絮凝剂处理含重金属铅锌选矿废水试验研究

2019-05-31刘俊李畅

应用化工 2019年5期

刘俊，李畅

(江西理工大学江西省矿冶环境污染控制重点实验室，江西赣州 341000)

铅锌作为重要的有色金属广泛应用于各行各业[1-3]。铅锌矿开采过程中排放的大量废水中含有多种化学药剂和重金属[4-10]，重金属具有毒性高、难降解、易迁移转化等特点[11-16]，对环境产生严重的影响，危害人体健康[17]。

目前，对选矿废水的处理方式主要为净化后回用。净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、价格低等优点[22]，但去除不同种类重金属其溶液pH、絮凝剂种类、絮凝剂投加量及反应时间等工艺条件也不相同[23-26]。若条件控制不当，将影响浮选指标，降低选矿效率[27]。因此，对去除选矿废水中重金属(铜、铅、锌、镉)处理条件的实验探究，是目前一个主要研究方向[28]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

硝酸铜、硝酸铅、硝酸锌、硝酸镉、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、阴离子型聚丙烯酰胺均为分析纯。

YN-ZD-Z型不锈钢断水自控电热蒸馏水器；镭磁PHS-3C型pH计；JJ100B型电子天平；HJ-4A多头恒温磁力搅拌器；津腾GM-0.33A隔膜真空泵；LabTech-EH45B型电热板消解仪；TAS系列原子吸收分光光度计。

1.2 实验方法

室温下(20±5)℃，以含单一重金属离子的模拟铅锌选矿废水作为处理对象，考察溶液pH值、絮凝剂种类、絮凝剂投加顺序等对处理效果的影响。在此基础上，以相同实验条件考察溶液pH值和絮凝剂种类对含有多种重金属离子的模拟选矿废水的处理效果的影响。

1.3 分析方法

反应后的滤液采用原子吸收分光光度计测定重金属离子的剩余浓度，计算重金属离子的去除率。

重金属离子去除率=[(C0-C1)/C0]×100%

式中C0——废水中重金属离子初始浓度，mg/L；

C1——反应后废水中重金属离子浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 初始pH值对重金属离子去除率影响

取初始浓度100 mg/L的含单一重金属离子的模拟铅锌选矿废水100 mL置于烧杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液调节废水pH值4～9后，分别加入1 g/L的单一絮凝剂，先以300 r/min快速搅拌2 min，再以150 r/min慢速搅拌10 min，最后静置沉淀10 min。取上清液，经0.45 μm滤膜过滤后，分析滤液中重金属离子的剩余浓度，结果见图1。

由图1可知，pH为8是去除模拟废水铜离子的最佳pH值，不同种类的絮凝剂对铜离子去除率几乎都达到最高点。在碱性条件下，加入无机絮凝剂的选矿废水比不加絮凝剂的去除率低，这是因为PAC、PFS分别在碱性条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，根据H++OH-H2O可知，OH-减少，反应向逆方向进行，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，导致Cu2+与之结合的几率降低，出现加入絮凝剂后去除率反而比空白条件下低的情况。

图1 溶液pH值对重金属离子去除率影响

pH为6是去除模拟废水铅离子的最佳pH值，在碱性条件下，加入无机絮凝剂的选矿废水比不加絮凝剂的去除率低，这是因为PAC、PFS分别在碱性条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，导致Pb2+与之结合的几率降低，出现加入絮凝剂后去除率反而比空白条件下低的情况。

pH为8是去除模拟废水锌离子的最佳pH值，空白条件下锌离子的去除率最高，不同种类的絮凝剂对锌离子去除率几乎都达到最高点，去除率大小为：空白>PAM>PFS>PAC。随着pH值的增大，加入无机絮凝剂的选矿废水比不加絮凝剂的去除率低，这是因为PAC、PFS分别在碱性条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，导致Zn2+与之结合的几率降低，出现加入絮凝剂后去除率反而比空白条件下低的情况。

pH为7是去除模拟废水镉离子的最佳pH值，不同种类的絮凝剂对镉离子去除率几乎都达到最高点，去除率大小为：PAC>空白>PAM>PFS。在碱性条件下，加入无机絮凝剂的选矿废水比不加絮凝剂的去除率低，这可能是因为PAC、PFS分别在碱性条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，导致Cd2+与之结合的几率降低，出现加入絮凝剂后去除率反而比空白条件下低的情况。

2.2 絮凝剂投加顺序对重金属离子去除率影响

取初始浓度100 mg/L的含单一重金属离子的模拟铅锌选矿废水100 mL置于烧杯中，pH值均为7。每一种重金属废水放置于6个烧杯，不调节溶液pH值，先向1号、2号溶液中加入1 g/L的PAC，向3号、4号溶液中加入1 g/L的PFS，向5号、6号溶液中加入1 g/L的阴离子型PAM，先以300 r/min快速搅拌2 min，再以150 r/min慢速搅拌10 min，静置沉淀10 min。分别过滤后取滤液，再向1号、6号的滤液中加入1 g/L的PFS，2号、4号的滤液中加入1 g/L的阴离子型PAM，3号、5号的滤液中加入1 g/L的PAC，并先以300 r/min快速搅拌2 min，再以150 r/min慢速搅拌10 min，最后静置沉淀10 min，取上清液，经0.45 μm滤膜过滤后，分析滤液中重金属离子的剩余浓度，结果见图2。

图2 絮凝剂投加顺序对重金属离子去除率影响

由图2可知，在不同絮凝剂的各组投加顺序中，先投加PAM的组合模拟废水中铜的去除率最高，其次是先投加PAC的组合，去除效果最差的是先投加PFS的组合，在6组组合中，PAM和PAC两种絮凝剂相组合的铜去除率都比与PFS相组合的去除率高。这是因为在pH值为7时，无机高分子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，根据反应方程H++OH-H2O可知，OH-减少，溶液H+必定增多，溶液呈酸性，使生成的Cu(OH)2沉淀溶解，降低絮凝剂的絮凝效果。因此，先投加PFS的溶液中铜的去除率较低。

去除率最高的是先投加PFS的组合，其次是先投加PAM的组合，去除效果最差的是先投加PAC的组合，其中对铅离子去除效果最好的组合是PFS-PAM。

先投加PAM的组合模拟废水中锌的去除率最高，其次是先投加PFS的组合，去除效果最差的是先投加PAC的组合，其中对锌离子去除效果最好的组合是PAM-PAC。

先投加PAM的组合模拟废水中，镉的去除率较高，其次是先投加PAC的组合，去除效果最差的是先投加PFS的组合，其中对镉离子去除效果最好的组合是PAM-PAC。

2.3 絮凝剂种类对模拟废水中重金属离子去除率的影响

取初始浓度100 mg/L的含多种重金属离子的模拟铅锌选矿废水100 mL置于烧杯中，用1 mol/L的HCl和NaOH溶液调节废水pH值为4～9，分别加入1 g/L的单一絮凝剂，先以300 r/min快速搅拌2 min，再以150 r/min慢速搅拌10 min，最后静置沉淀10 min，取上清液经0.45 μm滤膜过滤，分析滤液中各重金属离子的剩余浓度，结果见图3。

由图3可知，在含有多种重金属离子的模拟废水中，pH为7是去除模拟废水铜离子的最佳pH值，空白条件下和加入絮凝剂PAM后对铜离子的去除率较高。不同种类的絮凝剂对铜离子去除率几乎都达到最高点；pH为7是去除模拟废水铅离子的最佳pH值，空白条件下和加入絮凝剂PAM后对铅离子的去除率较高，其次依次是PAC和PFS；pH为8是去除模拟废水锌离子的最佳pH值，空白条件下和加入絮凝剂PAM后对锌离子的去除率最高。不同种类的絮凝剂对锌离子去除率几乎都达到最高点，去除率大小顺序为：空白>PAM>PAC>PFS；pH为9是去除模拟废水镉离子的最佳pH值，空白条件下和加入絮凝剂PAM后对镉离子的去除率较高。加入絮凝剂PAC和PFS对镉离子去除率则保持稳定。因此，pH为9是能同时去除模拟废水中铜离子、铅离子、锌离子和镉离子的最佳pH值，空白絮凝剂或加入絮凝剂PAM后对铜离子、铅离子、锌离子和镉离子的去除效果最好。在碱性条件下，加入无机絮凝剂的选矿废水比不加絮凝剂的去除率低，这是因为PAC、PFS分别在碱性条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，根据H++OH-H2O可知，OH-减少，反应向逆方向进行，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，导致重金属离子与之结合的几率降低，出现加入絮凝剂后重金属离子的去除率反而比空白条件低的情况。