絮凝劑處理含重金屬鉛鋅選礦廢水試驗(yàn)研究

劉俊，李暢

(江西理工大學(xué) 江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

鉛鋅作為重要的有色金屬?gòu)V泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1-3]。鉛鋅礦開采過程中排放的大量廢水中含有多種化學(xué)藥劑和重金屬[4-10]，重金屬具有毒性高、難降解、易遷移轉(zhuǎn)化等特點(diǎn)[11-16]，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，危害人體健康[17]。

目前，對(duì)選礦廢水的處理方式主要為凈化后回用。凈化方法主要采用絮凝沉降法[18-21]，其具有去除率高、操作方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)[22]，但去除不同種類重金屬其溶液pH、絮凝劑種類、絮凝劑投加量及反應(yīng)時(shí)間等工藝條件也不相同[23-26]。若條件控制不當(dāng)，將影響浮選指標(biāo)，降低選礦效率[27]。因此，對(duì)去除選礦廢水中重金屬(銅、鉛、鋅、鎘)處理?xiàng)l件的實(shí)驗(yàn)探究，是目前一個(gè)主要研究方向[28]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

硝酸銅、硝酸鉛、硝酸鋅、硝酸鎘、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、陰離子型聚丙烯酰胺均為分析純。

YN-ZD-Z型不銹鋼斷水自控電熱蒸餾水器；鐳磁PHS-3C型pH計(jì)；JJ100B型電子天平；HJ-4A多頭恒溫磁力攪拌器；津騰GM-0.33A隔膜真空泵；LabTech-EH45B型電熱板消解儀；TAS系列原子吸收分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

室溫下(20±5)℃，以含單一重金屬離子的模擬鉛鋅選礦廢水作為處理對(duì)象，考察溶液pH值、絮凝劑種類、絮凝劑投加順序等對(duì)處理效果的影響。在此基礎(chǔ)上，以相同實(shí)驗(yàn)條件考察溶液pH值和絮凝劑種類對(duì)含有多種重金屬離子的模擬選礦廢水的處理效果的影響。

1.3 分析方法

反應(yīng)后的濾液采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定重金屬離子的剩余濃度，計(jì)算重金屬離子的去除率。

重金屬離子去除率=[(C0-C1)/C0]×100%

式中C0——廢水中重金屬離子初始濃度，mg/L；

C1——反應(yīng)后廢水中重金屬離子濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始pH值對(duì)重金屬離子去除率影響

取初始濃度100 mg/L的含單一重金屬離子的模擬鉛鋅選礦廢水100 mL置于燒杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH值4～9后，分別加入1 g/L的單一絮凝劑，先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，最后靜置沉淀10 min。取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，pH為8是去除模擬廢水銅離子的最佳pH值，不同種類的絮凝劑對(duì)銅離子去除率幾乎都達(dá)到最高點(diǎn)。在堿性條件下，加入無機(jī)絮凝劑的選礦廢水比不加絮凝劑的去除率低，這是因?yàn)镻AC、PFS分別在堿性條件下水解消耗溶液中的OH-，生成Al(OH)3、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，根據(jù)H++OH-H2O可知，OH-減少，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，使溶液中H+的量增多，一方面使溶液pH值降低，Cu(OH)2沉淀部分溶解；另一方面由于溶液中OH-被大量消耗，導(dǎo)致Cu2+與之結(jié)合的幾率降低，出現(xiàn)加入絮凝劑后去除率反而比空白條件下低的情況。

圖1 溶液pH值對(duì)重金屬離子去除率影響

pH為6是去除模擬廢水鉛離子的最佳pH值，在堿性條件下，加入無機(jī)絮凝劑的選礦廢水比不加絮凝劑的去除率低，這是因?yàn)镻AC、PFS分別在堿性條件下水解消耗溶液中的OH-，生成Al(OH)3、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，一方面使溶液pH值降低，Pb(OH)2沉淀部分溶解；另一方面由于溶液中OH-被大量消耗，導(dǎo)致Pb2+與之結(jié)合的幾率降低，出現(xiàn)加入絮凝劑后去除率反而比空白條件下低的情況。

pH為8是去除模擬廢水鋅離子的最佳pH值，空白條件下鋅離子的去除率最高，不同種類的絮凝劑對(duì)鋅離子去除率幾乎都達(dá)到最高點(diǎn)，去除率大小為：空白>PAM>PFS>PAC。隨著pH值的增大，加入無機(jī)絮凝劑的選礦廢水比不加絮凝劑的去除率低，這是因?yàn)镻AC、PFS分別在堿性條件下水解消耗溶液中的OH-，生成Al(OH)3、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，一方面使溶液pH值降低，Zn(OH)2沉淀部分溶解；另一方面由于溶液中OH-被大量消耗，導(dǎo)致Zn2+與之結(jié)合的幾率降低，出現(xiàn)加入絮凝劑后去除率反而比空白條件下低的情況。

pH為7是去除模擬廢水鎘離子的最佳pH值，不同種類的絮凝劑對(duì)鎘離子去除率幾乎都達(dá)到最高點(diǎn)，去除率大小為：PAC>空白>PAM>PFS。在堿性條件下，加入無機(jī)絮凝劑的選礦廢水比不加絮凝劑的去除率低，這可能是因?yàn)镻AC、PFS分別在堿性條件下水解消耗溶液中的OH-，生成Al(OH)3、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，一方面使溶液pH值降低，Cd(OH)2沉淀部分溶解；另一方面由于溶液中OH-被大量消耗，導(dǎo)致Cd2+與之結(jié)合的幾率降低，出現(xiàn)加入絮凝劑后去除率反而比空白條件下低的情況。

2.2 絮凝劑投加順序?qū)χ亟饘匐x子去除率影響

取初始濃度100 mg/L的含單一重金屬離子的模擬鉛鋅選礦廢水100 mL置于燒杯中，pH值均為7。每一種重金屬?gòu)U水放置于6個(gè)燒杯，不調(diào)節(jié)溶液pH值，先向1號(hào)、2號(hào)溶液中加入1 g/L的PAC，向3號(hào)、4號(hào)溶液中加入1 g/L的PFS，向5號(hào)、6號(hào)溶液中加入1 g/L的陰離子型PAM，先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，靜置沉淀10 min。分別過濾后取濾液，再向1號(hào)、6號(hào)的濾液中加入1 g/L的PFS，2號(hào)、4號(hào)的濾液中加入1 g/L的陰離子型PAM，3號(hào)、5號(hào)的濾液中加入1 g/L的PAC，并先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，最后靜置沉淀10 min，取上清液，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后，分析濾液中重金屬離子的剩余濃度，結(jié)果見圖2。

圖2 絮凝劑投加順序?qū)χ亟饘匐x子去除率影響

由圖2可知，在不同絮凝劑的各組投加順序中，先投加PAM的組合模擬廢水中銅的去除率最高，其次是先投加PAC的組合，去除效果最差的是先投加PFS的組合，在6組組合中，PAM和PAC兩種絮凝劑相組合的銅去除率都比與PFS相組合的去除率高。這是因?yàn)樵趐H值為7時(shí)，無機(jī)高分子PFS比PAC更容易在溶液中水解消耗OH-，并生成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，根據(jù)反應(yīng)方程H++OH-H2O可知，OH-減少，溶液H+必定增多，溶液呈酸性，使生成的Cu(OH)2沉淀溶解，降低絮凝劑的絮凝效果。因此，先投加PFS的溶液中銅的去除率較低。

去除率最高的是先投加PFS的組合，其次是先投加PAM的組合，去除效果最差的是先投加PAC的組合，其中對(duì)鉛離子去除效果最好的組合是PFS-PAM。

先投加PAM的組合模擬廢水中鋅的去除率最高，其次是先投加PFS的組合，去除效果最差的是先投加PAC的組合，其中對(duì)鋅離子去除效果最好的組合是PAM-PAC。

先投加PAM的組合模擬廢水中，鎘的去除率較高，其次是先投加PAC的組合，去除效果最差的是先投加PFS的組合，其中對(duì)鎘離子去除效果最好的組合是PAM-PAC。

2.3 絮凝劑種類對(duì)模擬廢水中重金屬離子去除率的影響

取初始濃度100 mg/L的含多種重金屬離子的模擬鉛鋅選礦廢水100 mL置于燒杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH值為4～9，分別加入1 g/L的單一絮凝劑，先以300 r/min快速攪拌2 min，再以150 r/min慢速攪拌10 min，最后靜置沉淀10 min，取上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，分析濾液中各重金屬離子的剩余濃度，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，在含有多種重金屬離子的模擬廢水中，pH為7是去除模擬廢水銅離子的最佳pH值，空白條件下和加入絮凝劑PAM后對(duì)銅離子的去除率較高。不同種類的絮凝劑對(duì)銅離子去除率幾乎都達(dá)到最高點(diǎn)；pH為7是去除模擬廢水鉛離子的最佳pH值，空白條件下和加入絮凝劑PAM后對(duì)鉛離子的去除率較高，其次依次是PAC和PFS；pH為8是去除模擬廢水鋅離子的最佳pH值，空白條件下和加入絮凝劑PAM后對(duì)鋅離子的去除率最高。不同種類的絮凝劑對(duì)鋅離子去除率幾乎都達(dá)到最高點(diǎn)，去除率大小順序?yàn)椋嚎瞻?PAM>PAC>PFS；pH為9是去除模擬廢水鎘離子的最佳pH值，空白條件下和加入絮凝劑PAM后對(duì)鎘離子的去除率較高。加入絮凝劑PAC和PFS對(duì)鎘離子去除率則保持穩(wěn)定。因此，pH為9是能同時(shí)去除模擬廢水中銅離子、鉛離子、鋅離子和鎘離子的最佳pH值，空白絮凝劑或加入絮凝劑PAM后對(duì)銅離子、鉛離子、鋅離子和鎘離子的去除效果最好。在堿性條件下，加入無機(jī)絮凝劑的選礦廢水比不加絮凝劑的去除率低，這是因?yàn)镻AC、PFS分別在堿性條件下水解消耗溶液中的OH-，生成Al(OH)3、Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，根據(jù)H++OH-H2O可知，OH-減少，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，使溶液中H+的量增多，一方面使溶液pH值降低，生成的Cu(OH)2、Pb(OH)2、Zn(OH)2和Cd(OH)2沉淀部分溶解；另一方面由于溶液中OH-被大量消耗，導(dǎo)致重金屬離子與之結(jié)合的幾率降低，出現(xiàn)加入絮凝劑后重金屬離子的去除率反而比空白條件低的情況。

圖3 絮凝劑種類對(duì)模擬廢水中重金屬離子去除率的影響

3 結(jié)論

(1)在pH值為8、加入絮凝劑PAM時(shí)，對(duì)銅離子去除效果最好；在pH值為6、空白絮凝劑的條件下，對(duì)鉛離子去除效果最好；在pH值為8、空白絮凝劑的條件下，對(duì)鋅離子去除效果最好；在pH值為7、加入絮凝劑PAC時(shí)，對(duì)鎘離子去除效果最好。

(2)絮凝劑PAM-PAC組合對(duì)銅離子、鋅離子和鎘離子的去除效果最好，絮凝劑PFS-PAM組合對(duì)鉛離子的去除效果最好。

(3)在多種重金屬離子存在的條件下，pH為9、空白絮凝劑或加入絮凝劑PAM對(duì)銅離子、鉛離子、鋅離子和鎘離子的去除效果最好。