絮凝沉淀法對選礦廢水處理的研究

祁 強，王秀艷，曲志清，李鵬飛

(1.承德石油高等?？茖W校 化學工程系，河北 承德 067000;2.承德市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，河北 承德 067000;3.中國石油錦州石化公司加氫車間，遼寧 錦州 121000)

選礦廢水是我國最主要的廢水來源，約占工業(yè)廢水的十分之一。選礦廢水不僅量大，還懸浮大量的無機離子、重金屬離子以及浮選藥劑等，任意排放不僅影響環(huán)境，還會造成資源浪費[1］。因此，如何有效去除這些有害物質(zhì)以及進行選礦廢水回用具有重要意義。目前國內(nèi)已開發(fā)出混凝法、酸堿中和法、化學氧化法、人工濕地法、吸附法等一系列選礦廢水處理方法[2］?；炷恋矸ㄐ矢?、成熟、穩(wěn)定、操作較簡單、電耗較低，是目前應用最為廣泛的礦山水處理方法。利用混凝沉淀法可以使選礦水中攜帶的泥沙、礦石碎屑、選礦藥劑、懸浮物等，在絮凝劑的作用下進行絮凝、沉淀，絮凝沉淀的同時進一步吸附金屬離子和選礦藥劑，使其進入沉淀。靜置得到的上層清液可重新進行利用，從而節(jié)約成本，避免污染?；炷恋矸ㄖ谢炷齽┑淖饔弥陵P(guān)重要，常用的混凝劑有三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁聚合氯化鋁、有機高分子等。與此同時，還常常加入一些助凝劑，提高聚凝效果。常用的助凝劑有pH調(diào)整劑、絮體結(jié)構(gòu)改良劑、聚丙烯酰胺(PAM)等[3-5］。混凝沉淀法也存在一些弊端，例如，藥劑成本高、藥劑使用量大、設施占地面積大、不同礦山水樣藥劑種類、用量差異大等缺陷。因此，本文將根據(jù)承德雙灤礦山廢水的特點，對試劑的使用種類和合理用量進行實驗研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

722型分光光度計，上海精密科學儀器有限公司;電導率儀(鉑黑電極)，上海佑科儀器公司;密度計，北京華科儀器公司。

硫酸肼(分析純)，佳興化工玻璃儀器工貿(mào)有限公司;聚丙烯酰胺(工業(yè)品)，承德市雙灤建龍礦業(yè)有限公司;聚合氯化鋁(工業(yè)品)，德州瑞星工貿(mào)發(fā)展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 選礦廢水分析

對承德雙灤某選礦廢水進行pH值(GB/T 6904—1986)、濁度(GB/T 12151—1989)、電導率(GB/T 6908—1986)、硬度(GB/T 6909—1986)、密度(密度計法)、固體懸浮物(GB/T 14415—1993)等基本項目的測定。

1.2.2 絮凝劑和助凝劑的配制聚合氯化鋁絮凝劑:準確稱取聚合氯化鋁0.500 0g，溶于少量去離子水，定容至1 000 mL。聚丙烯酰胺助凝劑:準確稱取聚丙烯酰胺0.500 0 g，溶于少量去離子水，定容至1 000 mL。

1.2.3 自然沉降法

將選礦廢水水樣震蕩均勻，向50 mL燒杯中倒入一定量的廢水水樣，在2 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1 min，將水樣快速倒入50 mL量筒中，在室溫下靜置1 d。通過量筒讀取自然沉降后上層清液體積(V1)，計算出水率(Rw)。平行測定三次，取平均值。

式中，Rw為廢水處理出水率，%;Vo為廢水水樣最大可得清液體積，mL;V1為處理后得到清液的體積，mL。

1.2.4 絮凝沉降法

將選礦廢水水樣震蕩均勻，向50 mL燒杯倒入一定量的廢水水樣，在不同的實驗條件下，向廢水水樣中加入一定量的聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁，在2 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1 min，將水樣快速倒入50 mL量筒中，靜置絮凝。通過量筒讀取不同絮凝條件下的清液體積，計算該處理條件下的出水率。平行測定三次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 承德雙灤選礦廢水基本性質(zhì)

選礦廢水基本性質(zhì)見表1。

表1 選礦廢水基本性質(zhì)

2.2 自然沉降法與混凝沉降法處理污水的效果考察

分別使用自然沉降法和混凝沉降法對選礦廢水進行處理。自然沉降法和絮凝沉降法均在常溫、常壓、pH6.7的條件下進行;自然沉降法沉降時間1 h，絮凝沉降法PAC用量10 mL，沉降時間為5 min。

采用自然沉降法對選礦廢水進行處理，其出水率幾乎為零，說明選礦廢水渾濁、粘度大、混濁體系穩(wěn)定，具有很好的攜帶能力。在常溫常壓下，水溶液攜帶的無機礦物質(zhì)、細小砂礫等難以利用自身重力作用而分離。

采用聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁聯(lián)合作用的混凝沉降法處理選礦廢水，得到較高出水率，為37.53%，所需沉淀時間短，相比自然沉降法效率高，具有可應用性。這是由于聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁聯(lián)合使用的混凝沉降的方法中，凝聚劑聚合氯化鋁可以破壞膠體的穩(wěn)定性，使細小懸浮顆粒和膠體顆粒聚集成較粗大的顆粒而沉降，從而達到廢水凈化的目的。同時，再加入絮凝劑聚丙烯酰胺，可加快選礦廢水中懸浮物的沉降速度。說明聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁聯(lián)合使用的混凝沉降的方法處理選礦廢水可顯著提高廢水的凈化程度，是一種方便、環(huán)?？旖?、高效的污水處理方法。

2.3 聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁聯(lián)合使用的混凝沉降法對選礦廢水的處理研究

利用單因素法考察影響污水出水率的各因素，確定最佳工藝條件。

2.3.1 聚合氯化鋁加入量對出水率的影響

在常溫、常壓、pH6.7、聚丙烯酰胺加量3 mL、沉降時間5 min的條件下進行混凝沉降實驗，尋找最佳聚合氯化鋁添加量。聚合氯化鋁(PAC)添加量與出水率的關(guān)系如圖1所示。

從圖1中可見，增加PAC加量對選礦廢水處理有利。當PAC加量小于20 mL時，出水率隨PAC加量的增加而提高;在PAC加量為20mL時，出水率達到最大值為89.36%;PAC加量超過20mL時，出水率略有下降。

2.3.2 聚丙烯酰胺加量對出水率的影響

在常溫、常壓、pH6.7、聚合氯化鋁加量20 mL，沉降時間為5 min的條件下，進行混凝沉降實驗，尋找最佳聚丙烯酰胺(PAM)添加量。聚丙烯酰胺添加量與出水率的關(guān)系如圖2所示。

從圖2中可見，增加PAM加量對選礦廢水處理有利。當PAM加量小于0.3 mL時，出水率隨PAM加量的增加而提高明顯;PAM加量超過0.3 mL時，隨著PAM加量出水率提高趨勢變緩，影響不大。從經(jīng)濟和處理效果角度綜合考慮，PAM加量為0.5 mL合適，出水率可達89.98%。

2.3.3 沉降時間對出水率的影響

在常溫、常壓、pH6.7、聚合氯化鋁(PAC)加量20 mL、聚丙烯酰胺(PAM)加量0.5 mL的條件下，進行混凝沉降實驗，尋找最佳沉降時間范圍。沉降時間與出水率的關(guān)系如圖3所示。

從圖3中可見，延長沉降時間對選礦廢水處理有利。當沉降時間為5 min之內(nèi)時，出水率隨沉降時間的延長顯著提高;沉降時間超過5 min時，出水率呈緩慢增長趨勢，在沉降時間為5 min為宜，出水率達 89.98%。

2.3.4 pH值對出水率的影響

采用聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁聯(lián)合使用的混凝沉降的方法，在常溫、常壓、聚合氯化鋁加量20 mL、聚丙烯酰胺加量0.5 mL、沉降時間5 min的條件下，進行混凝沉降實驗，尋找最佳pH值范圍。pH值與出水率的關(guān)系如圖4所示。

從圖4中可見，適當?shù)膒H值對選礦廢水處理有利。當pH值小于7時，出水率隨pH值的增加而提高;當pH值等于7時，出水率最高達到90.13%?？紤]到原水樣pH值6.7與最佳pH值接近，選用原水樣pH值做最佳pH值，無需調(diào)節(jié)。

3 結(jié)論

聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺聯(lián)合使用的混凝沉降法具效率高、成熟、穩(wěn)定、操作較簡單、電耗較低等優(yōu)點?；炷两禃r，當體系中加入適量聚合氯化鋁時，能大幅度提高污水中雜質(zhì)的凝結(jié)速度，當加入適量聚丙烯酰胺時，能顯著提高污水中絮凝物的沉降速度，說明聚合氯化鋁主要起凝聚作用，聚丙烯酰胺主要起絮凝作用。

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