝矿物和一系列化学上类似的等结构化合物的一类离子化合物。例如，全部或部分钙可经一种或更多种二价金属阳离子(例如碱土金属如Mg²⁺)取代；全部或部分氢氧根可经一种或更多种一价阴离子(例如氯离子、氟离子、碘离子和溴离子)取代；并且全部或部分硫酸根可经一种或更多种其他含氧阴离子(例如铬酸根、硒酸根、亚硒酸根、砷酸根、硝酸根、钒酸根、硼酸根和碳酸根)取代。作为实例，含钼的钙矾石可以具有钼酸根含氧阴离子代替一种或更多种硫酸根阴离子。此外，水合水的量可以变化。

钙矾石可更具体地定义为具有式C₆M₂(OH)_x(A)_y(D)_z·E(H₂O)的化合物，其中C为一种或更多种金属阳离子(例如二价金属阳离子)，M为一种或更多种三价金属，A是一种或更多种具有一个或更多个电荷n-的含氧阴离子，D是一种或更多种具有电荷1-的一价阴离子，E是26或32，n是1、2、3或4，并且x、y和z被定义为使得x+(y·n)+z＝18，x＞0，y＞0，并且z≥0。当钙矾石包含多于一种有不同电荷n-的含氧阴离子A时，则(y)(n)是每种含氧阴离子A的值y乘以每种相应含氧阴离子的n值的总和。例如，如果A是(VO₄)(ClO₃)₃，其中VO₄具有3-(n＝3)电荷且ClO₃具有1-(n＝1)电荷，则(y)(n)为(1)(3)+(3)(1)＝6。x、y和z的值通常是整数，尽管不需要如此，除非另有说明。x、y和z的值可定义为使得z为0，x为12，(y·n)为6，尽管也不需要如此，除非另有说明。

通过向被处理的含水流中添加金属阳离子源和铝试剂，可形成金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀物。可以将该沉淀物从含水流中分离以降低含水流的含氧阴离子浓度。例如，通过向含有硫酸钙的矿岩排水中添加钙源和铝试剂源可以形成从含水液体中沉淀出来的硫酸钙-铝物质。可以从矿岩排水中除去该沉淀物以降低流出物中的硫酸根浓度。

根据本公开内容的一些实例，已经发现在处理范围内铝基含氧阴离子沉淀不遵循金属阳离子(例如Ca²⁺)和铝之间的钙矾石化学计量关系。例如，在向含有含氧阴离子的流中添加金属阳离子源和铝试剂之后，所得沉淀物可以表现出根据钙矾石化学计量(其中金属阳离子与铝与含氧阴离子之比为6∶2∶3)提供的较低的含氧阴离子浓度(对应于较高的金属阳离子和铝浓度)。当这种情况发生时，以钙矾石化学计量比向被处理的含水流中添加金属阳离子源和铝试剂可以抑制非钙矾石含氧阴离子沉淀物的形成。过量的金属阳离子和/或铝可以使含氧阴离子沉淀反应的平衡移动，减少含氧阴离子沉淀物的形成。

不希望受限于任何特定理论，据信在一些情况下，与如果以非钙矾石化学计量给料相比，以钙矾石化学计量给料增加了达到水流中的目标含氧阴离子浓度所需的时长和/或在处理之后提高了水流中的含氧阴离子浓度。例如，已经观察到在一些应用中含氧阴离子以非钙矾石化学计量沉淀，因此期望以对应于形成的沉淀物的非钙矾石化学计量的比例和量来投放金属阳离子源和/或铝试剂。例如，添加到水流中的金属阳离子源和铝试剂的量可以有效地在流中获得这样的金属阳离子源与铝之比，其对应于观察到在所得的具有非钙矾石化学计量的沉淀物中形成的金属阳离子源与铝之比。添加的金属阳离子源和铝试剂的总量还可由处理后水流的目标水平的含氧阴离子决定。

在含氧阴离子以钙矾石化学计量沉淀的应用中，可以以钙矾石化学计量比(例如，三摩尔二价金属阳离子每摩尔铝)向含水流中添加金属阳离子源和铝试剂。相比之下，在含氧阴离子以非钙矾石化学计量沉淀的应用中，可以以有效提供含水流中金属阳离子与铝与含氧阴离子的非钙矾石化学计量比的量向含水流中添加金属阳离子源和铝试剂。

例如，可以基于所得含氧阴离子沉淀物的预期化学计量以及含水流中的当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度来选择添加到进行处理的含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量。在实践中，可以通过向进行处理的含水流样品中添加金属阳离子源和铝试剂来形成试验沉淀物。可以分析所得沉淀物(例如，在分析实验室中)以测定沉淀物中金属阳离子与铝与含氧阴离子的化学计量比。化学计量比可以根据存在于进行处理的流中的特定含氧阴离子以及选择作为沉淀剂的金属阳离子源和铝试剂的类型而变化。所测定的沉淀物的化学计量比可以确定为将在随后的含氧阴离子沉淀和除去期间形成的沉淀物的预期化学计量。

添加到含水流中的金属阳离子的摩尔数与添加到流中的铝的摩尔数之比可以变化，例如基于所得含氧阴离子沉淀物的预期化学计量以及选择用作沉淀剂的金属阳离子源和铝试剂。在一些实例中，添加到含水流中的金属阳离子源的量有效地提供金属阳离子浓度，其为2摩尔金属阳离子每摩尔目标除去的含氧阴离子至20摩尔金属阳离子每摩尔目标除去的含氧阴离子，同时添加到含水流中的铝试剂的量有效地提供铝浓度，其为0.5摩尔铝每摩尔目标除去的含氧阴离子至8摩尔铝每摩尔目标除去的含氧阴离子。添加到含水流中以实现这些浓度水平的金属阳离子源和铝试剂的实际量将变化，例如基于流的当前金属阳离子浓度、流的当前含氧阴离子浓度、流的体积和流中的特定含氧阴离子物质。目标除去的含氧阴离子的摩尔数可以是当前含氧阴离子浓度与处理后的目标含氧阴离子浓度之差。例如，如果进行处理的含水流的当前含氧阴离子浓度为1000ppm，并且处理后的目标阈值含氧阴离子浓度为200ppm，则目标除去的含氧阴离子的摩尔数可以对应于800ppm的目标除去的含氧阴离子。

在实践中，含氧阴离子可以以非钙矾石化学计量沉淀。因此，金属阳离子源和铝试剂可以给料为使得进行处理的流中的金属阳离子源与铝试剂之比对应于(例如，基本上等于)沉淀物的非钙矾石化学计量。例如，形成的金属阳离子-含氧阴离子-铝沉淀可以具有比对应于钙矾石化学计量更高量的金属阳离子以及相同、更少或更多量的铝。例如，钙矾石的化学计量通常对应于6∶2∶3的金属阳离子与铝与含氧阴离子之比。当含氧阴离子以非钙矾石化学计量沉淀时，金属阳离子与含氧阴离子之比可以大于6∶3，而铝与含氧阴离子之比可以小于、等于或大于2∶3。金属阳离子源和铝试剂可以给料为使得流中金属阳离子源与铝试剂之比在这些前述比例中的任一者中。

此外，添加到含水流中的金属阳离子的摩尔数与添加到流中的铝的摩尔数之比可以根据用于目标沉淀并移除的含氧阴离子的种类和流中的含氧阴离子浓度变化。不同的含氧阴离子种类可以形成具有不同的铝与金属阳离子化学计量比的金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀物。此外，化学计量比可以根据流中含氧阴离子的浓度而变化。因此，基于目标除去的含氧阴离子的种类和/或流中的当前浓度调节添加到进行处理的含水流中金属阳离子源和铝试剂的量可以提高除去效率。下表示出了用于目标沉淀并除去的不同含氧阴离子种类的示例性目标金属阳离子和铝浓度。添加到进行处理的含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量可以有效地提供任意前述范围中的浓度和比例。

在操作中，添加到进行处理的含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量可以基于含水流中的当前金属阳离子浓度、当前含氧阴离子浓度和/或待形成的所得含氧阴离子沉淀物的预期化学计量确定。另外，添加到进行处理的含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量可以基于从含水流中除去的含氧阴离子的目标量(例如，对应于处理后可以保留在含水流中的含氧阴离子的量)。

以有效量向所述含水流中添加金属阳离子源和铝试剂从而以对应于(例如等于)所得含氧阴离子沉淀物的预期化学计量的比例提供含水流中的金属阳离子和铝试剂。通常，预期在含有含氧阴离子的进入含水流中存在很少或没有铝，使得沉淀所需的任何铝将由铝试剂提供。为此，可以不连续测量含水流中的铝浓度以监测流中的铝含量的变化(但是在其他实例中，也可以监测铝浓度以测定当前铝浓度，并且铝试剂也基于当前铝浓度给料)。相比之下，含有含氧阴离子的进入含水流可以含有具有随时间可变的浓度的金属阳离子。测定的流中的当前金属阳离子浓度可用于调节添加到流中的金属阳离子源的量，使得添加沉淀剂之后存在于含水流中的金属阳离子和铝试剂处于对应于所得含氧阴离子沉淀的预期化学计量的比例。

此外，测定的流中的当前含氧阴离子浓度可用于调节添加到流中的金属阳离子源和铝试剂的量。在许多应用中，需要处理含有含氧阴离子物质的含水流以将含氧阴离子物质的浓度降低到低于阈值浓度水平。浓度水平可以是监管水平(例如，最大浓度极限)，超过该水平含水流不能排放到环境中。因此，添加到流中的金属阳离子源和铝试剂的量可有效地将流中的含氧阴离子物质的浓度从当前含氧阴离子浓度降低至低于阈值浓度水平。

在多个实例中，添加到含水流中的金属阳离子源和铝试剂的量有效地使存在于进行处理的含水流中的至少10重量％的含氧阴离子物质(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属阳离子源和铝试剂的量可以有效地使存在于含水流中的10重量％的含氧阴离子物质至80重量％的物质(例如25重量％的物质至65重量％的物质)沉淀。

处理的含水流中含氧阴离子的具体目标浓度阈值将根据从流中除去的含氧阴离子而变化。此外，在打算从含水流中除去多种不同的含氧阴离子物质的情况下，对于处理的含水流中含氧阴离子来说可以有多个目标浓度阈值，其中不同阈值对应于不同含氧阴离子物质。在硫酸根的情况下，处理的含水流中硫酸根的目标浓度阈值可以小于2000ppm，例如小于1000ppm，小于500ppm，小于200ppm或小于100ppm。例如，经处理的含水流中硫酸根的目标浓度阈值可以为50ppm至1200ppm，例如100ppm至750ppm，200ppm至1000ppm，100ppm至400ppm。添加到含水流中的金属阳离子源的量(如果有的话)和添加到含水流中的铝试剂的量可以有效地将含水流中的含氧阴离子浓度降低到低于任意前述值或范围或在任意前述值或范围之中。

在一些情况下，操作者可能希望去除存在于进行处理的含水流中的基本上所有含氧阴离子，使得经处理的含水流具有更低含氧阴离子浓度(例如，小于50ppm含氧阴离子，小于15ppm含氧阴离子，小于5ppm含氧阴离子)。在这些应用中，可选择添加到进行处理的含水流中的金属阳离子源的量和铝试剂的量以有效地使存在于流中的基本上所有含氧阴离子沉淀。在另一些情况下，可能需要除去少于存在于进行处理的含水流中的基本上所有含氧阴离子，例如通过仅将含氧阴离子浓度降低至低于非零目标浓度水平。这可以通过减少添加到流中的沉淀剂的量来限制处理含水流的成本。

任何合适的金属阳离子源和铝试剂均可用于降低进行处理的含水流的含氧阴离子浓度。具体的金属阳离子源和铝试剂的选择可以基于诸如成本、沉淀剂和所得沉淀物的毒性以及与沉淀的含氧阴离子和含水流中的其他物质的化学相容性的因素。

在不同的实例中，金属阳离子源可以是提供第I族(碱金属)阳离子、二价金属阳离子(例如铁(II)、钙、镁)和/或第II族(碱土金属)阳离子的源。金属阳离子源可以是或可以不是碱性的，使得向含水流中添加金属阳离子源提高了流的pH。示例性金属阳离子源包括但不限于氢氧化钙、氧化钙、氯化钙、氢氧化镁、白云石石灰、飞灰和粘土。金属阳离子源可以作为固体、溶液或浆料提供。

用于形成铝基含氧阴离子沉淀物的任何合适的铝源可以用作铝试剂。铝试剂可以是碱性的使得向含水流中添加铝试剂提高了流的pH，可以是酸性的使得向含水流中添加铝试剂降低了流的pH，或者基本上是pH中性的。示例性铝试剂包括但不限于明矾(硫酸铝)、铝酸钠、铝酸钙、氯化铝、聚氯化铝、氢氧化铝、乙酸铝、硝酸铝和飞灰。尽管铝试剂和金属阳离子源通常被描述为单独的沉淀剂，但在其他实例中，单一沉淀剂可以用作铝试剂和金属阳离子源二者。例如，当使用铝酸钙时，铝酸钙可以用作金属阳离子源和铝源二者。无论如何，铝试剂可以作为固体、溶液或浆料提供。

作为基于含水流中的当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度可如何确定金属阳离子源的量和铝试剂的量的一个非限制性实例，假设待处理的含水流含有2000ppm硫酸钙(对应于Ca²⁺的当前金属阳离子浓度为589ppm和SO₄^2-的当前含氧阴离子浓度为1411ppm)。进一步假设处理的含水流中硫酸根的目标浓度为200ppm，并且金属阳离子源为氢氧化钙且铝试剂为铝酸钠。如果假定形成的铝基含氧阴离子沉淀物具有8.02∶2∶3.34的钙与铝与硫酸根的化学计量比，则应该添加到含水流中的氢氧化钙和铝试剂的量为510ppm铝酸钠和762ppm铝酸钙。

图1的示例性技术包括以确定的剂量水平向含有含氧阴离子的含水流中添加选择的沉淀剂(18)。可以同时或依次向进行处理的含水流中添加金属阳离子源和铝试剂。在一个实例中，在添加金属阳离子源之前向含水流中添加铝试剂。在添加之后，铝试剂可以开始与已经存在于含水流中的金属阳离子络合，形成金属阳离子-铝-含氧阴离子物质。然后可向含水流中添加金属阳离子源以提供额外的阳离子来完成金属阳离子-铝-含氧阴离子物质的形成和/或使存在于含水流中的另外未沉淀的含氧阴离子分子反应。

在一些实例中，例如通过使用驱动搅拌器或静态混合器，将铝试剂和金属阳离子源混合或共混到含有待沉淀的含氧阴离子的含水流或静态水溶液中。在另一些实例中，将铝试剂和金属阳离子源注入流动的含水流中，并且流的浊度能够使沉淀剂在整个流中混合。尽管反应时间可以变化，但是在一些实例中，在向流中添加金属阳离子源之前，将铝试剂与含水流混合至少5分钟(例如，5分钟至30分钟)。在向含水流中添加金属阳离子源之后，可以将所得溶液混合至少20分钟(例如，30分钟至1小时)以实现含氧阴离子沉淀物的形成。

为了在添加铝试剂和/或金属阳离子源之后形成金属阳离子-铝-含氧阴离子沉淀物，可能需要将含水流的pH调节至沉淀物将形成的范围。钙矾石型沉淀物通常在10.5至13(例如11至13)的pH范围中形成。因此，在这些应用中，可通过向含水流中添加碱将含水流的pH范围调节至10.5至13(例如11至13)的pH范围。在一些实例中，金属阳离子源和/或铝试剂用作碱，使得添加金属阳离子源和/或铝试剂足以将流的pH提高至金属阳离子铝-含氧阴离子氢氧化物水合物沉淀物将形成的范围。例如，当使用氢氧化镁或氢氧化钙作为金属阳离子源时，氢氧化镁或氢氧化钙既可以向含水流中提供金属阳离子又可以提高流的pH。在另一些实例中，除了金属阳离子源和铝试剂如氢氧化钠或氢氧化钾之外，还将单独的碱(例如，氢氧化物源)添加到含水流中。

金属阳离子铝-含氧阴离子沉淀物一旦形成，可以使用任何合适的固-液分离方法将其从进行处理的含水流中除去。示例性分离技术包括但不限于过滤、离心、倾析和重力沉降。在将沉淀的含氧阴离子从含水流中分离之后，剩余的流可以在工业过程中再循环和再使用或者排放到合适的出口如河流、湖泊或下水道系统。在循环或排放流之前，可以通过添加酸或产酸剂(例如二氧化碳)来降低除去沉淀剂后的流的pH。在处理之后，经处理的水可以满足关于含氧阴离子含量的监管要求，并且可以返回到生产工业应用或环境。

图2是示出了用于降低水溶液(如待处理的含有含氧阴离子的水的蓄水池或流动流)中的一种或更多种含氧阴离子的浓度的另一个示例性方法的流程图。图2的方法可以独立于或结合图1的示例性方法来进行。水溶液可以从多种不同的工业过程接收，并且具有任何浓度水平的任何金属阳离子和含氧阴离子物质，如上文关于图1所讨论的。在一些实例中，水溶液是来自矿井、煤矸石堆、建筑工地、化工厂或其他场所的排放流、流出物、径流物和/或渗流。

在图2的技术中，使含有待处理的含氧阴离子物质的水溶液经历任选的预处理步骤(20)。预处理步骤(20)可以例如通过进行膜分离、微过滤、纳米过滤、反渗透，正向渗透或砂滤来机械过滤溶液。这可以将含氧阴离子浓缩成废料流用于进一步处理。另外地或可选地，可以向溶液中添加化学沉淀剂以使重金属从溶液中沉淀出来。例如，当水溶液含有重金属如铁、铬、钴、锌和/或镍时，可以向溶液中添加氢氧化物源以使重金属从溶液中沉淀出来。当使用时，可以以有效地使存在于溶液中的基本上所有重金属沉淀的量向水溶液中添加氢氧化物源如过氧化物或氢氧化物。在进行进一步处理之前可以从溶液中除去沉淀的重金属。

在进行任选的预处理步骤(20)之后，图2的技术包括任选的初步含氧阴离子沉淀步骤(22)。初步含氧阴离子沉淀步骤(22)可用于具有高浓度的需要在溶液适于排出之前除去的含氧阴离子物质的水溶液。为了在初步含氧阴离子沉淀步骤(22)期间使一部分含氧阴离子从溶液中沉淀出来，可以向含有含氧阴离子的水溶液中添加碱性碱土金属试剂。示例性碱性碱土金属试剂包括但不限于石灰、熟石灰、碳酸钙、硅酸钙、氢氧化钙、氧化钙和石膏(例如，在溶液是过饱和的情况下)及其任何组合。碱性碱土金属试剂可以以约1摩尔试剂每摩尔目标除去的氧化阴离子的摩尔当量，或者更高或更低的剂量(视情况而定)给料。向水溶液中添加碱性碱土金属试剂可以使含氧阴离子的第一部分从水溶液中沉淀出来并产生具有降低浓度的含氧阴离子的水溶液。

例如，在水溶液含有硫酸钙的应用中，添加含氢氧化钙的沉淀剂如石灰可形成石膏沉淀物。可以浆料或其他形式添加石灰，并混合适当的时间段(例如30至60分钟)以使石膏完全沉淀。在一些实例中，添加来自较早沉淀的石膏晶种以帮助引发石膏从溶液中沉淀。石膏沉淀物一旦形成，可以使用固-液分离技术将其从水溶液中除去以降低溶液中的含氧阴离子的浓度用于进一步处理。由于石膏通常可溶于水，所以一些硫酸根含氧阴离子(例如，1100ppm至1500ppm)可保留在水溶液中并需要进一步处理。

为了帮助控制碱性碱土金属试剂(当使用时)的给料，可以连续监测水溶液中的金属阳离子浓度和含氧阴离子浓度(如上文关于图1所讨论的)以提供当前金属阳离子浓度和/或当前含氧阴离子浓度。添加到水溶液中的碱性碱土金属试剂的量可以基于当前金属阳离子浓度和/或当前含氧阴离子浓度。在另一些应用中，例如基于历史的目标给料信息将碱性碱土金属试剂添加到水溶液中，而不测量溶液中的当前金属阳离子浓度和/或当前含氧阴离子浓度。在又一些实例中，例如当进入水溶液中的含氧阴离子浓度相对较低(例如，1500ppm含氧阴离子或更低)时，可以完全省略初步含氧阴离子沉淀步骤(22)。

在添加任选的碱性碱土金属试剂以控制其给料(22)之前，无论是否连续监测水溶液的当前金属阳离子浓度和/或当前含氧阴离子浓度，图2的技术都包括连续测量溶液中的一种或更多种金属阳离子物质和一种或更多种含氧阴离子物质的浓度(24)，以确定沉淀剂给料水平(26)，并以确定的给料水平向溶液中添加沉淀剂(28)。如上面结合图1所讨论的，添加到进行处理的水溶液中的金属阳离子源的量和铝试剂的量可以基于溶液中当前金属阳离子浓度、溶液中当前含氧阴离子浓度和/或形成的所得含氧阴离子沉淀物的预期化学计量来确定。此外，添加到水溶液中的金属阳离子源的量和铝试剂的量可以基于要从水溶液中除去的含氧阴离子的目标量(例如，对应于可以在处理后保留在含水流中的含氧阴离子的量)。添加到水溶液中的金属阳离子源和/或铝试剂的量可以通过上文关于图1所讨论的值的范围确定并落在所述范围中。

在进行初步含氧阴离子沉淀步骤(22)以产生具有降低的目标减少的含氧阴离子物质浓度的水溶液的应用中，可以向具有降低浓度的含氧阴离子物质的溶液中添加金属阳离子源和/或铝试剂。这可以使含氧阴离子物质的第二部分(第一部分在初步含氧阴离子沉淀步骤期间沉淀)从水溶液中沉淀出来，形成具有进一步降低的含氧阴离子浓度的水溶液。

在一些实例中，添加增加量的金属阳离子源和/或铝试剂可以增加形成的沉淀物的量——并相应地增加从水溶液中消耗的含氧阴离子的量——直到达到金属阳离子源和/或铝试剂的浓度拐点。增加被处理的水溶液中金属阳离子源和/或铝试剂的浓度超过拐点可减少形成的沉淀物的量，从而增加处理后溶液中剩余的含氧阴离子的量。

在这些情况下，可以选择添加到水溶液中的金属阳离子源和/或铝试剂的量，以使从溶液中沉淀出的含氧阴离子的量最大化。例如，可以通过逐渐增加添加到溶液中的金属阳离子源和/或铝试剂的量并测量形成的沉淀物的量/剩余在溶液中的未结合的含氧阴离子的浓度来分析水溶液。可以通过确定浓度拐点来确定有效地使含氧阴离子沉淀最大化的金属阳离子源和/或铝试剂的量，由此添加更少量或更大量的金属阳离子源和/或铝试剂减少沉淀的含氧阴离子量。随后可以以对应于确定有效的量向水溶液中添加金属阳离子源和/或铝试剂，以使从水溶液中沉淀出来的含氧阴离子的量最大化。

如以上结合图1所讨论的，可以在向溶液中添加金属阳离子源和/或铝试剂的同时或之后调节水溶液的pH。例如，通过使用碱性金属阳离子源和/或铝试剂，和/或除金属阳离子源和铝试剂之外通过向溶液中添加pH调节碱，可以将pH调节至10.5至13(例如11至13)的范围。金属阳离子铝-含氧阴离子沉淀物一旦形成，可以使用任何合适的固-液分离方法(包括上面关于图1讨论的那些)将其从进行处理的水溶液中除去。

在从剩余的水溶液中除去含氧阴离子沉淀物之后，图2的技术包括在排放溶液之前任选地降低水溶液的pH。可以使用任何合适的酸来降低水溶液的pH，包括弱有机酸和强无机酸。在一个实例中，通过向流中注入二氧化碳使水溶液进行碳酸化作用。二氧化碳可与金属氢氧化物(例如氢氧化钙)反应形成金属碳酸盐并降低溶液的pH。在处理之后，经处理的水可以满足关于含氧阴离子含量的监管要求，并且可以返回到生产工业使用或环境中。

本公开内容中描述的技术可以实施为测量经历处理的水溶液如含水流的含氧阴离子浓度和/或金属阳离子浓度的自动化系统。使用存储于存储器中的确定的含氧阴离子浓度和/或金属阳离子浓度和给料浓度/速率信息，自动化系统可以确定添加到溶液中的铝试剂、金属阳离子源和/或其他试剂的量以实现期望的含氧阴离子浓度降低。在一些应用中，自动化系统可以控制泵、注射阀和/或另一些流体或固体处理机构来以确定的量向水溶液中添加铝试剂、金属阳离子源和/或其他试剂。

当实施为自动化系统时，本公开内容的监测、分析和确定技术可以以硬件、软件、固件或其任何组合实现。例如，所述技术的多个方面可以在一个或更多个处理器中实施，所述处理器包括一个或更多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或任意其他等同的集成或离散逻辑电路，以及这种组件的任意组合。这样的硬件、软件、固件可以在同一装置中或在分开的装置中实施，以支持本公开内容中描述的多种操作和功能。当在软件中实施时，归属于本公开内容中描述的系统、装置和技术的功能可以体现为一个或更多个非暂时性计算机可读介质(如RAM、ROM、NVRAM、EEPROM、闪存、磁数据存储介质、光学数据存储介质等)上的指令。可以执行所述指令以支持本公开内容中描述的功能的一个或更多个方面。

图3是示出了一个示例性系统100的概念图，所述系统可根据结合图1和2描述的技术用于处理含有含氧阴离子的水以降低含氧阴离子的浓度。系统100包括一个或更多个传感器，其被示出为第一传感器102A和第二传感器102B。系统100还包括第一储存容器104A、第二储存容器104B、控制器106、第一泵108A和第二泵108B。第一储存容器104A和第二储存容器104B可以各自储存并用作可以与进行处理的含水流共混的化学试剂源。例如，第一储存容器104A可以储存含有金属阳离子的试剂，并且第二储存容器104B可以储存铝试剂。第一传感器102A和第二传感器102B被配置成接收进行处理的含水流的样品并分析该流以确定流的特点。例如，第一传感器102A可连续测量含水流中的金属阳离子的浓度以便提供指示流中当前金属阳离子浓度的数据，并且第二传感器102B可连续测量含水流中含氧阴离子的浓度以便以提供指示流中的当前含氧阴离子浓度的数据。第一传感器102A和第二传感器102B可以使用实施上面结合图1和2讨论的传感技术所需的任何硬件或硬件的组合来实施。

在操作中，第一传感器102A和第二传感器102B可以与控制器106通信，并且控制器106可以基于由传感器产生的浓度信息来控制系统100。控制器106通信地连接第一传感器102A和第二传感器102B，并且还通信地连接第一泵108A和第二泵108B。控制器106包括处理器112和存储器114。控制器106通过相应的第一连接116A和第二连接116B与第一泵108A和第二泵108B通信。由第一传感器102A和第二传感器102B产生的信号经由有线或无线连接(其在图3的实例中被示出为有线连接118A和118B)与控制器106通信。存储器114存储用于运行控制器106的软件，并且还可以存储由处理器112产生的或者例如从第一传感器102A和第二传感器102B接收的数据。处理器112运行存储于存储器114中的软件以管理系统100的操作。

在图3的实例中，配置系统100以降低存在于进行处理的含水流中的一种或更多种含氧阴离子的浓度。例如，系统100可以基于使用第一传感器102A确定的当前金属阳离子浓度和使用第二传感器102B确定的当前含氧阴离子浓度来控制来自第一储存容器104A的金属阳离子源和来自第二储存容器104B的铝试剂的添加。在控制器106的控制下，第一传感器102A可接收一部分进行处理的含水流，并分析该部分流以确定当前金属阳离子浓度。也在控制器106的控制下操作，第二传感器102B可以接收一部分进行处理的含水流，并分析该部分流以确定当前含氧阴离子浓度。在另一些配置中，系统100可利用单个传感器来测量当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度二者。或者，系统100可以包括另外的传感器(例如，测量当前铝浓度的传感器)，并且基于来自所述另外的传感器的数据来控制沉淀剂的添加。

响应于由第一传感器102A和第二传感器102B产生的浓度数据，控制器106可以控制第一泵108A和第二泵108B以分别从第一储存容器104A和第二储存容器104B机械地泵出限定量的化学试剂。从第一储存容器104A和第二储存容器104B供应的化学沉淀剂可以与进行处理的水流结合以从使含氧阴离子从流中沉淀出来。在一些实例中，系统100中包括混合器(例如，静态混合器、驱动混合器)以混合添加到进行处理的水流中的化学沉淀剂。

在一些实例中，控制器106的处理器112从第一传感器102A和第二传感器102B接收浓度信息，并将该信息与存储于存储器114中的一个或更多个阈值(例如一个或更多个浓度阈值)进行比较。基于该比较，控制器106可以调节系统100，例如使得添加到水流中的金属阳离子的浓度和铝的浓度适合于进行处理的流中存在的含氧阴离子的浓度。例如，控制器106可以基于当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度来调节系统100，以便提供对应于通过沉淀除去的含氧阴离子的沉淀化学计量的沉淀剂给料比。控制器106还可以基于用户输入设置目标阈值(低于该目标阈值需要降低含氧阴离子的浓度)来调节系统100，以便控制添加到进行处理的水流中的沉淀剂的总量。可以通过经由用户接口设备接收用户输入并将输入存储在存储器114中来通知控制器106这种目标阈值。

例如，控制器106可以基于当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度来调节系统100，以便以有效地提供金属阳离子的摩尔数与含氧阴离子的摩尔数之比为2至20和铝的摩尔数与含氧阴离子摩尔数之比为0.6至8的量向进行处理的水流中给料含有金属阳离子的试剂和铝试剂。在含氧阴离子硫酸根的情况下，例如，控制器106可以基于当前金属阳离子浓度和当前含氧阴离子浓度调节系统100，以便以有效地提供金属阳离子的摩尔数与含氧阴离子的摩尔数之比为2至3.4和铝的摩尔数与含氧阴离子摩尔数之比为0.6至0.8的量向进行处理的水流中给料含有金属阳离子的试剂和铝试剂。应当理解，前述给料比仅仅是示例，并且如本文所述可使用其他给料比。

在图3中，控制器106可以通过控制第一泵108A和第二泵108B来控制向进行处理的水流中添加沉淀剂。在不同的实例中，控制器106启动和/或停止泵108A和/或108B或者提高和/或降低泵108A和/或108B的速率以调节流经流体通路110的化合物的浓度。启动泵108A和/或108B或者提高泵108A和/或108B的工作速率可以增加从相应的泵到流体通路110的给料的沉淀剂的量。停止泵108A和/或108B或者降低泵108A和/或108B的运行速率可以减少从相应的泵到流体通路110的给料的沉淀剂的量。在另一些实例中，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的阀或其他流体控制机构，以控制来自第一储存容器104A和第二存储容器104B的沉淀剂的添加。

在系统100中第一传感器102A和第二传感器102B可以以多种不同的方式实施。在如图3所示的实例中，第一传感器102A和第二传感器102B位于流体通路110的线路中，以确定流经流体通路的流体的浓度。在另一些实例中，管道、管子或另一些导管可以在流体通路110与第一传感器102A和第二传感器102B之间连接。在这样的实例中，导管可以将第一传感器102A和第二传感器102B与流体通路110流体地连接。当流体移动通过流体通路110时，流体的一部分可以进入导管并且传递到第一传感器102A和第二传感器102B用于分析。在又一些实例中，第一传感器102A和/或第二传感器102B可以被实施为离线传感器，并且由传感器产生的数据被提供给控制器106用于控制系统100。

图3的实例中的系统100还包括第一储存容器104A和第二储存容器104B、第一泵108A和第二泵108B，以及流体通路110。第一储存容器104A和第二储存容器104B可以是存储用于随后输送的化学试剂的任意类型容器，包括例如罐、手提袋、瓶子和盒子。第一储存容器104A和第二储存容器104B可以储存液体、固体(例如，粉末)和/或气体。第一泵108A和第二泵108B可以是从流体连接的储存容器供应流体的任意形式的泵送机构。例如，泵可以包括蠕动泵或其他形式的连续泵、正排量泵或适于特定应用的任何其他类型的泵。在其中第一储存容器104A和/或第二储存容器104B储存固体和/或气体的实例中，第一泵108A和/或第二泵108B可以用被配置成将气体和/或固体化学试剂输送到预期排放位置的不同类型的计量装置替代。系统100中的流体通路110可以是任何类型的柔性或非柔性管子、管道或导管。

结合图3描述的系统100仅为可以用于实施以上结合图1和2描述的技术的系统和硬件布置的一个实例。应当理解，可以使用其他系统和硬件布置，并且本公开内容在这方面不受限制。

以下实施例可以提供关于根据本公开内容的含氧阴离子处理系统和技术的另外的细节。

实施例

实施例1：由铝+Ca(OH)₂处理石灰预处理的ARD的最终硫酸根

使用氢氧化钙(1.1摩尔钙/摩尔)和粉末状石膏晶种(15克/升)处理含有8333ppm硫酸根的内华达州矿区的ARD 1小时，得到含有1200ppm硫酸根和700ppm钙的溶液。向该水的一部分中添加硫酸钠以使硫酸根水平提高到1600ppm。用不同水平的32％铝酸钠溶液处理该溶液的多个部分。向每一部分中添加10％的粉末状氢氧化钙的浆料，以使存在的总钙量为1700ppm。30分钟后，过滤经搅拌的混合物，并分析滤液以确定硫酸根浓度。

下表1和图4示出了作为铝浓度的函数的滤液中的硫酸根浓度。数据显示硫酸根随着铝添加(在固定的钙浓度下)的增加而减少直到拐点，在该拐点硫酸根开始随着铝添加的增加而增加。作为参比，将实验数据与钙矾石沉淀化学计量比较，所述钙矾石沉淀化学计量预测全部硫酸根随着增加铝添加而完全沉淀。

表1

实施例2：沉淀动力学处理石灰预处理的ARD

用氢氧化钙(1.1摩尔钙/摩尔硫酸根)和粉末状石膏晶种(15克/升)处理含有8333ppm硫酸根的内华达州矿区的4千克ARD达1小时。过滤浆料，得到3599.5克溶液和490克湿石膏。该溶液含有1550ppm硫酸根和741ppm钙。用32％铝酸钠溶液和10％氢氧化钙浆料处理四份该溶液。在试验溶液1中，选择铝酸钠和氢氧化钙剂量以在目标沉淀物中达到2Al/6Ca/3SO₄^2-的摩尔比，并且在最终溶液中达到0ppm溶解的硫酸根。在试验溶液2中，选择铝酸钠和氢氧化钙剂量以在目标沉淀物中达到2Al/6Ca/3SO₄^2-的摩尔比，并且在最终溶液中达到200ppm溶解的硫酸根。在试验溶液3中，选择铝酸钠和氢氧化钙剂量以在目标沉淀物中达到2Al/6.6Ca/3SO₄^2-的摩尔比，并且在最终溶液中达到200ppm溶解的硫酸根。在试验溶液4中，选择铝酸钠和氢氧化钙剂量以在目标沉淀物中达到2Al/7.2Ca/3SO₄^2-的摩尔比，并且在最终溶液中达到200ppm溶解的硫酸根。

在添加铝酸钠溶液之后，将溶液混合5分钟，然后添加氢氧化钙浆料。然后以选择的间隔除去部分混合物，过滤并分析以确定可溶性硫酸根的浓度。结果示于图5。平均的最终硫酸根(10分钟后的硫酸根的平均数)示于下表2中。如图所示，在添加大于钙矾石-化学计量的钙之后，最终硫酸根水平较低。出乎意料地，试验4的非钙矾石化学计量比钙矾石化学计量(比非钙矾石试验多出13％的铝并少20％的钙)除去更多的硫酸根。

表2

实施例3：铝+Ca(OH)₂处理石灰预处理的ARD

使用氢氧化钙(1.1摩尔钙/摩尔硫酸根)和粉末状石膏晶种(15克/升)处理含有8333ppm硫酸根的内华达州矿区的4千克ARD达1小时，得到含有1550ppm硫酸根和741ppm钙的溶液。过滤浆料，得到3600克溶液和490克湿石膏。用2.4克32％的铝酸钠溶液和7.13克10％的氢氧化钙浆料处理1千克的一部分溶液至用于使1350ppm硫酸根沉淀为钙矾石(200ppm溶解的硫酸根)的目标钙矾石化学计量，而没有过量的铝或钙。用2.4克32％的铝酸钠溶液和10.21克10％的氢氧化钙浆料处理第二个1千克的一部分石灰预处理的ARD溶液至用于使1350ppm硫酸根沉淀为钙矾石(200ppm溶解的硫酸根)的目标钙矾石化学计量，具有20％过量的钙。用2.76克32％的铝酸钠溶液和11.29克10％的氢氧化钙浆料处理第三个1千克的一部分石灰预处理的ARD溶液至用于使1550ppm硫酸根沉淀为钙矾石(0ppm溶解的硫酸根)的目标钙矾石化学计量，而没有过量的铝或钙。

在混合30分钟、60分钟和90分钟时除去各反应混合物的代表性3mL部分。使用0.45微米过滤器过滤这些部分并分析以确定溶液中剩余的可溶性硫酸根的浓度。结果示于表1中。混合90分钟后，将各溶液过滤，得到滤液和一定量的固体。获得的每种材料的质量示于下表3中。试验3的非钙矾石化学计量除去了与钙矾石化学计量大约相同的硫酸根(比非钙矾石试验多出13％的铝和少20％的钙)。

表3

实施例4：铝+Ca(OH)₂处理钼酸根溶液

进行一系列实验以证明铝和氢氧化钙或石灰的组合除去钼至期望水平的能力。制备2200ppm的钼酸根溶液，并将铝酸钠溶液添加到该溶液的多个部分中，得到0到约0.019摩尔的铝浓度。在将所得溶液混合5分钟之后，然后向溶液中添加10％的氢氧化钙浆料，并且将所得浆料混合60分钟。向溶液中添加氢氧化钙浆料，得到500ppm至4000ppm钙的试验范围。在一种2000ppm钙溶液的情况下，在期望的时间之后除去部分浆料，使用0.45微米过滤器过滤并分析以确定硫酸根浓度。60分钟试验的结果示于图6A中。

如图所示，钼的除去受铝的浓度和钙的浓度二者的影响。如图6B所见，存在的铝与除去的钼酸根之比是铝剂量的函数，并且当钼酸根浓度接近零时，该比例为约3mol铝比2mol钼酸根。在较低的铝水平下，铝与除去的钼酸根之比较低，表明沉淀物中可变的化学计量。如图6C所示，基于铝/氢氧化钙的钼酸根除去是快速的并且在约15分钟内完成。

实施例5：铝+Ca(OH)₂处理铬酸盐溶液

进行一系列实验以证明铝和氢氧化钙或石灰的组合将铬酸根形式的铬除去至期望水平的能力。在铬除去实验中，向7ppm铬酸根溶液的各部分中添加不同量的32％的铝酸钠溶液。在搅拌5分钟之后，然后添加10％氢氧化钙浆料，在各部分中得到500ppm钙。测试的铝浓度范围为0至约0.009摩尔。结果示于图7中。

如图所示，铬的除去受铝浓度的影响。在足够高的铝和钙剂量下，基本上完成了铬酸根除去。如图所见，添加的铝酸盐与除去的铬酸根的比例是铝剂量的函数，当铬酸根浓度达到零时，该比例为约3。在较低的铝水平下，该比例较低，表明含铬酸根的沉淀物中可变的化学计量。

实施例6：铝+Ca(OH)₂处理硼酸根溶液

进行一系列实验以证明铝和氢氧化钙或石灰的组合除去硼酸根形式的硼至期望水平的能力。在硼除去实验中，向大约1330ppm硼酸根溶液中添加不同量的32％的铝酸钠溶液。在搅拌5分钟之后，然后添加一定量的10％的氢氧化钙浆料，每部分得到2100ppm钙。研究了0至约0.02摩尔的铝浓度范围。结果示于图8中。

如图所示，硼的除去受铝浓度的影响。如图中进一步所见，添加的铝酸盐与除去的硼酸根之比是铝剂量的函数，当硼酸根浓度达到稳定状态时，该比率为约2。在较低的铝水平下，添加的铝与除去的硼酸根之比较低，表明含硼酸根的沉淀物中可变的化学计量。

实施例7：铝+Ca(OH)₂处理硝酸根溶液

进行一系列实验以证明铝和氢氧化钙或石灰的组合除去硝酸根至期望水平的能力。在硝酸根除去实验中，向大约230ppm硝酸根溶液中添加不同量的32％的铝酸钠溶液。在搅拌5分钟之后，然后添加一定量的10％的氢氧化钙浆料，每部分得到863ppm钙。研究了0至约0.013摩尔的铝浓度范围。结果示于图9中。

如图所示，硝酸根的除去受铝浓度的影响。添加的铝与除去的硝酸根之比是铝剂量的函数，当硝酸根浓度达到稳定状态时，该比率为约7。在较低的铝水平下，添加的铝与除去的硝酸根之比较低，表明含硝酸根的沉淀物中可变的化学计量。