混凝沉淀-吸附法处理萤石选矿废水的正交试验研究①

2021-11-13陈文胜李文风但丛林冯青舒穆迎迎

矿冶工程 2021年5期

陈文胜，刘旭，薛珂，李文风，王舰，但丛林，冯青舒，穆迎迎

（1.湖南有色郴州氟化学有限公司，湖南郴州 423000；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙 410012）

湖南有色郴州氟化学有限公司萤石选厂的选矿废水排放量大、固体悬浮物浓度高，并残留了大量金属离子和选矿药剂，目前，选厂现场将尾矿废水全部汇集到隔离泵房统一输送到尾矿库加石灰、絮凝剂澄清净化后达标排放。由于多种水处理药剂以及废水中残留选矿药剂的交互作用［1－2］，处理水不能满足选矿要求，难以重复利用，不仅造成水资源浪费，而且对受纳水体造成严重污染［3］。因此，研究该萤石选矿废水高效回用具有重要的环保意义及经济意义。

目前，萤石选矿废水主要处理方法有混凝法、絮凝法、沉淀法以及氧化法等。传统单一混凝、絮凝、沉淀工艺对选矿废水只能起到澄清作用，废水处理效率不高。为提高处理效率，一般采用混凝／絮凝／沉淀与氧化或吸附等方法联合使用［4］。本文采用混凝沉淀和吸附联合使用的方法对该选矿废水进行处理，选取自主研发的CSP-12为混凝剂、碳酸钠为沉淀剂、活性炭为吸附剂，通过正交实验法研究各药剂用量对Ca2＋和COD去除效果的影响，以获取最佳的混凝沉淀和吸附工艺条件，以期为该工艺技术的开发利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验用水

实验用水取自郴氟萤石选厂综合尾矿水，现场取样后将水样装入聚乙烯塑料桶中，密封后迅速送往实验室，低温暗处保存。实验开始前强烈搅拌混匀水样并恢复至室温，水样水质分析结果见表1。

表1 水质分析结果

1.2 实验药品与仪器

实验药品：混凝剂CSP-12为自主研发的有机高分子药剂；吸附剂木制活性炭为工业品，沉淀剂碳酸钠以及其他药剂氢氧化钠、乙二胺四乙酸二钠、碳酸钙、钙羧酸均为分析纯试剂。

实验仪器：pH计（雷磁，PHS－3C），恒温多头磁力搅拌器（江苏科析仪器，HJ－4A（数显控温）），电子分析天平（上海浦春计量仪器，FA2204），多参数水质分析仪（连华科技，5B－6C（V8））。

1.3 检测项目及分析方法

采用《水质钙的测定EDTA滴定法》GB／T 7476—1987测定废水中Ca2＋含量；采用多参数水质分析仪测定废水中COD含量。

1.4 实验方法

采用混凝沉淀-吸附法处理选矿废水。取200 mL选矿废水于500 mL烧杯中，加入碳酸钠充分搅拌至溶解，再加入CSP-12继续搅拌均匀，静置5～10 min，待沉淀分层，取上清液加入活性炭，放置于搅拌器上搅拌45 min，过滤，取水样测定Ca2＋含量和COD含量。

1.5 正交实验设计

通过单因素实验知，CSP-12用量、碳酸钠用量以及活性炭用量对混凝沉淀效果和吸附效果的影响较显著。因此选取CSP-12用量（A）、碳酸钠用量（B）和活性炭用量（C）3个因素为正交实验因子，各因子水平选定为3个，以Ca2＋去除率和COD去除率为实验评价指标，选用L9（34）型正交表进行正交实验［5－6］。各因素及水平取值见表2。

表2 各因素及水平取值

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果

正交实验结果见表3。由表3可知，Ca2＋去除率随碳酸钠用量增加而增加，与CSP-12用量和活性炭用量基本无关。而COD去除率与活性炭用量密切相关，与CSP-12用量有一定关系，与碳酸钠用量无关。

表3 正交实验结果

2.2 极差与方差分析

Ca2＋去除率极差及方差分析结果分别见表4和表5。由表4可知，CSP-12用量、碳酸钠用量、活性炭用量极差分别为1.54、61.27和0.64，故碳酸钠用量对Ca2＋去除率的影响最大，其次为CSP-12用量和活性炭用量。表5结果也表明，碳酸钠用量的F＞F0.01，CSP-12用量和活性炭用量的F＜F0.1，说明碳酸钠用量对Ca2＋去除率有极显著影响，CSP-12用量和活性炭用量对Ca2＋去除率的影响不显著。同时，根据分析可知，去除Ca2＋的最佳工艺方案为A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸钠用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表4 评价指标Ca2＋去除率极差分析结果

表5 评价指标Ca2＋去除率方差分析结果

COD去除率极差及方差分析结果分别见表6和表7。由表6可知，CSP-12用量、碳酸钠用量、活性炭用量的极差分别为5.67、1.14和12.48，对废水中COD去除率的影响顺序为：活性炭用量＞CSP-12用量＞碳酸钠用量。说明活性炭用量对COD去除率的影响最大，其次为CSP-12用量和碳酸钠用量。再由表7可知，活性炭用量的F＞F0.05，说明活性炭用量对COD去除率有很显著影响，而碳酸钠用量的F＜F0.1，说明碳酸钠用量对COD去除率影响不显著，CSP-12用量的F＞F0.1，说明CSP-12用量对COD去除率存在一定影响。同时根据分析可知，去除COD的最佳工艺方案为A3B3C3，即CSP-12用量12 mg／L、碳酸钠用量900 mg／L、活性炭用量200 mg／L。

表6 评价指标COD去除率极差分析结果

表7 评价指标COD去除率方差分析结果

2.3 验证实验

按照正交实验得到的最优实验条件为：CSP-12用量12 mg／L，碳酸钠用量900 mg／L，活性炭用量200 mg／L。这个最优实验条件不包含在正交实验的9组实验中，因此，按最优实验条件进行验证实验，在此条件下进行了3组平行实验，实验结果取平均值，得到Ca2＋去除率91.26%、COD去除率60.54%，验证实验结果与正交实验结果基本一致，说明该方法能较真实地反映各影响因素对该萤石选矿废水中Ca2＋去除率和COD去除率的影响，具有一定的应用价值。