絮凝沉淀法对选矿废水处理的研究

祁 强，王秀艳，曲志清，李鹏飞

(1.承德石油高等专科学校 化学工程系，河北 承德 067000;2.承德市安全生产监督管理局，河北 承德 067000;3.中国石油锦州石化公司加氢车间，辽宁 锦州 121000)

选矿废水是我国最主要的废水来源，约占工业废水的十分之一。选矿废水不仅量大，还悬浮大量的无机离子、重金属离子以及浮选药剂等，任意排放不仅影响环境，还会造成资源浪费[1］。因此，如何有效去除这些有害物质以及进行选矿废水回用具有重要意义。目前国内已开发出混凝法、酸碱中和法、化学氧化法、人工湿地法、吸附法等一系列选矿废水处理方法[2］。混凝沉淀法效率高、成熟、稳定、操作较简单、电耗较低，是目前应用最为广泛的矿山水处理方法。利用混凝沉淀法可以使选矿水中携带的泥沙、矿石碎屑、选矿药剂、悬浮物等，在絮凝剂的作用下进行絮凝、沉淀，絮凝沉淀的同时进一步吸附金属离子和选矿药剂，使其进入沉淀。静置得到的上层清液可重新进行利用，从而节约成本，避免污染。混凝沉淀法中混凝剂的作用至关重要，常用的混凝剂有三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝聚合氯化铝、有机高分子等。与此同时，还常常加入一些助凝剂，提高聚凝效果。常用的助凝剂有pH调整剂、絮体结构改良剂、聚丙烯酰胺(PAM)等[3-5］。混凝沉淀法也存在一些弊端，例如，药剂成本高、药剂使用量大、设施占地面积大、不同矿山水样药剂种类、用量差异大等缺陷。因此，本文将根据承德双滦矿山废水的特点，对试剂的使用种类和合理用量进行实验研究。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

722型分光光度计，上海精密科学仪器有限公司;电导率仪(铂黑电极)，上海佑科仪器公司;密度计，北京华科仪器公司。

硫酸肼(分析纯)，佳兴化工玻璃仪器工贸有限公司;聚丙烯酰胺(工业品)，承德市双滦建龙矿业有限公司;聚合氯化铝(工业品)，德州瑞星工贸发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 选矿废水分析

对承德双滦某选矿废水进行pH值(GB/T 6904—1986)、浊度(GB/T 12151—1989)、电导率(GB/T 6908—1986)、硬度(GB/T 6909—1986)、密度(密度计法)、固体悬浮物(GB/T 14415—1993)等基本项目的测定。

1.2.2 絮凝剂和助凝剂的配制聚合氯化铝絮凝剂:准确称取聚合氯化铝0.500 0g，溶于少量去离子水，定容至1 000 mL。聚丙烯酰胺助凝剂:准确称取聚丙烯酰胺0.500 0 g，溶于少量去离子水，定容至1 000 mL。

1.2.3 自然沉降法

将选矿废水水样震荡均匀，向50 mL烧杯中倒入一定量的废水水样，在2 000 r/min的转速下搅拌1 min，将水样快速倒入50 mL量筒中，在室温下静置1 d。通过量筒读取自然沉降后上层清液体积(V1)，计算出水率(Rw)。平行测定三次，取平均值。

式中，Rw为废水处理出水率，%;Vo为废水水样最大可得清液体积，mL;V1为处理后得到清液的体积，mL。

1.2.4 絮凝沉降法

将选矿废水水样震荡均匀，向50 mL烧杯倒入一定量的废水水样，在不同的实验条件下，向废水水样中加入一定量的聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，在2 000 r/min的转速下搅拌1 min，将水样快速倒入50 mL量筒中，静置絮凝。通过量筒读取不同絮凝条件下的清液体积，计算该处理条件下的出水率。平行测定三次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 承德双滦选矿废水基本性质

选矿废水基本性质见表1。

表1 选矿废水基本性质

2.2 自然沉降法与混凝沉降法处理污水的效果考察

分别使用自然沉降法和混凝沉降法对选矿废水进行处理。自然沉降法和絮凝沉降法均在常温、常压、pH6.7的条件下进行;自然沉降法沉降时间1 h，絮凝沉降法PAC用量10 mL，沉降时间为5 min。

采用自然沉降法对选矿废水进行处理，其出水率几乎为零，说明选矿废水浑浊、粘度大、混浊体系稳定，具有很好的携带能力。在常温常压下，水溶液携带的无机矿物质、细小砂砾等难以利用自身重力作用而分离。

采用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合作用的混凝沉降法处理选矿废水，得到较高出水率，为37.53%，所需沉淀时间短，相比自然沉降法效率高，具有可应用性。这是由于聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法中，凝聚剂聚合氯化铝可以破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉降，从而达到废水净化的目的。同时，再加入絮凝剂聚丙烯酰胺，可加快选矿废水中悬浮物的沉降速度。说明聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法处理选矿废水可显著提高废水的净化程度，是一种方便、环保快捷、高效的污水处理方法。

2.3 聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降法对选矿废水的处理研究

利用单因素法考察影响污水出水率的各因素，确定最佳工艺条件。

2.3.1 聚合氯化铝加入量对出水率的影响

在常温、常压、pH6.7、聚丙烯酰胺加量3 mL、沉降时间5 min的条件下进行混凝沉降实验，寻找最佳聚合氯化铝添加量。聚合氯化铝(PAC)添加量与出水率的关系如图1所示。

从图1中可见，增加PAC加量对选矿废水处理有利。当PAC加量小于20 mL时，出水率随PAC加量的增加而提高;在PAC加量为20mL时，出水率达到最大值为89.36%;PAC加量超过20mL时，出水率略有下降。

2.3.2 聚丙烯酰胺加量对出水率的影响

在常温、常压、pH6.7、聚合氯化铝加量20 mL，沉降时间为5 min的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳聚丙烯酰胺(PAM)添加量。聚丙烯酰胺添加量与出水率的关系如图2所示。

从图2中可见，增加PAM加量对选矿废水处理有利。当PAM加量小于0.3 mL时，出水率随PAM加量的增加而提高明显;PAM加量超过0.3 mL时，随着PAM加量出水率提高趋势变缓，影响不大。从经济和处理效果角度综合考虑，PAM加量为0.5 mL合适，出水率可达89.98%。

2.3.3 沉降时间对出水率的影响

在常温、常压、pH6.7、聚合氯化铝(PAC)加量20 mL、聚丙烯酰胺(PAM)加量0.5 mL的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳沉降时间范围。沉降时间与出水率的关系如图3所示。

从图3中可见，延长沉降时间对选矿废水处理有利。当沉降时间为5 min之内时，出水率随沉降时间的延长显著提高;沉降时间超过5 min时，出水率呈缓慢增长趋势，在沉降时间为5 min为宜，出水率达 89.98%。

2.3.4 pH值对出水率的影响

采用聚丙烯酰胺和聚合氯化铝联合使用的混凝沉降的方法，在常温、常压、聚合氯化铝加量20 mL、聚丙烯酰胺加量0.5 mL、沉降时间5 min的条件下，进行混凝沉降实验，寻找最佳pH值范围。pH值与出水率的关系如图4所示。

从图4中可见，适当的pH值对选矿废水处理有利。当pH值小于7时，出水率随pH值的增加而提高;当pH值等于7时，出水率最高达到90.13%。考虑到原水样pH值6.7与最佳pH值接近，选用原水样pH值做最佳pH值，无需调节。

3 结论

聚合氯化铝与聚丙烯酰胺联合使用的混凝沉降法具效率高、成熟、稳定、操作较简单、电耗较低等优点。混凝沉降时，当体系中加入适量聚合氯化铝时，能大幅度提高污水中杂质的凝结速度，当加入适量聚丙烯酰胺时，能显著提高污水中絮凝物的沉降速度，说明聚合氯化铝主要起凝聚作用，聚丙烯酰胺主要起絮凝作用。

[1]张帆，李晔，张一敏.混凝沉淀法处理蓝晶石矿选矿废水的实验研究[J］.环境科学与技术，2011，34(1):159－162.

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