強化混凝沉淀法處理鉛鋅礦尾礦廢水中鉛離子的研究

行 瑤，程愛華，劉 哲

(西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

?

強化混凝沉淀法處理鉛鋅礦尾礦廢水中鉛離子的研究

行 瑤，程愛華，劉 哲

(西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

采用“螯合+混凝+沉淀”工藝處理鉛鋅礦尾礦廢水，以出水含鉛量為考察指標(biāo)，討論了混凝劑的種類、投加量、強化劑的添加及其投加量等因素對強化混凝實驗的影響。獲得強化混凝實驗的最佳工藝條件：尿素投加量為0.5～1mg/L，聚合硫酸鋁(PAS)的投加量為2～3mg/L。該工藝可有效去除鉛鋅礦尾礦廢水中的重金屬鉛，使其達到排放標(biāo)準(zhǔn)，且工藝簡單，費用低廉，可推廣使用。

鉛離子；混凝沉淀；尿素；鉛

鉛鋅選礦主要有破碎、磨礦、選礦、濃密、過濾等作業(yè)。處理1t礦石浮選法一般需用水4～6m3[1]，除去循環(huán)使用的水量，其余水伴隨尾礦以尾礦漿的形式排放到尾礦庫。選礦廢水中重金屬元素大都以固態(tài)物形式存在，一般采取物理沉降的方法即可避免重金屬污染[2]。當(dāng)?shù)V漿pH值呈弱堿性時，尾礦水中重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀下來，一般不會超標(biāo)[3]。當(dāng)pH值呈強堿性時，重金屬離子溶解增大，尾礦水中重金屬離子超標(biāo)，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[4]。

針對鉛鋅選礦廢水中的污染物特性，通常采用的處理方法有：物理方法，如沉淀、浮選、過濾、吹脫等；化學(xué)方法，如中和、氧化還原、吸附等；生物化學(xué)方法，如好氧生物化學(xué)處理、厭氧生物化學(xué)處理等。楊婷婷等[5]采用PFS與PAM組合對含鉛礦坑涌水進行混凝沉降，在最佳工藝條件下，鉛去除率可達99.1%。嚴(yán)群等[6]采用混凝沉淀-活性炭吸附法對會理鋅礦選礦廢水進行凈化處理，處理后廢水中殘留的浮選藥劑、懸浮物以及重金屬離子均有效去除。謝輝[7]使用水葫蘆處理鉛鋅選礦廢水，水葫蘆能有效去除選礦廢水中的Cu2+、Pb2+等，同時也能降解部分廢水中的浮選藥劑，但是只能在浮選藥劑濃度很低時才能有較好的去除效果。國外也有很多選礦廢水的治理與回收利用的實驗研究，利用循環(huán)伏安法和微型浮選等技術(shù)對選礦廢水進行處理，使選礦廢水的綜合利用率均達到75%以上[8-9]。

本項目采用強化混凝沉淀法對鉛鋅礦尾礦廢水進行處理。即先在廢水中加入強化劑，通過螯合作用去除部分Pb2+，然后加入混凝劑，強化Pb2+的去除效果。最終，對水中絮體進行沉淀，使得出水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。本文選用的強化劑有Na2S、PEI和尿素，其中Na2S、PEI是常見的沉淀劑和螯合劑，尿素用于鉛離子的去除未見報道，這為強化混凝沉淀法去除廢水中鉛離子的研究奠定基礎(chǔ)。并且，這種“螯合+混凝+沉淀”綜合廢水處理工藝是一種更為經(jīng)濟有效的處理方法。

1 材料與方法

1.1 廢水來源及特點

實驗水樣采自陜西某鉛鋅礦尾礦排水，該礦將所有生產(chǎn)廢水排至尾礦庫，經(jīng)尾礦庫自然澄清后直接排放，水質(zhì)情況如下：pH=11～12，堿度為14.2～18.5mmol/L，Ca2+濃度為590～620mg/L，Pb2+濃度為9～12mg/L，Cu2+濃度為0.015～0.018mg/L，Zn2+濃度為0.086～0.092mg/L，COD為56～78mg/L。對照國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)，該廢水呈堿性，鉛離子濃度超標(biāo)5～10倍，其余指標(biāo)達標(biāo)。

1.2 實驗試劑

混凝劑：聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鐵(PFC)。

強化劑：重金屬沉淀劑硫化鈉(Na2S)、重金屬螯合劑聚乙烯亞胺(PEI)及尿素(純度為98.5%)。

1.3 實驗步驟

取水樣30mL置于燒杯中，加入一定量的強化劑，進行攪拌，再加入一定量的混凝劑，攪拌8min，靜置沉淀1h，取上清液測采用火焰原子吸收光譜法測定處理后廢水中鉛的含量。確定最佳藥劑及投加量。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝劑種類對處理效果的影響

取4份30mL的水樣(pH=11.87，Pb2+濃度為11.65mg/L)，分別加入濃度為100mg/L的PAS、PAC、PFS和PFC各5mg/L，進行混凝處理實驗并測其含鉛量，研究不同種類混凝劑對處理效果的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，在相同實驗條件下，4種混凝劑對比，PAS的混凝效果最好，其出水Pb2+濃度為4.11mg/L，Pb2+去除率為64.72%。PAS是復(fù)合型高分子聚合物，吸附能力強，投入原水后形成的絮凝體大，沉淀速度快，活性高，過濾性好。PAS有極佳的觸水分解性能[10]，當(dāng)溶解于大量中性或微堿性的水中時，產(chǎn)生膠體沉淀Al(OH)3，進而產(chǎn)生絮凝作用，且絮凝效果明顯。尤其對于含重金屬和低濁度廢水，其混凝效果優(yōu)于其他混凝劑[11]。所以，選擇PAS作為本次實驗研究的混凝劑。

2.2 混凝劑投加量對混凝處理效果的影響

分別取30mL水樣(pH=11.87，Pb2+濃度為11.65mg/L)置于燒杯中，分別加入2mg/L，4mg/L，6mg/L，7mg/L，8mg/L，9mg/L，10mg/L的PAS，攪拌、靜置沉淀后，測定水中含鉛量，結(jié)果見圖2。

圖1 不同混凝劑種類對混凝處理的影響

圖2 PAS投加量對混凝處理的影響

由圖2可知，PAS的最佳投加量應(yīng)為2～4mg/L。為進一步細化PAS的最佳投加量，以原水pH=10.85，Pb2+濃度為9.76mg/L的水樣進行混凝實驗確定PAS最佳投加量，實驗結(jié)果見圖3。

由圖3可知，PAS的投加質(zhì)量濃度為2～3mg/L時，出水Pb2+的濃度為1.4～1.5mg/L，此時Pb2+去除率最大為85.66%～84.63%。所以，最終確定PAS的最佳投加量為2～3mg/L。此外，由于PAS顯酸性，30mL水樣投加2mg/L PAS后，其pH值變?yōu)?.65，所以水樣不需要調(diào)節(jié)pH值。

2.3 強化劑對混凝處理效果的影響

雖然PAS對廢水中重金屬去除效果較好，但出水重金屬濃度仍不達標(biāo)，需要進行進一步的強化，本實驗選用重金屬沉淀劑Na2S，重金屬螯合劑PEI及尿素作為預(yù)處理藥劑，分別在等量水樣(pH=11.03，Pb2+濃度為9.139mg/L)中投加1mg/L后攪拌，靜置、沉淀后，測定其出水含鉛量以及pH值。然后再分別加入2.5mg/L PAS，進一步測定出水含鉛量以及pH值，其中，水樣投加藥劑前不調(diào)節(jié)pH值，實驗結(jié)果見表1。

由表1分析可知，單獨投加Na2S，PEI及尿素均可去除鉛離子，但單獨投加尿素時Pb2+去除率最大，可達87.5%。試驗中觀察到，加入尿素后，水樣中會形成白色細小懸浮物。這主要是由于尿素中的氮元素主要以三價形式出現(xiàn)，外層電子中存在一個未成鍵孤對電子，可以和重金屬形成配位鍵以去除金屬離子。

但只在水樣中加入尿素形成的絮體小，沉淀慢，不宜分離，需要后續(xù)投加PAS，這樣一方面會形成大絮體，加速尿素形成的白色細小懸浮物的沉淀；另一方面水解產(chǎn)生的硫酸根可以和鉛離子形成硫酸鉛沉淀，強化鉛離子的去除效果。并且，加入PAS可使水中pH值下降至9以下，可以達標(biāo)排放。

由表1可知，“尿素+PAS”處理廢水時出水的含鉛量最低為0.52mg/L，Pb2+去除率最大為94.4%。另外，尿素價格低廉，考慮到成本，本實驗確定尿素為最佳強化劑。因此，本試驗確定“尿素螯合+PAS混凝+沉淀”作為鉛鋅礦尾礦廢水處理的最佳工藝。

2.4 強化劑投加量對混凝處理效果的影響

在相同實驗條件下，取等量水樣(pH=11.60，Pb2+濃度為9.62mg/L)置于5個燒杯中，分別加入0.5mg/L，1mg/L，2mg/L，3mg/L，4mg/L的尿素，然后再加入2.5mg/L PAS，攪拌、靜置沉淀后，測定出水含鉛量，結(jié)果如圖4所示。

表1 強化劑對混凝處理效果的影響

圖3 PAS最佳投加量的確定

由圖4可知，尿素的投加量為0.5～1mg/L時，出水Pb2+的濃度最小為0.51～0.52mg/L，此時Pb2+去除率最大為94.70%～94.59%。所以，尿素的最佳投加量為0.5～1mg/L，此時形成絮體小，沉淀慢，后續(xù)投加PAS，形成大絮體，沉淀后廢水可以達標(biāo)排放。

圖4 尿素投加量對混凝處理效果的影響

3 結(jié) 論

經(jīng)過實驗研究，本項目確定“尿素螯合+PAS混凝+沉淀”作為處理鉛鋅礦尾礦廢水中鉛離子的最佳工藝，其最佳實驗條件為：尿素投加量為0.5～1mg/L，PAS的投加量為2～3mg/L。在最優(yōu)條件下，鉛鋅礦尾礦廢水中重金屬鉛的總?cè)コ蔬_94%以上，出水水質(zhì)達到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)。該工藝藥劑用量少，處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)，運行管理方便，是一項經(jīng)濟有效的技術(shù)。

[1] 沈述保，唐明剛.含砷難處理金礦浮選研究進展[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2014(2)：63-66.

[2] 劉琳.金屬選礦廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技視界，2014(11)：302-311.

[3] 吳超，李曉艷.有色金屬礦區(qū)典型塵源污染機制與研究策略[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2015(6)：695-720.[4] 李曉玲.選礦廢水的綜合治理與利用[J].甘肅冶金，2010(5)：84-86.

[5] 楊婷婷，徐曉軍.混凝沉淀法處理含鉛礦坑涌水[J].化工進展，2015，34(6)：1799-1803.

[6] 嚴(yán)群，謝明輝，羅仙平.會理鋅礦選礦廢水循環(huán)利用的研究[J].給水排水，2006，32(4)：54-56.

[7] 謝輝.水葫蘆治理鉛鋅礦選礦廢水的應(yīng)用研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

[8] Pecina E T，Uribe A，Nava F.The role of copper and lead in the activation of pyrite in xanthate and non-xanthate systems[J].Minerals Engineering.2006(19)：172-179.

[9] Bicak O，Ekmekci Z，Bradshaw D J.Adsorption of guar gum and CMC on pyrite [J].Minerals Engineering，2007(20)：996-1002.

[10] 馬驥，李明亮，郭宗華，等.聚合硫酸鋁和聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑的研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報，2010，12(1)：21-22.

[11] 洪云，張偉軍，左竟成，等.不同有機體系的混凝特征研究：以硫酸鋁為例[J].環(huán)境化學(xué)，2015(2)：352-357.

Research on the treatment of lead ion in lead-zinc tailing wastewater by enhanced coagulation and sedimentation

XING Yao，CHENG Ai-hua，LIU Zhe

(School of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China)

The method of “chelation+coagulation+sedimentation” was used in the treatment of lead-zinc tailing wastewater in this paper.Regarding lead content as index，the effects of coagulant type，dosage，strengthener’s aid and its dosage of enhanced coagulation experiment were investigated.The best conditions of enhanced coagulation process were that：the dosages of carbamide and polymeric aluminum sulfate (PAS) were 0.5～1mg/L and 2.0～3.0mg/L，respectively.This process can remove lead of the lead-zinc tailing effluent efficiently，achieving the requested discharge standards.Moreover，the process which is simple process and low operation cost，can be used widely.

lead ion；coagulation and sedimentation；carbamide；lead

2016-03-24

陜西省工業(yè)攻關(guān)項目資助(編號：2013GY2-06)

行瑤(1991-)，女，陜西渭南人，碩士研究生，主要進行水處理方面的研究。E-mail：xingyao3g@163.com。

程愛華(1977-)，女，新疆昌吉人，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事水處理技術(shù)方面的研究工作。E-mail：cah_cheng@126.com。

X524

A

1004-4051(2016)11-162-03